Ing. Francesco Veronese

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1 Relazione di studio impianto di riscaldamento nuova costruzione Descrizione dell investimento economico per: riscaldamento con pannelli infrarossi pompa di calore per acqua calda sanitaria

2 SOMMARIO Considerazioni iniziali... 3 Premessa... 4 impianto di riscaldamento con pannelli infrarossi... 5 Sistema infrarossi (IR)... 5 Principio di funzionamento Sistema infrarossi (IR)... 6 Motivazioni del maggiore rendimento dei sistemi ad infrarossi... 7 Costo comparativo impianto IR vs pompa di calore aria - acqua... 8 Appartamento classe C... 8 Appartamento classe B Considerazioni sul confronto Altri impianti a corredo dell abitazione Pompa di calore per acqua calda sanitaria Raffrescamento estivo Ricircolo aria con recupero di calore Benefici dell infrarosso Esperto in risparmio energetico C.F.: VRNFNC76L03L407P - P.I Pagina 2 di 15

3 CONSIDERAZIONI INIZIALI I sistemi di riscaldamento ad infrarossi sono poco conosciuti in Italia e non considerati dalle normative di risparmio energetico del nostro paese (D.Lgs 311/06 e s.m.i.) e quindi dal meccanismo di incentivazione fiscale. Per contro in paesi del nord Europa come Svizzera, Austria e Germania, troviamo moltissime realizzazioni, alcune delle quali studiate e monitorate per rilevare comfort e consumi. Tali misurazioni dimostrano: il sostanziale risparmio energetico; il minore onere economico a carico dell utente finale per l installazione e l utilizzo; l assenza di rischi per le persone (al contrario, sono confermati i benefici a livello fisico e psichico); il risparmio di acqua potabile per l impianto di riscaldamento. C.F.: VRNFNC76L03L407P - P.I Pagina 3 di 15

4 PREMESSA A titolo di esempio si riporta il costo degli impianti per una ipotetica nuova unità abitativa di 100m² lordi, situata al piano primo di un condominio di nuova costruzione L appartamento confina nella parte inferiore con i garage. Nell esempio abbiamo pareti esterne situate a est, sud e ovest (vedi figura), mentre il soffitto e la parete nord confinano con altre unità abitative riscaldate. L analisi, considerando costi di installazione e spese di energia elettrica annuale, è stata eseguita per due differenti classi energetiche di isolamento termico: classe C (Epi,invol = 72,4 kwh/m² anno) e classe B (Epi, invol = 51,1 kwh/m² anno) Locale Altezza [m] Superficie [m 2 ] Volume [m 3 ] Muro esterno [m] Parete esterna [m 2 ] Soggiorno 2,80 22,80 63,84 5,70 15,96 Camera 2,80 20,00 56,00 9,00 25,20 Bagno 2,80 5,76 16,13 1,60 4,48 Camera 2,80 12,60 35,28 7,10 19,88 Camera 2,80 5,72 16,02 2,60 7,28 Cucina 2,80 8,28 23,18 2,50 7,00 Ingresso 2,70 22,00 59,40 2,00 5,40 TOT 97,16 269,85 30,50 85,20 C.F.: VRNFNC76L03L407P - P.I Pagina 4 di 15

5 IMPIANTO DI RISCALDAMENTO CON PANNELLI INFRAROSSI SISTEMA INFRAROSSI (IR) L energia elettrica entrata negli edifici (ed effettivamente fatturata come energia consumata) si trasforma nei dispositivi a infrarossi radianti in energia termica con perdite trascurabili. Tale energia termica viene irradiata nelle camere. Il riscaldamento con convezione viene ignorato perché relativamente debole. La radiazione infrarossa riscalda principalmente le superfici (pareti, soffitti e pavimenti), così come gli oggetti nella stanza. L aria viene riscaldata indirettamente attraverso la convezione di pareti, soffitti e pavimenti. Risulta quindi che le superfici sono più calde dell'aria, inoltre, posizionando i pannelli vicino al pavimento, questo viene scaldato prima del soffitto. Il risultato è una maggiore temperatura del pavimento rispetto al soffitto; questo si traduce immediatamente in benessere climatico direttamente percepito dalle persone (niente piedi freddi e bambini più al caldo) e le pareti, essendo più calde dell aria della stanza, eliminano la condensa e la formazione di muffe. Infine la convezione molto ridotta produce bassissima circolazione di polveri e acari con il risultato di ridurre i problemi di persone asmatiche o allergiche. C.F.: VRNFNC76L03L407P - P.I Pagina 5 di 15

