Distribuzione ottimale del riscaldamento in una casa privata: confronto di tutti gli schemi tipici

Nel risolvere il problema del riscaldamento dell'abitazione, esistono molteplici combinazioni per la costruzione del sistema di alimentazione e scarico del fluido termovettore. Ogni distribuzione del riscaldamento in una casa privata può essere classificata secondo diversi criteri.

Proponiamo di comprendere le sfumature dell'allestimento e del funzionamento delle possibili varianti. La comprensione dei principi di progettazione, dei pro e dei contro di ogni tipo di distribuzione, aiuterà a pianificare la geometria del sistema e la sua configurazione tenendo conto delle caratteristiche individuali dell'ambiente.

Modellazione della geometria ottimale del circuito

Per una singola casa privata possono essere progettati diversi circuiti idrici chiusi che riscalderanno stanze diverse. Possono differire sostanzialmente l'uno dall'altro per tipo di distribuzione.

Durante la progettazione, si parte innanzitutto dalla funzionalità del sistema, nonché dalla geometria ottimale dal punto di vista della minimizzazione dei costi, della semplicità di installazione e della possibilità di integrare gli elementi di riscaldamento nel design degli ambienti.

Circolazione naturale e forzata dell'acqua

Il riscaldamento del fluido termovettore per il riscaldamento della casa avviene in uno o più dispositivi situati all'interno dell'ambiente. Possono essere stufe, caminetti, nonché caldaie a gas, elettriche o a combustibile solido.

La pressione dell'acqua nel circuito è garantita o tramite l'uso di pompe di circolazione o mediante la progettazione della geometria dell'impianto che consente di creare le condizioni per la circolazione naturale.

Inoltre, la fonte di acqua calda può essere un sistema di riscaldamento centralizzato per più case. In caso di bassa pressione, è possibile collegare pompe di circolazione per creare una pressione aggiuntiva e aumentare la velocità di spostamento del liquido nei tubi.

L'installazione di una pompa di circolazione crea una pressione sufficiente nell'impianto, rendendo possibile l'utilizzo di varianti di distribuzione che non possono essere applicate con la circolazione naturale.

Quando si sceglie l'opzione con circolazione naturale del refrigerante o una bassa pressione nei tubi in un impianto di riscaldamento centralizzato, è necessario prestare attenzione alla possibilità di sfruttare al massimo le leggi fisiche che consentono di avviare e mantenere il movimento del fluido.

Un elemento obbligatorio della distribuzione in questo caso è il collettore di accelerazione. Si tratta di un tubo verticale attraverso il quale l'acqua calda sale verso l'alto, poi si distribuisce ai dispositivi di riscaldamento e, persa la temperatura iniziale, defluisce verso il basso.

A causa della diversa densità, si crea una differenza di pressione idrostatica tra la colonna di liquido caldo e quella fredda, che costituisce la forza motrice per la circolazione dell'acqua.

Distribuzione verticale e orizzontale

L'alimentazione di acqua calda ai radiatori può essere realizzata in diversi modi. La distribuzione viene convenzionalmente suddivisa in verticale e orizzontale, in base alla posizione dei tubi (montanti) che forniscono acqua direttamente ai radiatori di riscaldamento.

Nelle case moderne si utilizza più spesso la distribuzione orizzontale rispetto a quella verticale del riscaldamento. Il motivo è che gli schemi di posizionamento dei radiatori ai diversi piani raramente coincidono.

Schemi verticali con alimentazione superiore di acqua calda sfruttano al massimo la differenza di pressione idrostatica tra i segmenti caldo e freddo del circuito, pertanto vengono quasi sempre utilizzati per la circolazione naturale e anche per bassa pressione nell'impianto.

Inoltre, tali schemi sono funzionanti in caso di spegnimento di emergenza della pompa, che può verificarsi a causa di un guasto o di una mancanza di corrente elettrica.

La distribuzione con alimentazione inferiore non viene praticamente utilizzata per il riscaldamento a circolazione naturale. In caso di buona pressione nell'impianto, il suo utilizzo è giustificato, poiché tale schema presenta due vantaggi significativi rispetto all'alternativa.

