Sistema di riscaldamento chiuso: schemi e caratteristiche di montaggio del sistema a circuito chiuso
La caratteristica principale per cui un sistema di riscaldamento chiuso si differenzia da uno aperto è il suo isolamento dall'ambiente esterno. In tale schema è incluso una pompa di circolazione che stimola il movimento del fluido termovettore. Lo schema è privo di molti difetti tipici del circuito aperto di riscaldamento.
Tutto sui pro e contro degli schemi di riscaldamento chiusi lo apprenderete leggendo l'articolo che vi proponiamo. In esso sono analizzati a fondo le varianti di costruzione, le specifiche di montaggio e funzionamento dei sistemi chiusi. Per i fai-da-te è fornito un esempio di calcolo idraulico.
Le informazioni presentate si basano sulle normative edilizie. Per ottimizzare la comprensione di questo tema complesso, il testo è integrato con utili schemi, raccolte di foto e guide video.
Indice dei contenuti:
Principio di funzionamento del sistema a circuito chiuso
Le dilatazioni termiche in un sistema chiuso vengono compensate mediante l'uso di un vaso di espansione a membrana, che si riempie d'acqua durante il riscaldamento. Durante il raffreddamento, l'acqua dal vaso rifluisce nel sistema, mantenendo così una pressione costante nel circuito.
La pressione creata nel circuito di riscaldamento chiuso già durante l'installazione viene trasmessa a tutto il sistema. La circolazione del fluido termovettore è forzata, quindi questo sistema è dipendente dall'energia elettrica. Senza una pompa di circolazione non ci sarà movimento di acqua calda attraverso i tubi verso i radiatori e di ritorno al generatore di calore.
Elementi principali del circuito chiuso:
- caldaia;
- valvola di sfiato aria;
- valvola termostatica;
- radiatori;
- tubi;
- serbatoio di espansione, non a contatto con l'atmosfera;
- valvola di bilanciamento;
- valvola a sfera;
- pompa, filtro;
- valvola di sicurezza;
- manometro;
- raccordi, elementi di fissaggio.
Se l'alimentazione elettrica della casa è ininterrotta, il sistema chiuso funziona in modo efficiente. Spesso la struttura viene integrata con "pavimenti radianti", che ne aumentano l'economicità e la resa termica.

Questa disposizione consente di non dover rispettare un diametro specifico della tubazione, ridurre i costi di acquisto dei materiali e non dover posare la tubazione in pendenza, semplificando l'installazione. La pompa deve ricevere un fluido a bassa temperatura, altrimenti il suo funzionamento è impossibile.

Questa variante presenta anche un aspetto negativo: mentre con una pendenza costante il riscaldamento funziona anche in assenza di alimentazione elettrica, con una posizione rigorosamente orizzontale della tubazione il sistema chiuso non funziona. Questo inconveniente è compensato dall'elevato rendimento e da una serie di aspetti positivi rispetto ad altri tipi di impianti di riscaldamento.
L'installazione è relativamente semplice e possibile in ambienti di qualsiasi superficie. Non è necessario isolare la tubazione; il riscaldamento avviene molto rapidamente. Se nel circuito è presente un termostato, è possibile impostare la temperatura. Se l'impianto è realizzato correttamente, non si verificano perdite di fluido termovettore e quindi non vi è motivo di rabbocco.
Un indubbio vantaggio del sistema di riscaldamento a circuito chiuso è che la differenza di temperatura tra mandata e ritorno consente di aumentare la vita utile della caldaia. La tubatura nel circuito chiuso è meno soggetta a corrosione. È possibile immettere nel circuito antigelo al posto dell'acqua quando il riscaldamento deve essere spento per lunghi periodi in inverno.

Protezione del sistema dall'aria
Teoricamente, in un sistema di riscaldamento chiuso l'aria non dovrebbe entrare, ma in realtà è comunque presente. Il suo accumulo si osserva nel momento in cui i tubi e i radiatori vengono riempiti d'acqua. Una seconda causa può essere la perdita di tenuta dei giunti.
A causa della formazione di sacche d'aria, la resa termica del sistema diminuisce. Per contrastare questo fenomeno, nel sistema vengono inserite valvole e rubinetti speciali per lo sfiato dell'aria.

