Sistema di riscaldamento aperto: schemi di principio e caratteristiche di installazione

Grazie alla semplicità di installazione, al costo contenuto e alla sufficiente efficienza, l'impianto di riscaldamento aperto continua a essere richiesto. Una volta compresi il principio di funzionamento, la componentistica e le regole di montaggio, potrà organizzare autonomamente il riscaldamento della casa.

Le spiegheremo come realizzare uno schema funzionante di riscaldamento a circuito aperto. Le indicheremo come costruire l'impianto, seguendo scrupolosamente i requisiti tecnologici e le norme nella scelta e nel collegamento degli elementi. Seguendo i nostri consigli, costruirà un circuito efficiente e senza guasti.

Agli artigiani fai-da-te proponiamo di prendere visione delle varianti di assemblaggio collaudate nella pratica. Le informazioni presentate sono integrate da utili schemi, raccolte fotografiche e video-istruzioni.

Componenti e principio di funzionamento dell'impianto

In un sistema di riscaldamento ad acqua, il liquido funge da intermediario nel trasferimento di energia termica dalla caldaia ai radiatori. La circolazione del fluido termovettore può avvenire su lunghe distanze, garantendo il riscaldamento di case e ambienti di diverse dimensioni. Ciò spiega l'adozione diffusa del riscaldamento ad acqua.

Il funzionamento di un impianto di riscaldamento a circuito aperto è possibile senza l'uso di una pompa. La circolazione del fluido termovettore si basa sui principi della termodinamica. Il movimento dell'acqua nei tubi avviene grazie alla differenza di densità tra il liquido caldo e quello freddo, nonché alla pendenza dei tubi installati.

Elemento indispensabile del sistema è il vaso di espansione aperto, in cui confluiscono le eccedenze di fluido termovettore riscaldato. Grazie al serbatoio si ha la stabilizzazione automatica della pressione del liquido. Il contenitore viene installato al di sopra di tutti i componenti del sistema.

L'intero processo di funzionamento del 'riscaldamento a circuito aperto' si divide convenzionalmente in due fasi:

1. Mandata. Il fluido termovettore riscaldato si muove dalla caldaia ai radiatori.
2. Ritorno. L'eccedenza di acqua calda entra nel vaso di espansione, si raffredda e ritorna alla caldaia.

Nei sistemi monotubo, la funzione di mandata e ritorno è svolta da un'unica tubazione; negli schemi a due tubi, i tubi di mandata e ritorno sono indipendenti tra loro.

La densità dell'acqua calda è inferiore a quella dell'acqua fredda, quindi nel sistema si forma una pressione idrostatica. Sotto pressione, l'acqua calda si spinge verso i radiatori.

La soluzione monotubo è considerata la più semplice e accessibile per il montaggio fai-da-te. La struttura del sistema è elementare.

La configurazione di base di un impianto monotubo include:

• caldaia di riscaldamento;
• radiatori;
• vaso d'espansione;
• tubi.

Alcuni rinunciano all'installazione dei radiatori e dispongono un tubo del diametro di 8-10 cm lungo il perimetro della casa. Tuttavia, gli specialisti notano che l'efficienza del sistema e la comodità d'uso vengono ridotte con questa soluzione.

Lo schema di un sistema monotubo a circuito aperto di tipo gravitazionale è indipendente dall'energia elettrica. I costi per l'acquisto di tubi, raccorderia e attrezzature sono relativamente contenuti. È possibile il funzionamento con caldaie di diversi tipi.

La variante di riscaldamento a due tubi è più complessa strutturalmente e costosa da realizzare. Tuttavia, i costi e la complessità costruttiva sono pienamente compensati dall'eliminazione dei tipici difetti dei sistemi monotubo.

Il fluido termovettore a temperatura uniforme viene fornito praticamente contemporaneamente a tutti i dispositivi, l'acqua raffreddata viene raccolta dal collettore di ritorno e non passa al radiatore successivo.