Vantaggi dello schema:

• minore lunghezza totale dei tubi utilizzati;
• non è necessario far passare i tubi in soffitta o in nicchie tecniche sotto il soffitto del secondo piano.

Lo schema orizzontale di distribuzione del riscaldamento viene utilizzato per case private a un piano. Se l'edificio ha due o più piani, viene spesso utilizzato quando, dal punto di vista progettuale, i montanti verticali sono indesiderati.

I tubi orizzontali che portano e scaricano l'acqua possono essere integrati organicamente nell'arredamento degli ambienti, oppure nascosti sotto il pavimento o in nicchie poste a livello del pavimento.

Scelta della variante monotubo o bitubo

L'alimentazione dell'acqua calda e lo scarico dell'acqua raffreddata per l'impianto di riscaldamento di una casa privata possono essere effettuati tramite uno o due tubi. Ogni variante ha aspetti positivi e negativi, nonché caratteristiche d'uso in base al tipo di distribuzione.

Dal punto di vista del design d'interni, la presenza del secondo tubo non ha alcun impatto sull'aspetto dell'impianto di riscaldamento grazie alla modalità di collegamento inferiore del sistema ai radiatori e alla possibilità di ridurre i diametri dei tubi.

Utilizzo dello schema di collegamento monotubo

Lo schema di riscaldamento ad acqua di una casa privata che utilizza un singolo tubo per l'alimentazione dell'acqua calda e lo scarico dell'acqua raffreddata è chiamato monotubo. Il vantaggio principale di tale sistema risiede nella minimizzazione della lunghezza dei tubi.

I principali vantaggi della variante:

• costi minimi per l'acquisto degli elementi dell'impianto di riscaldamento;
• installazione più semplice e rapida;
• minimo rischio di guasto.

Lo svantaggio principale del riscaldamento monotubo è la graduale diminuzione della temperatura dell'acqua, che passa in sequenza attraverso tutti i radiatori del circuito.

Pertanto, è necessario utilizzare una superficie leggermente maggiore degli ultimi radiatori (un numero maggiore di elementi), il che spesso annulla il vantaggio economico derivante dalla minimizzazione della lunghezza dei tubi.

Inoltre, a causa di questo inconveniente, esistono delle limitazioni per un singolo circuito sul numero di radiatori collegabili. Se sono troppi, gli ultimi lungo il flusso del liquido termovettore non irradieranno praticamente calore.

Inoltre, sorge un problema nel calcolo della termodispersione. È necessario tenere presente che la disconnessione dei primi radiatori dall'impianto di riscaldamento porta ad un aumento della temperatura dell'acqua in ingresso per i dispositivi successivi.

Applicare schemi monotubo con distribuzione verticale inferiore è inutile, poiché la lunghezza dei tubi sarà la stessa della variante a due tubi, annullando tutti i vantaggi ma lasciando gli svantaggi.

Se il ritorno del liquido termovettore avviene lungo lo stesso percorso della mandata, la lunghezza totale dei tubi in entrambe le varianti è praticamente la stessa.

Il collegamento dell'apparecchio di riscaldamento viene solitamente effettuato tramite un bypass, per poter disconnettere qualsiasi di essi senza interrompere la circolazione dell'acqua nel circuito.

Per risparmiare sui rubinetti, si può evitare di fare un bypass dell'acqua attraverso il derivatore, ma in tal caso si dovrà fermare il funzionamento di questa parte dell'impianto e scaricare l'acqua in caso di sostituzione o riparazione del radiatore.

L'opzione più economica è l'utilizzo di un singolo tubo d'acciaio del diametro di 1,5-2 pollici senza radiatori. L'assenza di rubinetti e raccordi rende questo sistema anche il più pratico, poiché minimizza il rischio di perdite o rotture d'acqua.

Per maggiori dettagli sul calcolo del sistema di riscaldamento monotubo, leggere questo articolo.

Applicazione della variante di riscaldamento a due tubi

Lo schema di un circuito di riscaldamento in cui un tubo viene utilizzato per la mandata di acqua calda ai dispositivi di riscaldamento e un secondo per il ritorno dell'acqua raffreddata è chiamato bitubo.