6 PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO SISTEMA INFRAROSSI (IR) Il principio fisico di funzionamento dei pannelli di riscaldamento ad infrarossi è il seguente: il pannello ha un rendimento del 97%; trasforma l'energia elettrica in radiazione infrarossa; l'onda infrarossa attraversa l'aria della stanza e colpisce pareti, pavimenti, soffitti, mobili, aumentando la loro temperatura; le superfici, divenute più calde dell'aria, scaldano la stanza attraverso movimenti convettivi creati dal movimento delle persone o dai sistemi meccanici di ricambio aria. tutte le superfici scaldate aumentano il comfort abitativo e riducono la percentuale di umidità adsorbita 1 (il sistema ad infrarossi è utilizzato normalmente per asciugare le superfici): questo aumenta il loro potere di isolamento (un isolante umido perde anche il 50% di proprietà isolante termica 2 ) e impedisce la formazione di muffe; 1 (*adsorbire = molecole di acqua penetrate nello strato superficiale di un materiale e legate ad esso attraverso forze di Van der Waals, forze elettrostatiche, legami idrogeno o legami chimici intramolecolari) 2 Ernst Vill: "Masonry humidity - reasons, subordinations, decisions", Publisher - Ernst Vill, Sauerlach 2002 C.F.: VRNFNC76L03L407P - P.I Pagina 6 di 15

7 MOTIVAZIONI DEL MAGGIORE RENDIMENTO DEI SISTEMI AD INFRAROSSI Il maggiore rendimento dei sistemi ad infrarossi è dovuto a: in un sistema radiante alimentato da pompe di calore ho solo una superficie radiante, mentre col sistema ad infrarossi un pannello di dimensioni contenute (60cm x 60cm) riscalda almeno 3 pareti ed un pavimento (oltre a tutti gli oggetti contenuti nella stanza). Tali superfici scaldate diventano radianti e quindi ho superficie 4 volte superiore al sistema precedente. Questo aspetto, in particolare, spiega perché i sistemi ad infrarossi siano inarrivabili per case ottimamente isolate e perdano di efficacia con lo scadere delle proprietà isolanti dell'involucro. Esiste però uno stratagemma empirico per evitare le dispersioni in case con scarso isolamento: l'onda ad infrarosso viene riflessa dai metalli e quindi basta una parete di cartongesso con una lamina di alluminio, per poter riflettere l'onda all'interno dell'ambiente ed evitare che venga dispersa all'esterno (con questo sistema empirico è stata costruita una sauna che viene portata a 30 C con soli 80W di potenza impegnata). alla capacità di maggiore adattamento alla richiesta di calore: avendo una regolazione distribuita per ogni stanza il riscaldamento a infrarossi nel suo complesso è significativamente più flessibile. Questo si traduce in una regolazione ad alta velocità e basso consumo di energia in stanze dove vari il carico endogeno o che ricevano irraggiamento naturale dal sole (energia gratuita) durante i mesi invernali soprattutto da gennaio ad aprile. C.F.: VRNFNC76L03L407P - P.I Pagina 7 di 15

8 COSTO COMPARATIVO IMPIANTO IR VS POMPA DI CALORE ARIA - ACQUA I calcoli dei pannelli infrarossi sono stati eseguiti utilizzando un foglio di calcolo della ditta Celsiuspanel. I calcoli per le pompe di calore sono stati eseguiti utilizzando il calcolo semplificato dispersione annua di energia in fonte primaria secondo il Metodo semplificato da Allegato 2 del Decreto Ministeriale 26 giugno 2009 Linee guida nazionali certificazione energetica. APPARTAMENTO CLASSE C CARATTERISTICHE STRUTTURA Piano Locale Classe energetica edificio C m3 CP1A CP1C 1 Soggiorno C 63, Camera C 56, Bagno C 16, Camera C 35, Camera C 16, Cucina C 23, Ingresso C 58,80 1 STIMA ECONOMICA ACQUISTO, POTENZA IMPEGNATA E CONSUMI TOTALI 269, N RISCALDAMENTO PANNELLI INFRAROSSI p.unitario p.totale 4 Pannello Celsius CP1/A 595*595*50 910, ,60 5 Pannello Celsius CP1/C 300*595*50 609, ,00 Prezzo Tot. eur. Iva esclusa 6.689,60 Iva 10,00% 668,96 Prezzo Tot. eur. Iva compresa 7.358,56 N RISCALDAMENTO RADIANTE POMPA DI CALORE ARIA - ACQUA p.unitario p.totale 1 Pannelli preformati, tubi, collettori, cassetta collettori, progetto 3.500, ,00 1 Pompa di calore monofase 5,49kW, C.O.P.=4, , ,40 1 Lavoro di installazione 3.200, ,00 1 Impianto di regolazione: termostati di zona 500,00 500,00 Prezzo Tot. eur. Iva esclusa ,40 Iva 10,00% 1.223,84 Prezzo Tot. eur. Iva compresa ,24 C.F.: VRNFNC76L03L407P - P.I Pagina 8 di 15