Per la manutenzione di ogni dispositivo nel circuito di riscaldamento a due tubi vengono predisposti il collettore di mandata e quello di ritorno, grazie ai quali il sistema fornisce il fluido termovettore a temperatura uniforme in tutti i punti, mentre l'acqua raffreddata viene raccolta e inviata alla caldaia tramite il collettore di ritorno – indipendente da quello di mandata.

Requisiti per l'installazione e il funzionamento

Nell'installazione dell'impianto di riscaldamento domestico è importante considerare una serie di caratteristiche del sistema di riscaldamento aperto:

1. Per garantire una normale circolazione, la caldaia viene installata nel punto più basso della linea, mentre il vaso di espansione nel punto più alto.
2. Il luogo ottimale per posizionare il vaso di espansione è la soffitta. Durante il periodo freddo, il serbatoio e la colonna montante di alimentazione all'interno della soffitta non riscaldata devono essere isolati.
3. La posa della linea viene eseguita con il minimo numero di curve, giunti e raccordi.
4. In un sistema di riscaldamento a gravità, l'acqua circola lentamente (0,1-0,3 m/s), quindi il riscaldamento deve avvenire gradualmente. Non si deve permettere l'ebollizione: accelera l'usura dei radiatori e dei tubi.
5. Se in inverno l'impianto di riscaldamento non viene utilizzato, è necessario scaricare il liquido: questa misura manterrà intatti i tubi, i radiatori e la caldaia.
6. Il livello del liquido di raffreddamento nel vaso di espansione deve essere controllato e periodicamente reintegrato. In caso contrario, nella linea si formeranno sacche d'aria che riducono l'efficienza dei radiatori.
7. L'acqua è il liquido di raffreddamento ottimale. L'antigelo è tossico e non è consigliato in sistemi che hanno libero contatto con l'atmosfera. Il suo uso è giustificato se non è possibile scaricare il liquido di raffreddamento nel periodo non riscaldato.

Particolare attenzione è dedicata al calcolo della sezione e della pendenza della tubazione. Le norme di progettazione sono regolate dallo SNiP numero 2.04.01-85.

Nei circuiti con movimento gravitazionale del liquido di raffreddamento, la dimensione della sezione del tubo è maggiore rispetto agli schemi con pompa, ma la lunghezza totale della tubazione è quasi la metà. La pendenza dei tratti orizzontali del sistema, pari a 2 – 3 mm per metro lineare, viene realizzata solo quando si installa un impianto di riscaldamento con movimento naturale del liquido di raffreddamento.

La mancata osservanza della pendenza nell'installazione di sistemi con movimento naturale del liquido di raffreddamento porta all'aerazione dei tubi e a un riscaldamento insufficiente dei radiatori lontani dalla caldaia. Di conseguenza, l'efficienza termica diminuisce.

Tipi di schemi di riscaldamento aperto

In un sistema di riscaldamento a circuito aperto, il movimento del fluido termovettore avviene in due modi diversi. La prima opzione è la circolazione naturale o gravitazionale, la seconda è la circolazione forzata o artificiale tramite pompa.

La scelta dello schema dipende dal numero di piani e dalla superficie dell'edificio, nonché dal regime termico previsto.

Circolazione naturale nel riscaldamento

Nel sistema a gravità non è presente alcun meccanismo per garantire il movimento del fluido termovettore. Il processo avviene esclusivamente grazie all'espansione dell'acqua calda. Per il funzionamento dello schema è prevista una colonna di accelerazione, la cui altezza è di almeno 3,5 m.

Se si trascura l'installazione di un montante verticale di transito, è molto probabile che il fluido termovettore proveniente dalla caldaia non sviluppi una velocità sufficiente.

Un sistema di riscaldamento a circolazione naturale è ottimale per edifici con superficie fino a 60 m². La lunghezza massima del circuito in grado di fornire calore è considerata 30 m. Un fattore importante è l'altezza dell'edificio e il numero di piani, che consentono di installare un montante di accelerazione.