Per ridurre al minimo la probabilità di formazione di sacche d'aria, è necessario seguire alcune regole durante il riempimento del sistema chiuso:
- Alimentare l'acqua dal punto più basso a quello più alto. A tal fine, è opportuno disporre i tubi in modo che l'acqua e l'aria rilasciata si muovano nella stessa direzione.
- Lasciare aperti i rubinetti per lo sfiato dell'aria e chiusi i rubinetti per lo scarico dell'acqua. In questo modo, con il graduale innalzamento del fluido termovettore, l'aria fuoriuscirà attraverso gli sfiati aperti.
- Chiudere il rubinetto di sfiato non appena l'acqua inizia a fuoriuscire. Continuare lentamente il processo fino al completo riempimento del circuito con il fluido termovettore.
- Avviare la pompa.
Se nel circuito di riscaldamento sono presenti radiatori in alluminio, su ciascuno sono necessari obbligatoriamente degli sfiatatoi. L'alluminio, a contatto con il fluido termovettore, provoca una reazione chimica accompagnata dal rilascio di ossigeno. Nei radiatori parzialmente bimetallici il problema è lo stesso, ma si forma significativamente meno aria.

Nei radiatori bimetallici al 100%, il fluido termovettore non entra in contatto con l'alluminio, ma i professionisti insistono sulla presenza di uno sfiato anche in questo caso. La specifica costruzione dei radiatori a pannello in acciaio viene già dotata di valvole di sfiato durante il processo di produzione.
Sui vecchi radiatori in ghisa, l'aria viene rimossa mediante un rubinetto a sfera; altri dispositivi sono poco efficaci in questo caso.
I punti critici nel circuito di riscaldamento sono le piegature dei tubi e i punti più alti del sistema, pertanto i dispositivi per lo sfiato dell'aria vengono installati in questi punti. In un circuito chiuso si utilizzano valvole Mayevsky o valvole a galleggiante automatiche che consentono lo sfiato dell'aria senza intervento umano.
Nel corpo di questo dispositivo è presente un galleggiante in polipropilene, collegato tramite un bilanciere a un otturatore. Man mano che la camera del galleggiante si riempie d'aria, il galleggiante scende e, raggiunta la posizione inferiore, apre una valvola attraverso la quale l'aria fuoriesce.
Nel volume liberato dal gas entra l'acqua, il galleggiante si solleva e chiude l'otturatore. Per evitare che detriti entrino all'interno di quest'ultimo, viene coperto con un cappuccio protettivo.

Esistono modifiche in cui questo processo avviene diversamente, ma il principio è lo stesso: galleggiante in posizione inferiore — rilascio del gas; galleggiante sollevato — valvola chiusa, l'aria si accumula. Il ciclo si ripete automaticamente e non richiede la presenza umana.
Calcolo idraulico per un sistema chiuso
Per non sbagliare nella scelta dei tubi per diametro e potenza della pompa, è necessario un calcolo idraulico dell'impianto.
Il funzionamento efficiente dell'intero sistema non è possibile senza considerare i 4 punti fondamentali:
- Determinazione della quantità di fluido termovettore da fornire agli apparecchi di riscaldamento per garantire il bilancio termico richiesto in casa, indipendentemente dalla temperatura esterna.
- Massima riduzione dei costi operativi.
- Riduzione al minimo degli investimenti finanziari, che dipendono dal diametro scelto della tubazione.
- Funzionamento stabile e silenzioso dell'impianto.
Un calcolo idraulico aiuta a risolvere questi problemi, consentendo di scegliere i diametri ottimali dei tubi tenendo conto delle velocità economicamente giustificate del flusso del fluido termovettore, di determinare le perdite di carico idrauliche nelle singole sezioni, di collegare e bilanciare i rami dell'impianto. Questa è una fase di progettazione complessa e laboriosa, ma necessaria.
Regole per il calcolo della portata del fluido termovettore
I calcoli sono possibili se si dispone di un calcolo termotecnico e dopo aver selezionato i radiatori in base alla potenza. Il calcolo termotecnico deve contenere dati motivati sui volumi di energia termica, sui carichi, sulle perdite di calore. Se questi dati non sono disponibili, si assume la potenza del radiatore in base all'area della stanza, ma i risultati dei calcoli saranno meno accurati.

