Sistema di riscaldamento ad acqua a circolazione forzata: schemi, opzioni di realizzazione, dettagli tecnici

Molte soluzioni moderne per il riscaldamento idronico delle case richiedono l'uso di un gruppo di pompaggio. La progettazione e l'installazione di un sistema di riscaldamento a circolazione forzata devono essere effettuate tenendo conto degli aspetti tecnici che sorgono a causa del rapido movimento del fluido termovettore.

L'alta pressione nel circuito di riscaldamento consente di realizzare molti schemi di distribuzione. Ammetterà che questo è un vantaggio non trascurabile di un sistema di riscaldamento a circolazione forzata. Tuttavia, l'allestimento di un tale schema richiede una progettazione competente.

Le spiegheremo in base a quali caratteristiche vengono selezionati i principali componenti operativi del sistema e descriveremo in dettaglio le possibili opzioni di distribuzione della linea principale e i modi per organizzare il circuito di riscaldamento.

Caratteristiche tecniche dei componenti principali del sistema

Lo schema forzato si differenzia da quello naturale per l'aggiunta di una o più pompe di circolazione. A causa dell'aumento della pressione e della velocità del fluido termovettore, le regole di formazione dei componenti e la disposizione degli elementi del circuito cambiano.

Questo fatto deve essere considerato per garantire un riscaldamento di qualità a circolazione forzata.

Requisiti generali per il gruppo di pompaggio

Le pompe di circolazione vengono scelte in base ai requisiti di portata d'acqua (metri cubi all'ora) e prevalenza (metri). Il calcolo di entrambi i parametri dipende dalla cubatura degli ambienti da riscaldare e dal metodo di riscaldamento, nonché dalla lunghezza del circuito idraulico e dal diametro dei suoi tubi.

La pompa deve essere scelta in modo che i suoi parametri non siano “a filo” dei requisiti del sistema. Questo permetterà di aggiungere, in caso di necessità, elementi al circuito senza sostituire la pompa.

Generalmente le pompe sono progettate per una tensione di 220 Volt, ma ne esistono anche con supporto a 12 Volt. In caso di sbalzi di tensione è necessario installare uno stabilizzatore per evitare che il dispositivo si guasti.

In caso di frequenti interruzioni di corrente elettrica, è necessario preoccuparsi della disponibilità di un gruppo di continuità. Non è necessario prendere un UPS potente – per riscaldare case private raramente si utilizzano dispositivi con consumo superiore a 150 Watt all'ora.

Le pompe di circolazione possono essere suddivise approssimativamente in due tipi in base alla posizione del motore. I dispositivi con rotore a secco hanno un'efficienza maggiore, ma presentano un livello di rumorosità più elevato e una durata inferiore rispetto a quelli con rotore a umido.

Se la distribuzione del sistema consente il movimento naturale del fluido termovettore nel circuito, allora la pompa deve essere installata tramite un “bypass”. In questo caso, in caso di suo guasto o di interruzione di corrente, è possibile passare il riscaldamento alla modalità di circolazione gravitazionale.

Attraverso una pompa non in funzione l'acqua può comunque muoversi, tuttavia essa creerà una forte resistenza al suo movimento.

La scelta del modello di pompa per uno specifico sistema di riscaldamento viene effettuata determinando il punto di lavoro e la sua conformità ai valori richiesti di portata del fluido termovettore (+).

Il problema dello spegnimento della pompa è particolarmente rilevante quando si utilizza il riscaldamento a stufa o camino. In questo caso la stufa continua a riscaldare lo scambiatore di calore e potrebbe verificarsi l'ebollizione dell'acqua al suo interno, causando un guasto a lungo termine dell'intero sistema.

È meglio eseguire l'installazione della pompa sul tubo di ritorno, perché la temperatura più bassa dell'acqua permetterà di prolungare la sua durata. Se invece non è possibile installare la pompa in un luogo diverso dal tubo che esce dalla caldaia, allora si dovrebbe usare una pompa con guarnizioni ceramiche.

Sebbene sopportino temperature fino a 110°C, in caso di ebollizione del sistema anche loro potrebbero avere problemi di funzionamento.

Montando la pompa nel circuito tramite bypass si possono ottenere non solo condizioni di lavoro normali secondo il principio della circolazione naturale, ma anche la possibilità di rimuovere la pompa senza scaricare l'acqua.

Informazioni utili sulla scelta delle pompe di circolazione per l'impianto di riscaldamento sono fornite negli articoli:

1. Scelta della pompa di circolazione: dispositivo, tipi e regole per la selezione della pompa per riscaldamento
2. Pompa di circolazione per riscaldamento: le dieci migliori modelli e consigli per gli acquirenti

Dettagli sulla scelta di caldaie e stufe

L'utilizzo di caldaie elettriche e a gas, stufe a combustione lenta come generatori di calore è interessante dal punto di vista della semplicità di controllo dell'apporto termico attraverso lo scambiatore.

L'uso di stufe a combustibile solido, specialmente di costruzioni artigianali, comporta il rischio di un rilascio di calore insufficiente o eccessivo. Tuttavia, il loro uso è spesso giustificato dal punto di vista del basso costo e della disponibilità del combustibile.

Oggi sono disponibili molti modelli di caldaie elettriche e caldaie a gas con pompa integrata. Da un lato, il sistema di circolazione incorporato è dimensionato in base alla potenza della caldaia e consente di non dover acquistare e installare una pompa separata. Dall'altro lato, in caso di guasto della pompa incorporata, non sarà così facile ripararla o sostituirla come una pompa separata.