Lo schema a circolazione naturale non è adatto per un regime di applicazione a bassa temperatura. L'espansione insufficiente del fluido termovettore non creerà la pressione adeguata nel sistema.

Possibilità dello schema a gravità:

1. Collegamento a pavimenti riscaldati. Sul circuito dell'acqua che porta al pavimento viene montata una pompa di circolazione. Il resto del sistema funziona in modalità normale. In caso di interruzione dell'elettricità, la casa continuerà a essere riscaldata.
2. Funzionamento con boiler. L'apparecchio riscaldante viene montato nella parte superiore del sistema, leggermente al di sotto del vaso di espansione.

Per garantire un funzionamento ininterrotto, sul boiler è possibile installare una pompa. In questo caso, lo schema di riscaldamento e produzione di acqua calda sanitaria passa automaticamente alla categoria delle opzioni forzate. Inoltre, viene montata una valvola di non ritorno per prevenire la ricircolazione del fluido termovettore.

Impianto forzato con pompa

Per aumentare la velocità del fluido termovettore e ridurre il tempo di riscaldamento dell'ambiente, viene installata una pompa. Il movimento del flusso d'acqua aumenta fino a 0,3-0,7 m/s. L'intensità della cessione di calore aumenta e i rami della tubazione si riscaldano in modo uniforme.

Gli schemi con pompa sono realizzati sia a circuito aperto che a circuito chiuso. Nei circuiti aperti, il vaso di espansione viene installato nel punto più alto del sistema. La presenza della pompa consente di aumentare la tubazione tra la caldaia e i radiatori, sia in altezza che in lunghezza.

Aspetti importanti dell'organizzazione del sistema forzato:

1. Lo schema con pompa integrata è dipendente dall'energia elettrica. Per evitare che il riscaldamento dell'ambiente si interrompa in caso di blackout, l'apparecchiatura della pompa viene posizionata su un bypass.
2. La pompa viene installata prima dell'ingresso nella caldaia sul tubo di ritorno. La distanza dalla caldaia è di 1,5 m.
3. Durante l'installazione della pompa, si tiene conto della direzione del flusso dell'acqua.

Sul tubo di ritorno vengono montati due rubinetti di intercettazione e un gomito di bypass con pompa di circolazione. In presenza di corrente elettrica, i rubinetti sono chiusi – il flusso del fluido termovettore avviene attraverso la pompa. In assenza di tensione, le valvole vanno aperte – il sistema passa alla circolazione naturale.

Sul tubo di mandata è necessario installare una valvola di non ritorno. L'elemento viene posizionato subito dopo la caldaia e impedisce la ricircolazione del fluido termovettore durante il funzionamento della pompa.

Varianti di disposizione della tubazione nell'impianto

L'efficienza, l'economia e l'estetica del sistema di riscaldamento dipendono dalla disposizione degli apparecchi di riscaldamento e dei tubi di collegamento. La scelta del cablaggio è determinata dalle caratteristiche strutturali e dalla superficie della casa.

Specifiche degli schemi monotubo e bitubo

L'acqua riscaldata arriva ai radiatori e torna alla caldaia in modi diversi. In un sistema monotubo, il fluido termovettore viene convogliato attraverso una singola tubazione di grande diametro. La tubazione attraversa tutti i radiatori.

Vantaggi del sistema monotubo a circolazione naturale:

• minimo consumo di materiali;
• semplicità di montaggio;
• quantità limitata di tubi all'interno dell'abitazione.

Il principale svantaggio dello schema con un unico tubo, che svolge le funzioni sia di mandata che di ritorno, consiste nel riscaldamento disomogeneo dei radiatori. L'intensità del riscaldamento e la cessione di calore dei radiatori diminuiscono man mano che si allontanano dalla caldaia.

Con una lunga catena di distribuzione e un gran numero di radiatori, l'ultimo radiatore potrebbe rivelarsi del tutto inefficace. Si consiglia di installare i corpi riscaldanti 'caldi' nelle stanze sul lato nord, nelle camere dei bambini e nelle camere da letto.