Si inizia con lo schema. È meglio realizzarlo in proiezione assonometrica e riportare tutti i parametri noti. La portata del fluido termovettore si determina con la formula:
G = 860q/∆t kg/h,
dove q è la potenza del radiatore in kW, ∆t è la differenza di temperatura tra la linea di ritorno e quella di mandata. Determinato questo valore, con le tabelle di Shevelev si determina la sezione dei tubi.
Per utilizzare queste tabelle, il risultato dei calcoli deve essere convertito in litri al secondo secondo la formula: GV = G /3600ρ. Qui GV indica la portata del fluido termovettore in l/sec, ρ — la densità dell'acqua pari a 0,983 kg/l alla temperatura di 60 gradi C. Dalle tabelle è possibile selezionare semplicemente la sezione del tubo senza eseguire il calcolo completo.

La sequenza del calcolo è più facile da comprendere con un esempio di uno schema semplice, che include una caldaia e 10 radiatori. Lo schema deve essere suddiviso in sezioni dove la sezione dei tubi e la portata del fluido termovettore sono valori costanti.
Il primo tratto è la linea che va dalla caldaia al primo radiatore. Il secondo è il segmento tra il primo e il secondo radiatore. Il terzo e i successivi tratti vengono individuati in modo analogo.
La temperatura dal primo all'ultimo apparecchio diminuisce gradualmente. Se nel primo tratto l'energia termica è pari a 10 kW, al passaggio del primo radiatore il fluido termovettore cede una certa quantità di calore e il calore uscente si riduce di 1 kW e così via.
La portata del fluido termovettore può essere calcolata con la formula:
Q=(3.6xQuč)/(cx(tr-to))
Qui Quč — carico termico del tratto, c — capacità termica specifica dell'acqua, che ha un valore costante — 4,2 kJ/(kg × °C), tr — temperatura del fluido termovettore caldo all'ingresso, to — temperatura del fluido termovettore raffreddato all'uscita.
La velocità ottimale del fluido termovettore caldo nella tubazione è compresa tra 0,2 e 0,7 m/s. Con un valore inferiore, nel sistema si formeranno sacche d'aria. Questo parametro è influenzato dal materiale del prodotto e dalla rugosità interna del tubo.
Sia nei circuiti di riscaldamento aperti che chiusi, si utilizzano tubi in acciaio nero e inossidabile, rame, polipropilene, polietilene di diverse varianti, polibutilene e altro.
Con una velocità del fluido termovettore entro i limiti raccomandati, 0,2-0,7 m/s, in una tubazione polimerica si avranno perdite di carico da 45 a 280 Pa/m, mentre nei tubi in acciaio — da 48 a 480 Pa/m.
Il diametro interno dei tubi nel tratto (d_vn) viene determinato in base al valore del flusso termico e alla differenza di temperatura tra ingresso e uscita (∆tco=20 °C per uno schema di riscaldamento a due tubi) o alla portata del fluido termovettore. A tale scopo esiste una tabella speciale:

Per scegliere il circuito, è necessario considerare separatamente gli schemi a uno e a due tubi. Nel primo caso si calcola la colonna montante con il maggior numero di apparecchiature, mentre nel secondo — il circuito più caricato. La lunghezza del tratto viene presa dalla pianta eseguita in scala.
L'esecuzione di un calcolo idraulico preciso è possibile solo da parte di uno specialista del settore. Esistono programmi specifici che consentono di eseguire tutti i calcoli relativi alle caratteristiche termiche e idrauliche, che possono essere utilizzati durante la progettazione del sistema di riscaldamento per la propria casa.
Selezione della pompa di circolazione
Lo scopo del calcolo è ottenere il valore della pressione che la pompa deve sviluppare per far circolare l'acqua nell'impianto. A tal fine si utilizza la formula:
P = Rl + Z
In cui:
- P — la perdita di pressione nella tubazione in Pa;
- R — la resistenza specifica per attrito in Pa/m;
- l — la lunghezza del tubo nel tratto considerato in m;
- Z — le perdite di pressione nei tratti «stretti» in Pa.
Semplificano questi calcoli le stesse tabelle di Shevelev, dalle quali si può trovare il valore della resistenza all'attrito, solo che 1000i dovrà essere ricalcolato in base alla lunghezza specifica del tubo. Ad esempio, se il diametro interno del tubo è di 15 mm, la lunghezza del tratto è di 5 m e 1000i = 28,8, allora Rl = 28,8 x 5/1000 = 0,144 Bar. Trovati i valori di Rl per ogni tratto, si sommano.
Il valore della perdita di pressione Z sia per la caldaia che per i radiatori è riportato nel libretto di istruzioni. Per le altre resistenze, gli specialisti consigliano di prendere il 20% di Rl, quindi sommare i risultati dei singoli tratti e moltiplicare per il coefficiente 1,3. Il risultato sarà la prevalenza richiesta della pompa. Il calcolo è lo stesso per gli impianti monotubo e bitubo.

Nel caso in cui la pompa venga selezionata per una caldaia già esistente, si applica la formula: Q=N/(t2-t1), dove N è la potenza dell'unità di riscaldamento in W, t2 e t1 sono rispettivamente la temperatura del fluido termovettore all'uscita della caldaia e al ritorno.
Come calcolare il vaso di espansione?
Il calcolo consiste nel determinare di quanto aumenterà il volume del fluido termovettore durante il riscaldamento dalla temperatura ambiente media di +20 °C a quella operativa compresa tra 50 e 80 °C. Questi calcoli non sono semplici, ma esiste un'altra strada: i professionisti consigliano di scegliere un vaso con volume pari a 1/10 del liquido totale nell'impianto.

Questi dati si possono ricavare dal libretto di istruzioni dell'apparecchiatura, dove è indicata la capacità della camicia d'acqua della caldaia e di una sezione del radiatore. Quindi si calcola l'area della sezione trasversale dei tubi di diversi diametri e si moltiplica per la lunghezza corrispondente.
I risultati si sommano, si aggiungono i dati dei libretti e si prende il 10% del totale. Se l'intero impianto contiene 200 litri di fluido termovettore, è necessario un vaso di espansione da 20 litri.
Criteri di selezione del vaso
I vasi di espansione sono realizzati in acciaio. All'interno è presente una membrana che divide il contenitore in 2 scomparti. Il primo è riempito di gas, il secondo di fluido termovettore. Quando la temperatura aumenta e l'acqua si sposta dal sistema al vaso, sotto la sua pressione il gas si comprime. Il fluido termovettore non può occupare l'intero volume a causa della presenza di gas nel vaso.
La capacità dei vasi di espansione varia. Questo parametro viene scelto in modo tale che, quando la pressione nell'impianto raggiunge il suo picco, l'acqua non superi il livello impostato. Come protezione del vaso dal trabocco, nella struttura è inclusa una valvola di sicurezza. Il riempimento normale del vaso va dal 60 al 30%.