9 Potenza elettrica impegnata riscaldamento 3,60 kw Potenza utilizzata a regime riscaldamento 0,84 kw Stima consumo elettrico annuo pannelli 611,42 Spese manutenzione 0,00 Totale consumo elettrico annuo pannelli 611,42 Costo pompa di calore aria - acqua C.O.P. = 4 all'anno 461,78 Spese manutenzione 100,00 Totale pompa di calore aria - acqua C.O.P. = 4 all'anno 561,78 Costo metano all'anno 721,91 Spese manutenzione 150,00 Totale metano 871,91 Costo GPL all'anno 812,12 Spese manutenzione 150,00 Totale GPL 962,12 Costo gasolio all'anno 1.275,38 Spese manutenzione 250,00 Totale gasolio 1.525,38 dati calcolati per 14 ore giorno, 6 mesi anno, 20 C interno, -5 C esterno Differenza di costo impianto in favore dei pannelli IR ,68 Differenza di consumo elettrico in favore della pompa di calore 49,65 Recupero differenza di consumo elettrico in anni 123 Recupero differenza di consumo elettrico in anni (pompa di calore senza mai bisogno di manutenzione, solo spesa energia) 41 C.F.: VRNFNC76L03L407P - P.I Pagina 9 di 15

10 APPARTAMENTO CLASSE B CARATTERISTICHE STRUTTURA Locale Classe energetica Piano B m3 CP1A CP1C edificio 1 Soggiorno B 63, Camera B 56, Bagno B 16, Camera B 35, Camera B 16, Cucina B 23, Ingresso B 58,80 1 TOTALI 269, STIMA ECONOMICA ACQUISTO, POTENZA IMPEGNATA E CONSUMI N RISCALDAMENTO PANNELLI INFRAROSSI p.unitario p.totale 2 Pannello Celsius CP1/A 595*595*50 910, ,80 5 Pannello Celsius CP1/C 300*595*50 609, ,00 Prezzo Tot. eur. Iva esclusa 4.868,80 Iva 10,00% 486,88 Prezzo Tot. eur. Iva compresa 5.355,68 N RISCALDAMENTO RADIANTE POMPA DI CALORE ARIA - ACQUA p.unitario p.totale 1 Pannelli preformati, tubi, collettori, cassetta collettori, progetto 3.000, ,00 1 Pompa di calore monofase 5,49kW, C.O.P.=4, , ,40 1 Lavoro di installazione 2.800, ,00 1 Impianto di regolazione: termostati di zona 500,00 500,00 Prezzo Tot. eur. Iva esclusa ,40 Iva 10,00% 1.133,84 Prezzo Tot. eur. Iva compresa ,24 Potenza elettrica impegnata riscaldamento 2,50 kw Potenza utilizzata a regime riscaldamento 0,42 kw Stima consumo elettrico annuo pannelli 304,61 Spese manutenzione 0,00 Totale consumo elettrico annuo pannelli 304,61 Costo pompa di calore aria - acqua C.O.P. = 4 all'anno 325,94 Spese manutenzione 100,00 Totale pompa di calore aria - acqua C.O.P. = 4 all'anno 425,94 Costo metano all'anno 509,55 C.F.: VRNFNC76L03L407P - P.I Pagina 10 di 15