Lo schema bitubo sta guadagnando terreno con sicurezza. I radiatori collegano il tubo di ritorno e quello di mandata. Tra i radiatori e la fonte di calore si formano anelli locali.

Principali vantaggi del sistema:

• tutti i corpi riscaldanti si riscaldano uniformemente;
• possibilità di regolare il riscaldamento di ciascun radiatore singolarmente;
• affidabilità di funzionamento dello schema.

Il sistema a due tubi richiede maggiori investimenti e manodopera. Realizzare l'installazione di due rami di comunicazione sulle strutture edilizie sarà più complesso.

Il sistema bitubo si bilancia facilmente, garantendo la fornitura di fluido termovettore alla stessa temperatura a tutti i corpi riscaldanti. Le stanze dell'ambiente si riscaldano uniformemente.

Alimentazione superiore e inferiore del fluido termovettore

A seconda della posizione della tubazione principale che fornisce il fluido termovettore caldo, si distinguono l'alimentazione superiore e quella inferiore.

Nei sistemi di riscaldamento aperti con distribuzione dall'alto non è necessario utilizzare dispositivi per lo sfiato dell'aria. L'aria in eccesso viene scaricata attraverso la superficie del vaso di espansione che comunica con l'atmosfera.

Con la distribuzione dall'alto, l'acqua calda sale attraverso la colonna montante principale e viene trasferita ai radiatori tramite le tubazioni di distribuzione. Questo sistema di riscaldamento è adatto per cottage a uno o due piani e case private.

Il sistema di riscaldamento con distribuzione inferiore è abbastanza pratico. Il tubo di mandata è posizionato in basso, vicino al ritorno. Il movimento del fluido termovettore è dal basso verso l'alto. Dopo aver attraversato i radiatori, l'acqua viene convogliata tramite il tubo di ritorno verso la caldaia. I radiatori sono dotati di valvole Maevskij per lo scarico dell'aria dalla tubazione.

Nei sistemi di riscaldamento con distribuzione dal basso è necessario utilizzare dispositivi per lo sfiato dell'aria, il più semplice dei quali è la valvola di Maevskij.

Colonne verticali e orizzontali

In base al tipo di posizione delle colonne montanti principali, si distinguono metodi di distribuzione delle tubazioni verticali e orizzontali. Nel primo caso, i radiatori di tutti i piani sono collegati a colonne montanti verticali.

La distribuzione verticale viene utilizzata per case a due, tre o più piani con un sottotetto, all'interno del quale è possibile posare e isolare la tubazione.

Caratteristiche dei sistemi «verticali»:

• assenza di sacche d'aria;
• adatto per il riscaldamento di edifici alti;
• collegamento per piano alla colonna montante;
• difficoltà nell'installazione di contatori di calore per appartamenti in edifici multiplani.

La distribuzione orizzontale prevede il collegamento dei radiatori di un singolo piano a un'unica colonna montante. Il vantaggio dello schema è che vengono utilizzati meno tubi e il costo di installazione è inferiore.

Le colonne montanti orizzontali vengono generalmente utilizzate in edifici a uno o due piani. Questa configurazione è adatta per case a pannelli e con telaio e per edifici residenziali senza tramezzi.

Installazione del riscaldamento a circolazione gravitazionale

È meglio affidare la progettazione di un sistema a gravità a tecnici termotecnici. Nel documento vengono indicati il tipo di riscaldamento, il metodo di collegamento dei radiatori e la circolazione del fluido termovettore, i parametri consigliati delle apparecchiature, il numero di radiatori e la lunghezza delle tubazioni.

Calcolo dell'impianto di riscaldamento

È necessario determinare le caratteristiche idrauliche del sistema, che in seguito aiuteranno a scegliere correttamente il diametro ottimale della tubazione.

In un sistema di riscaldamento a circolazione naturale, si consiglia di installare la caldaia nel seminterrato o in un locale al piano terra. Ciò consente di aumentare la lunghezza della colonna montante di transito.