I suoi principali vantaggi:

• la temperatura dell'acqua fornita a tutti i radiatori è la stessa;
• la disconnessione di uno o più radiatori non influisce sulla temperatura dell'acqua fornita agli altri dispositivi di riscaldamento;
• le limitazioni sul numero di radiatori per un singolo circuito di riscaldamento dipendono solo dalla portata dei tubi.

Il principale svantaggio di questa distribuzione è un certo aumento della lunghezza dei tubi.

Ciò comporta alcuni svantaggi aggiuntivi:

• aumentano i costi per l'acquisto e l'installazione degli elementi dell'impianto di riscaldamento;
• si complica l'integrazione nell'arredamento di una casa privata.

Il numero di raccordi e valvole in un sistema a due tubi è quasi lo stesso di quello in un sistema a tubo singolo.

Per lo schema di flusso parallelo del fluido termovettore, la lunghezza totale dei tubi in un sistema a due tubi aumenta della distanza tra il primo e l'ultimo radiatore. Talvolta questa è insignificante rispetto alla lunghezza totale del circuito.

A seconda del movimento relativo dell'acqua calda e di quella raffreddata, gli schemi di distribuzione a due tubi si suddividono in due tipi:

• passante;
• senza uscita.

Schema parallelo. Entrambi i flussi si muovono nella stessa direzione e quindi la lunghezza del ciclo di circolazione del fluido termovettore è uguale per ogni radiatore. In questo caso, il loro riscaldamento all'avvio dell'impianto di riscaldamento avviene alla stessa velocità.

Variante senza uscita. La direzione del movimento dell'acqua calda e fredda è opposta. Il riscaldamento dei radiatori più vicini alla caldaia avviene più velocemente.

Minore è la velocità dell'acqua, più evidente è questo effetto, quindi con la circolazione naturale il riscaldamento di alcuni ambienti avverrà molto più lentamente rispetto ad altri.

Se si utilizza una pompa di circolazione o la distanza tra il primo e l'ultimo radiatore nel circuito è trascurabile, l'effetto del riscaldamento non uniforme nella distribuzione a due tubi senza uscita è impercettibile. La scelta dell'una o dell'altra variante è quindi determinata esclusivamente da considerazioni di comodità per il passaggio del tubo di ritorno.

Inclusione del collettore di distribuzione nel sistema

Un metodo di organizzazione del riscaldamento ad acqua divenuto popolare recentemente è il cosiddetto “sistema a raggi” con l'impiego di un collettore di distribuzione.

Questo metodo di distribuzione funziona in modo affidabile solo con una buona pressione dell'acqua nel sistema, quindi non viene utilizzato con la circolazione naturale.

La distribuzione a raggi prevede il collegamento di ogni apparecchio di riscaldamento (o di un piccolo gruppo di essi) direttamente al collettore di distribuzione, che eroga acqua calda e raccoglie acqua raffreddata.

Sistema di collegamento a raggi dei radiatori

La suddivisione più uniforme e controllabile del flusso del refrigerante tra gli apparecchi di riscaldamento può essere realizzata tramite un collettore di distribuzione.

Il dispositivo comprende due pettini, in uno dei quali l'acqua calda entra dalla caldaia e viene distribuita ai radiatori, mentre nell'altro l'acqua raffreddata ritorna e viene reindirizzata alla caldaia.

Il collegamento dei radiatori tramite il collettore di distribuzione avviene in parallelo, quindi con questa distribuzione si ottiene una differenza minima di temperatura del fluido termovettore fornito agli apparecchi di riscaldamento.

Ciò semplifica notevolmente il calcolo dei parametri dei radiatori in fase di progettazione e consente di regolare facilmente la potenza di ogni apparecchio durante il funzionamento.

Il secondo importante vantaggio di questo tipo di impianto è la possibilità di controllare i parametri di alimentazione del fluido termovettore a tutti i dispositivi da un unico punto. Il collettore viene posizionato in un apposito armadio con accesso agli indicatori e agli elementi di controllo: valvole, rubinetti e pompe.