11 Spese manutenzione 150,00 Totale metano 659,55 Costo GPL all'anno 573,23 Spese manutenzione 150,00 Totale GPL 723,23 Costo gasolio all'anno 900,21 Spese manutenzione 250,00 Totale gasolio 1.150,21 dati calcolati per 14 ore giorno, 6 mesi anno, 20 C interno, -5 C esterno Differenza di costo impianto in favore dei pannelli IR ,56 Differenza di consumo elettrico in favore dei pannelli IR - 121,32 CONSIDERAZIONI SUL CONFRONTO Il sistema ad infrarossi ha un costo di gestione annuo simile al riscaldamento con pompa di calore aria acqua, C.O.P. = 4, e distribuzione del calore con pannelli radianti a pavimento. Sono riportati i consumi di altri impianti (metano, GPL, gasolio) che risultano consumare annualmente fino al doppio dei pannelli ad infrarossi ed hanno bisogno di costose manutenzioni annuali di pulizia o di controllo fumi imposti dalla normativa vigente e dalle case costruttrici: Allegato L, comma 5 D.lgs. 192/05: Manutenzione: dipende da istruzioni degli impianti. Controllo fumi ogni anno: se la caldaia ha più di 35kW. Controllo fumi ogni due anni: se la caldaia ha meno di 35 kw, più di 8 anni o non è stagna. Controllo fumi ogni 4 anni: se la caldaia ha meno di 35 kw e meno di 8 anni, ed è stagna oppure installata esternamente all appartamento. Multe da 500 a euro per chi non provvede a controllare i fumi emessi dal proprio impianto. Dai camini esce il 40% dello smog che respiriamo. I pannelli hanno una vita utile di 30 anni (senza alcuna manutenzione) contro i 20/25 anni di una pompa di calore (durante i quali saranno necessarie riparazioni). Per un appartamento con classe energetica B, non ci sono confronti: il sistema ad infrarossi costa meno e consuma meno. Si deve considerare che i pannelli hanno una elettronica dedicata e customizzata montata a bordo che rileva la temperatura attraverso una termocoppia e riduce il consumo di energia elettrica man mano che viene C.F.: VRNFNC76L03L407P - P.I Pagina 11 di 15

12 raggiunta la temperatura impostata; questo equivale ad installare molti termostati di zona per comandare l impianto a pavimento. Tale impianto di regolazione e controllo è inserito nella voce di costo Impianto di regolazione: termostati di zona. La potenza elettrica impegnata a regime è di 0,42 kw, mentre a piena potenza l impianto può assorbire 2,5kW, si può gestire col contratto ENEL da 3kW. Per un appartamento con classe energetica C, il sistema ad infrarossi costa meno, ma consuma più energia. D altra parte, anche considerando una pompa di calore che non abbia mai bisogno di manutenzione, il recupero del maggiore investimento iniziale, in termini di differenza di consumo elettrico, si ottieni in 41 anni. Un po troppi per la vita di una pompa di calore! La potenza elettrica impegnata a regime è di 0,84 kw, mentre a piena potenza l impianto può assorbire 3,6kW, è necessario un contratto ENEL di potenza da 4,5kW a 6kW (i costi fissi aumentano, ma l energia al kwh costa meno e parifica i minori costi del contratto da 3kW). ALTRI IMPIANTI A CORREDO DELL ABITAZIONE In una abitazione è necessario avere anche impianti per la produzione di acqua calda sanitaria, impianti per il raffrescamento estivo e impianti per la cottura dei cibi; per questi ultimi esistono in commercio ottime piastre ad induzione che permettono la riduzione dei tempi di cottura e la riduzione della spesa energetica (al limite il pareggio con la bolletta del gas, ma senza i pericoli e le spese fisse di controllo e manutenzione degli impianti a gas). POMPA DI CALORE PER ACQUA CALDA SANITARIA Per l acqua calda sanitaria si può utilizzare un bollitore a pompa di calore anche monoblocco (senza unità esterna). L installazione prevede un foro sul muro esterno per lo scambio di aria e il collegamento alle tubazioni di distribuzione dell appartamento. Il costo complessivo dell impianto per un bollitore da 110 litri per l appartamento di esempio è di 1.400,00, da sommare al costo dell impianto IR. La potenza elettrica impegnata a regime è di 0,75 kw. RAFFRESCAMENTO ESTIVO Per il raffrescamento estivo, consideriamo che una pompa di calore con riscaldamento a pavimento per fare il freddo ha bisogno comunque di un sistema di deumidificazione, si tratta quindi di un doppio impianto. A questo punto è conveniente nell economia dell investimento iniziale, affiancare al sistema di riscaldamento ad infrarossi, un sistema di raffrescamento ad espansione diretta (pompa di calore aria aria). C.F.: VRNFNC76L03L407P - P.I Pagina 12 di 15