Per calcolare il valore della pressione di circolazione (Rc) è necessario disporre dei seguenti dati:

1. La distanza dal centro della caldaia di riscaldamento al centro del radiatore (h). Maggiore è la distanza tra questi dispositivi, più stabile è la circolazione.
2. Pressione dell'acqua raffreddata (Ro) e riscaldata (Pr).

La pressione di circolazione dipende solo dalla differenza di temperatura del fluido termovettore. I valori esatti possono essere ricavati dai dati tabellari.

Maggiore è la differenza di temperatura del fluido termovettore, più alta è la pressione nella linea. Pertanto è importante preoccuparsi della temperatura 'in entrata' del liquido.

La larghezza della sezione della tubazione è influenzata dal tipo di materiale. Il diametro del tubo in acciaio non deve essere inferiore a 50 mm. Dopo la diramazione, la sezione della tubazione principale si riduce di una misura. Il ritorno, al contrario, è composto con un successivo ampliamento.

Particolare attenzione è dedicata al volume del vaso di espansione. La capacità del serbatoio non deve essere inferiore al 5% del volume totale del fluido termovettore nel sistema. La mancata osservanza del requisito comporterà lo scarico dell'acqua dal sistema o la rottura dei tubi.

Scelta dei componenti principali

Per un sistema aperto è meglio scegliere una caldaia a combustibile solido o a olio. L'installazione di caldaie elettriche e apparecchiature a gas è vietata. A volte si formano sacche d'aria nella tubazione: ciò può portare a una situazione di emergenza.

La potenza del riscaldatore è determinata in base al calcolo – 1 kW di energia termica per 10 mq di casa. A seconda della qualità dell'isolamento dell'ambiente, al valore ottenuto si aggiunge il 10-30%.

La caldaia è collocata in un locale separato dotato di circolazione forzata d'aria. L'apparecchiatura viene installata su materiale resistente al fuoco o su pavimento cementato.

Il vaso di espansione per un sistema di riscaldamento a gravità deve essere in acciaio. L'uso di materiali polimerici è altamente sconsigliato. Per il riscaldamento di una piccola casa a un piano è adatto un serbatoio da 8-15 litri.

Per la realizzazione della tubazione si utilizzano tubi realizzati con i seguenti materiali:

1. Acciaio. Si distinguono per l'elevata conducibilità termica e la resistenza all'alta pressione. Svantaggio: la complessità di installazione e la necessità di utilizzare attrezzature di saldatura.
2. Polipropilene. Principali vantaggi: resistenza alle variazioni di temperatura, robustezza, tenuta stagna e facilità di installazione. Durata di servizio: 25 anni.
3. Metalloplastica. Il materiale non è soggetto a corrosione, previene l'ostruzione del circuito. Svantaggi della condotta: durata di esercizio limitata (fino a 15 anni) e costo elevato.
4. Rame. Tubi con la massima resa termica e resistenza alle alte temperature – fino a +500°C. Il principale svantaggio è il costo elevato del materiale.

Nel circuito aperto di riscaldamento vengono installati radiatori realizzati in metalli ad alta resistenza.

I modelli in acciaio sono i più diffusi. Offrono un rapporto ottimale tra i parametri principali: aspetto, prezzo e potenza termica.

I radiatori in acciaio, grazie alle pareti sottili, al peso ridotto e all'elevato grado di resa termica, vengono paragonati ai convettori. L'apparecchiatura riscalda rapidamente gli ambienti grazie al movimento accelerato dell'aria.

Fasi di installazione dell'impianto aperto

L'intero processo di organizzazione del sistema di riscaldamento a gravità può essere suddiviso in diverse fasi:

1. Installazione della caldaia. L'apparecchiatura viene fissata a pavimento o appesa a parete. La scelta del metodo dipende dalle dimensioni della caldaia.
2. Distribuzione della tubazione secondo lo schema scelto e il progetto sviluppato. È importante rispettare l'angolo di inclinazione consigliato del circuito dei tubi.
3. Installazione dei radiatori di riscaldamento e loro collegamento al sistema.
4. Installazione del vaso di espansione e suo isolamento.
5. Collegamento di tutti gli elementi, verifica della tenuta dei giunti e avvio iniziale del sistema.