Scelta dello schema ottimale
Nella realizzazione di un impianto di riscaldamento in una casa privata, si utilizzano schemi di due tipi: monotubo e bitubo. Se li confrontiamo, quest'ultimo è più efficiente. La loro differenza principale sta nel modo di collegare i radiatori alle tubazioni. In un sistema bitubo, un elemento obbligatorio dello schema di riscaldamento è una colonna montante individuale, attraverso la quale il fluido termovettore raffreddato ritorna alla caldaia.
L'installazione di un sistema monotubo è più semplice e meno costosa dal punto di vista finanziario. Il circuito chiuso di questo sistema combina sia la tubatura di mandata che quella di ritorno.
Impianto di riscaldamento monotubo
Nelle case a uno e due piani con una superficie ridotta, si è ben affermato lo schema del circuito di riscaldamento monotubo di tipo chiuso, che consiste in una distribuzione di un tubo e una serie di radiatori collegati in serie.
A volte viene chiamata popolarmente «Leningradka». Il fluido termovettore, cedendo calore al radiatore, ritorna nel tubo di mandata e quindi passa attraverso il radiatore successivo. Gli ultimi radiatori in sequenza ricevono meno calore.

Il vantaggio di questo schema è un'installazione economica: richiede meno materiale e tempo rispetto a un sistema a due tubi. In caso di guasto di un radiatore, gli altri continueranno a funzionare normalmente grazie all'uso del bypass.
Le possibilità dello schema monotubo sono limitate: non può essere avviato gradualmente, i radiatori si riscaldano in modo irregolare, quindi all'ultimo della catena è necessario aggiungere sezioni. Per evitare che il fluido termovettore si raffreddi troppo rapidamente, è necessario aumentare il diametro dei tubi. Si consiglia di collegare non più di 5 radiatori per ogni piano.
Sono noti 2 tipi di sistema: orizzontale e verticale. In un edificio a un piano, il tipo orizzontale del sistema di riscaldamento viene posato sia sopra che sotto il pavimento. Si consiglia di montare i radiatori allo stesso livello e il tubo di alimentazione orizzontale con una leggera pendenza nella direzione del flusso del fluido termovettore.
Con la distribuzione verticale, l'acqua dalla caldaia sale lungo il montante centrale, entra nel tubo, si distribuisce ai singoli montanti e da questi ai radiatori. Raffreddandosi, il liquido scende lungo lo stesso montante, dopo aver attraversato tutti gli apparecchi, arriva al tubo di ritorno, e da esso la pompa lo rimanda indietro alla caldaia.

Scelto il tipo di impianto di riscaldamento chiuso, l'installazione viene eseguita nella seguente sequenza:
- Si installa la caldaia. Il più delle volte le viene riservato uno spazio nel seminterrato o al piano terra della casa.
- Si collegano i tubi ai raccordi di ingresso e uscita della caldaia, distribuiti lungo il perimetro di tutti gli ambienti. I giunti vengono scelti in base al materiale dei tubi principali.
- Si installa il vaso di espansione, posizionandolo nel punto più alto. Contemporaneamente si monta il gruppo di sicurezza, collegandolo alla tubazione principale tramite un raccordo a T. Si fissa il montante verticale principale e lo si collega al vaso.
- Si effettua il montaggio dei termosifoni con l'installazione delle valvole di sfiato. La soluzione migliore: un bypass e 2 valvole di intercettazione — una all'ingresso e una all'uscita.
- Si installa la pompa nel tratto in cui il refrigerante raffreddato entra nella caldaia, avendo precedentemente installato un filtro prima del punto di installazione. Il rotore viene posizionato rigorosamente in orizzontale.
Alcuni tecnici installano la pompa con un bypass per non dover scaricare l'acqua dall'impianto in caso di riparazione o sostituzione dell'apparecchiatura.
Dopo il montaggio di tutti gli elementi, si apre la valvola, si riempie la tubazione con il refrigerante e si rimuove l'aria. Si verifica la completa rimozione dell'aria svitando la vite situata sul coperchio del corpo della pompa. Se fuoriesce del liquido, significa che l'apparecchiatura può essere avviata, dopo aver serrato la vite centrale precedentemente svitata.
Con gli schemi dei sistemi di riscaldamento monotubo provati dalla pratica e le varianti di realizzazione, potrete familiarizzare in un altro articolo del nostro sito.
Impianto di riscaldamento a due tubi
Come nel caso del sistema monotubo, esistono distribuzione orizzontale e verticale, ma qui sono presenti sia la tubazione di mandata che quella di ritorno. Tutti i termosifoni si riscaldano allo stesso modo. Un tipo si differenzia dall'altro per il fatto che nel primo caso esiste un unico montante a cui sono collegati tutti i dispositivi di riscaldamento.