Ciò è comodo per la regolazione del microclima domestico e permette di integrare più facilmente i radiatori nell'arredamento della stanza.

Tra gli svantaggi dei sistemi con schema di distribuzione a collettore si annoverano la lunghezza massima dei tubi di mandata e ritorno dell'acqua ai radiatori. Questa opzione è la più costosa per quanto riguarda il costo degli elementi del circuito e la più complessa nell'installazione, e richiede inoltre una certa qualifica.

L'utilizzo del collettore per collegare dispositivi di riscaldamento di vario tipo richiede una buona conoscenza del tema del riscaldamento ad acqua, e talvolta anche l'esecuzione di calcoli idraulici per il normale funzionamento di tali sistemi.

Di norma, i tubi nella distribuzione radiale del riscaldamento vengono installati nel massetto del pavimento. Ciò significa che è necessario progettare e installare tale sistema durante la costruzione o la ristrutturazione importante di una casa privata.

Realizzare la versione a collettore per il collegamento dei radiatori o modificare la geometria dei circuiti in ambienti già ristrutturati internamente è piuttosto complesso. Questo è il secondo importante svantaggio di questo tipo di distribuzione.

Regole per l'utilizzo del pavimento riscaldato

Un metodo confortevole e molto popolare per riscaldare gli ambienti residenziali – l'installazione di un pavimento riscaldato. Se l'area da riscaldare è piccola, ci si può accontentare di un unico tubo collocato nel massetto del pavimento.

Il collegamento del pavimento riscaldato all'impianto di riscaldamento tramite un collettore di distribuzione è l'unica opzione possibile per riscaldare grandi superfici con questo metodo.

Per grandi superfici, l'uso di un unico tubo è impossibile per i seguenti motivi:

• la quantità di calore fornito non sarà sufficiente per riscaldare l'intero ambiente, inoltre questo riscaldamento sarà irregolare;
• con una lunghezza elevata si genera una forte resistenza idrodinamica del flusso del liquido, che comporta costi eccessivi di elettricità per creare pressione e aumenta il rischio di rottura dell'acqua nei punti di giunzione.

Pertanto, per una superficie significativa del pavimento riscaldato, l'uso di più tubi non è un desiderio, ma una necessità.

In questo caso, il collegamento avviene tramite un collettore di distribuzione.

Spesso il collettore è dotato di un gruppo di miscelazione per regolare la temperatura dell'acqua inviata ai tubi del pavimento radiante. Infatti, per i radiatori del riscaldamento si utilizza di solito un fluido con un intervallo di temperatura di 70-80°C, mentre per il pavimento radiante sono necessari circa 40°C.

La regolazione della temperatura tramite miscelatore è affidabile, il che è molto importante, poiché un superamento della temperatura può causare una significativa deformazione del pavimento: linoleum, laminato o parquet.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Rappresentazione schematica della distribuzione del riscaldamento in una casa a due piani di grande superficie. Sistema bitubo passante e a fondo cieco e pavimento radiante, collegati tramite collettori. Eliminazione del conflitto tra le pompe di circolazione mediante il separatore idraulico:

Schema a raggi per il riscaldamento di un edificio a due piani. Poiché la finitura non è ancora stata eseguita, si vede bene tutta la distribuzione. Dettagli sulla posa dei tubi sul pavimento sotto il massetto in cemento:

Parere di un tecnico esperto nell'installazione di sistemi di riscaldamento sui vari schemi utilizzati nelle case private. Panoramica dei pro e contro della circolazione naturale, del sistema monotubo, bitubo passante e a fondo cieco, nonché della distribuzione a collettori:

Le distribuzioni per il riscaldamento delle case presentate sono standard e possono essere modificate in base alla geometria degli ambienti, ai valori di temperatura richiesti o ad altri fattori. Durante la modifica degli schemi è necessario rispettare le leggi e i principi fondamentali della fisica, dell'idraulica, della scienza dei materiali e di altre discipline.

In caso di problemi complessi o non standard, è meglio rivolgersi a specialisti, poiché la modifica dei sistemi di riscaldamento può costare ancora più della loro progettazione e installazione.

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