13 Con questi tipi di impianto che tutti ormai hanno installato nelle loro abitazioni, si ottiene, oltre al freddo, il movimento d aria indispensabile per creare il benessere d estate. Un raffrescamento a pavimento infatti può creare sensazione di oppressione in molte persone che aprono la finestra per far girare aria (calda.). RICIRCOLO ARIA CON RECUPERO DI CALORE Sempre più le abitazioni risultano dis-abitazioni, in quanto sono abitate solo durante le ore serali e notturne, mentre durante il giorno sono disabitate e spesso lasciate con balconi chiusi per paura dei malviventi. Pubblicazioni scientifiche 3 dimostrano come all interno delle nostre abitazioni, si vengano a generare in questo modo dei fattori inquinanti che portano alla cosiddetta sick building sindrone (SBS) sindrome da edificio malato. Le persone colpite lamentano irritazioni agli occhi, al naso, alle vie respiratorie e occasionalmente alla pelle nonché sintomi generali come mal di testa, stanchezza, malessere, vertigini e difficoltà di concentrazione. Una volta lasciato l edificio, i disturbi diminuiscono. Le cause della SBS sono molteplici e di norma provocate da vari fattori. In studi sulla SBS all interno degli uffici è stata identificata una serie di fattori di rischio, tra cui figurano una ventilazione insufficiente, climatizzatori poco igienici, emissione di sostanze odorose e irritanti da parte di materiali e apparecchi, danni dovuti all umidità, ma anche un clima sgradevole nel locale, rumori fastidiosi permanenti e postazioni di lavoro al videoterminale installate in modo inadeguato. Un sistema meccanico di ricambio dell aria elimina i fattori di rischio dovuti all inquinamento dell aria, mantenendo sempre un clima piacevole senza sprechi di energia termica, dovuti allo spalancamento delle finestre in inverno, grazie ai sistemi di recupero del calore. 3 C.F.: VRNFNC76L03L407P - P.I Pagina 13 di 15

14 BENEFICI DELL INFRAROSSO I sistemi di riscaldamento ad infrarossi garantiscono un elevato benessere abitativo, essendo l infrarosso il 52% della radiazione solare che raggiunge la terra. Il sistema è immune da radiazioni elettromagnetiche e l infrarosso emesso non è dannoso, essendo lo stesso che viene utilizzato dai medici fisioterapisti. Dalla tecnologia di riscaldamento sono interessate principalmente le persone allergiche a causa della polvere in casa. Allergia verso la polvere domestica significa aumento della sensibilità e reazione allergica relativa agli acari, che possono provocare rinite, prurito e asma allergica. Questa reazione del sistema immunitario potrebbe essere provocata non solo direttamente attraverso la polvere domestica, ma anche attraverso gli escrementi degli acari che vivono nella polvere. Questi escrementi sono conglobati dalla polvere domestica e portati in rotazione nell ambiente dai moti convettivi. Quando la convezione è una parte ridotta del principio di funzionamento del sistema di riscaldamento si ottiene quindi un beneficio per le persone allergiche. In particolare, il riscaldamento a raggi infrarossi ha il più basso livello di convezione tra i sistemi di riscaldamento. 4 Durante un test eseguito dall università di Kaiserslautern 5, le valutazioni soggettive da parte di residenti e visitatori nella casa riscaldata con sistema ad infrarossi, sono state: nessuna polvere profumo / odore riscaldamento, questa struttura è stata osservata positivamente da persone con asma, che hanno rappresentato una gran parte dei visitatori; piedi caldi (a differenza di prima con la sola convezione); aria fresca; calore piacevole. Inoltre è stata riscontrate l assenza di formazione di muffe. La conclusione generale è che l essiccazione delle pareti contrasta la formazione di muffe e tutti i problemi di salute collegati. 4 Wilfried Diebschlag, Brunhilde Diebschlag: Allergies caused by domestic dust. Health and hygiene aspects. Aspekte. 2. Edition, Publisher Herbert Utz, Munich Research project for comparatively measurement between infrared heating and gas heating, dr. eng. Peter Kosack, Technical University Kaiserslautern C.F.: VRNFNC76L03L407P - P.I Pagina 14 di 15

15 ING. FRANCESCO VERONESE ESPERTO IN RISPARMIO ENERGETICO N. Iscrizione all'albo: A2771 Data Iscrizione: 2005 Provincia :Treviso (Veneto) Specializzazione: Elettrotecnica Via Vecchia S. Pelaio Treviso cell.: mail: fra.veronese@libero.it pec: francesco.veronese4@ingpec.eu Quando l ultimo albero sarà stato abbattuto, l ultimo fiume avvelenato, l ultimo pesce pescato, ci accorgeremo che non si potrà mangiare il denaro. (PIEDE DI CORVO SIKSIKA - PIEDINERI) Ecco perché ho pensato di propormi come ingegnere per il risparmio energetico: il mio piccolo contributo per cercare di salvare il mondo. C.F.: VRNFNC76L03L407P - P.I Pagina 15 di 15