Dopo la caldaia, sul tubo di mandata, è consigliabile installare un sensore di temperatura per controllare l'efficienza del sistema di riscaldamento.

L'installazione del sistema di riscaldamento deve essere effettuata nella stagione calda. La realizzazione della condotta e la messa in servizio richiederanno circa una settimana.

Caratteristiche dell'assemblaggio dello schema forzato

Affinché il sistema forzato risulti efficace e funzioni correttamente, è necessario scegliere correttamente la pompa di circolazione e installarla correttamente nella tubazione di riscaldamento.

Scelta della pompa di circolazione

I parametri principali per la scelta dell'attrezzatura della pompa sono: la potenza dell'apparecchio e la prevalenza. Queste caratteristiche vengono determinate in base all'area della stanza riscaldata.

Valori indicativi:

• per case di 250 m² è adatta una pompa con potenza di 3,5 m³/h e prevalenza di 0,4 atm;
• in ambienti di 250-350 m² si installa un apparecchio da 4,5 m³/h con prevalenza di 0,6 atm;
• se la superficie della casa è di 350-800 m², è consigliabile acquistare una pompa con potenza di 11 m³/h, la cui prevalenza non sia inferiore a 0,8 atm.

Per una selezione più accurata, gli specialisti considerano la lunghezza del sistema di riscaldamento, il tipo e il numero di radiatori, il materiale e il diametro dei tubi, nonché il tipo di caldaia.

Installazione della pompa nella condotta

Il posizionamento della pompa viene effettuato sulla linea di ritorno, in modo che il fluido termovettore che passa attraverso l'apparecchio non sia troppo caldo. Sulla linea di mandata è possibile installare modelli moderni realizzati con materiali resistenti alle alte temperature.

Durante l'inserimento della pompa, la circolazione dell'acqua non deve essere compromessa. È importante che in qualsiasi punto della linea, durante il funzionamento del gruppo di pompaggio, la pressione idrostatica rimanga in eccesso.

Quattro possibili schemi di sistemi di riscaldamento con circolazione forzata e vaso di espansione aperti. La pressione idrostatica viene mantenuta al livello richiesto.

Opzione 1. Sollevamento del serbatoio di espansione. Un modo semplice per convertire un sistema a circolazione naturale in uno forzato. Per realizzare il progetto sarà necessario un vano sottotetto alto.

Opzione 2. Spostamento del serbatoio sul montante più lontano. Un processo laborioso per la ristrutturazione di un sistema vecchio, mentre per uno nuovo non è giustificato. Esistono metodi più semplici e migliori.

Opzione 3. Tubazione del vaso di espansione vicino al bocchettone della pompa. Per cambiare il tipo di circolazione, è necessario staccare il serbatoio dalla linea di mandata e poi collegarlo alla linea di ritorno, a valle della pompa di circolazione.

Opzione 4. Pompa inserita nella linea di mandata. Il modo più semplice per ristrutturare il sistema. Svantaggio del metodo: condizioni di esercizio sfavorevoli per la pompa. Non tutti gli apparecchi sopportano le alte temperature.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Video #1. Raccomandazioni per l'assemblaggio di un sistema di riscaldamento a circolazione naturale:

Video #2. Procedura di installazione di una pompa di circolazione:

Aspetti importanti per l'allestimento di un sistema di riscaldamento efficiente sono la scelta di uno schema funzionante, il calcolo dei parametri della linea, la selezione dei componenti e il rispetto della tecnologia di installazione. L'installazione fai-da-te è possibile se si hanno competenze idrauliche, mentre la progettazione dettagliata è meglio affidarla a professionisti.

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