Lo schema verticale prevede il collegamento dei termosifoni a un montante posizionato verticalmente. Il suo vantaggio è che in un edificio a piani multipli, ogni piano è collegato al montante individualmente.
La particolarità dello schema bitubo è la presenza di tubi collegati a ciascun termosifone: uno di mandata e l'altro di ritorno. Per il collegamento dei dispositivi di riscaldamento esistono 2 schemi. Uno di questi è a collettore, quando dal collettore partono 2 tubi verso il termosifone.
Lo schema si distingue per un'installazione complessa, un elevato consumo di materiale, ma in ogni ambiente è possibile regolare la temperatura.
Il secondo schema, parallelo, è più semplice. Le colonne montanti sono installate lungo il perimetro della casa e ad esse sono collegati i radiatori. Un collettore orizzontale attraversa l'intero piano e le colonne montanti sono collegate ad esso.
I componenti di tale sistema sono:
- caldaia;
- valvola di sicurezza;
- manometro;
- sfiatatoio automatico;
- valvola termostatica;
- radiatori;
- pompa;
- filtro;
- apparecchio di bilanciamento;
- serbatoio;
- valvola.
Prima di procedere al montaggio, è necessario risolvere la questione del tipo di vettore energetico. Successivamente, si installa la caldaia in una centrale termica separata o nel seminterrato. L'importante è che vi sia una buona ventilazione. Si installa il collettore, se previsto dal progetto, e la pompa. Vicino alla caldaia si montano le apparecchiature di regolazione e misura.
A ogni futuro radiatore si collega la tubazione principale, quindi si installano i radiatori stessi. Si appendono gli apparecchi di riscaldamento su supporti speciali in modo che rimangano circa 10-12 cm dal pavimento e 2-5 cm dalle pareti. Si dotano le aperture di ingresso e uscita degli apparecchi di dispositivi di intercettazione e regolazione.

Dopo l'installazione di tutti i componenti del sistema, questo viene sottoposto a pressurizzazione. Devono occuparsene professionisti perché solo loro possono rilasciare il documento appropriato.
I dettagli sulle caratteristiche del sistema di riscaldamento a due tubi sono descritti qui, nell'articolo vengono presentati vari schemi e ne viene fornita un'analisi.
Conclusioni e video utili sull'argomento
In questo video viene presentato un esempio di calcolo idraulico dettagliato di un sistema di riscaldamento a 2 tubi di tipo chiuso per una casa a 2 piani nel programma VALTEC.PRG:
Qui viene spiegato in dettaglio il funzionamento di un sistema di riscaldamento monotubo:
È possibile eseguire l'installazione della versione chiusa del sistema di riscaldamento da soli, ma non si può fare a meno della consulenza di esperti. La chiave del successo è un progetto ben realizzato e materiali di qualità.
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Tuttavia, non è adatta a ogni tipo di casa, anche questo va considerato. Il sistema è certamente estremamente efficiente, ma provate a installarlo in case che hanno già “decenni” e che erano progettate per un diverso impianto di riscaldamento. Bisogna considerare che questa opzione è adatta solo a edifici moderni, in cui già la progettazione della casa lo prevedeva. Anche se non escludo di potermi sbagliare, nelle case vecchie non rischierei.
Nelle case vecchie non c'è alcun rischio, ma è comunque consigliabile sostituire l'intero sistema, insieme ai tubi e ai radiatori. Ad esempio, durante la sostituzione della caldaia. In effetti, le moderne caldaie murali sono già dotate di pompe e vasi di espansione integrati. Quindi, non resta che cambiare i tubi e preferibilmente i radiatori. E ancora meglio, installare un pavimento riscaldato. Il vantaggio sarà sia in termini di design che di efficienza.