La caldaia elettrica con pompa integrata è una soluzione pronta e compatta per essere inserita in uno schema a circolazione forzata

I requisiti per la caldaia quando si utilizza la circolazione forzata sono gli stessi della circolazione naturale:

• Calcolo della potenza della caldaia – l'indicatore deve soddisfare le esigenze di riscaldamento della casa nelle condizioni più rigide per una determinata località. È consigliabile avere un piccolo margine di potenza (10-20%) a causa di possibili circostanze di forza maggiore che potrebbero verificarsi nell'impianto di riscaldamento.
• Prevenzione dell'ebollizione del fluido termovettore nello scambiatore. Questo requisito è più facile da soddisfare quando si utilizza la combinazione “stufa – pompa” rispetto al modello gravitazionale di movimento del fluido.

Per prevenire l'ebollizione dell'acqua nello scambiatore della caldaia, è sufficiente impostare una regolazione della potenza in base alla temperatura del liquido in uscita. Questo metodo funziona con qualsiasi tipo di circolazione.

L'unità di controllo del funzionamento della caldaia a combustibile solido include la funzione di avvio della pompa al raggiungimento di temperature critiche all'uscita dello scambiatore

Per le stufe a circolazione naturale non è possibile prevenire l'ebollizione del fluido termovettore in caso di carico eccessivo di combustibile. L'unica opzione, in presenza di una pompa, è aumentare il volume di liquido che attraversa lo scambiatore di calore.

Inoltre, tale sistema anti-emergenza può essere reso automatico utilizzando un termostato e un modulo di regolazione della velocità della pompa.

Installazione e verifica del circuito idronico

In un sistema di riscaldamento a circolazione forzata, le velocità dell'acqua saranno maggiori rispetto a un modello a gravità. Pertanto, è possibile utilizzare tubi di diametro inferiore a parità di parametri di riscaldamento dell'edificio. Ciò riduce il costo del riscaldamento idronico per quanto riguarda le spese per tubi, raccordi e valvole.

Inoltre, gli elementi del circuito di diametro inferiore sono più facili da nascondere in nicchie tecniche o da integrare nell'arredamento degli ambienti.

Rispetto alla circolazione naturale, alla pressione idrostatica della colonna di liquido si aggiungerà la maggiore pressione idrodinamica del flusso. Pertanto, per evitare perdite o, ancor più, la rottura del sistema, è necessario seguire alcune regole.

In caso di passaggio dalla circolazione gravitazionale a quella forzata, è necessario eliminare tutte le perdite, anche minori, nel circuito. All'aumentare della pressione, la velocità di fuoriuscita aumenterà, causando oltre a problemi nell'ambiente una diminuzione della quantità di fluido termovettore e una sua eccessiva aerazione (saturazione d'aria).

Prima dell'inizio della stagione di riscaldamento, è necessario effettuare test idraulici di resistenza del circuito con la pressione massima utilizzata o anche leggermente superiore. Ciò consentirà di individuare i problemi e risolverli prima dell'arrivo del freddo, quando un lungo arresto del riscaldamento per riparazioni è indesiderabile.

Le perdite dei radiatori di riscaldamento possono verificarsi nei luoghi più inaspettati e la risoluzione del problema richiederà molto tempo, quindi è meglio verificare l'integrità del sistema in anticipo.

Poiché la velocità di movimento del fluido termovettore sarà maggiore di 0,25 m/s, secondo il SNiP 41-01-2003 non è necessario mantenere una pendenza costante dei tubi per rimuovere l'aria dal circuito. Pertanto, con circolazione forzata, l'installazione di tubi e radiatori è leggermente più semplice rispetto allo schema gravitazionale.

Opzioni di riscaldamento a circolazione forzata

L'uso della circolazione forzata permette di allontanarsi dal principio di progettazione della distribuzione con l'obbligatoria considerazione del dislivello di pressione idrostatica, necessario per il funzionamento dello schema gravitazionale.

Ciò aggiunge variabilità nella modellazione della geometria del circuito idraulico e offre la possibilità di utilizzare soluzioni come il riscaldamento a collettore o il pavimento radiante di grandi dimensioni.

Applicazione della distribuzione superiore e inferiore

Qualunque schema di riscaldamento può essere genericamente classificato come distribuzione superiore o inferiore. Nella distribuzione superiore, l'acqua calda sale sopra i dispositivi di riscaldamento e poi, scendendo, riscalda i radiatori. In quella inferiore, l'acqua calda viene fornita dal basso. Ogni opzione ha i suoi vantaggi.

La distribuzione superiore viene utilizzata anche nella circolazione naturale. Pertanto, i circuiti di riscaldamento di questo tipo permettono di usare entrambi i tipi di circolazione. Questo, in primo luogo, offre una possibilità di scelta e, in secondo luogo, aumenta l'affidabilità del sistema.

In caso di interruzione di corrente o guasto della pompa, il movimento dell'acqua nel circuito continuerà, anche se a velocità ridotta.

Una buona pressione permette di scegliere tra distribuzione superiore e inferiore, tenendo conto della comodità di posa dei tubi che portano il fluido termovettore ai radiatori (+)

Utilizzando la distribuzione inferiore, la lunghezza totale dei tubi è minore, riducendo i costi di realizzazione dell'impianto. Inoltre, non è necessario installare colonne montanti al piano superiore, il che è positivo dal punto di vista del design degli ambienti. Il tubo di alimentazione dell'acqua calda inferiore viene posato o nel seminterrato o a livello del pavimento del primo piano.

Varietà di schemi di collegamento monotubo

Lo schema monotubo utilizza lo stesso tubo sia per fornire acqua calda ai radiatori sia per restituire quella fredda alla caldaia. Con questa distribuzione, la lunghezza dei tubi utilizzati viene quasi dimezzata, riducendo il numero di raccordi e valvole di intercettazione.

Tuttavia, il riscaldamento dei radiatori avviene in sequenza, quindi calcolando il numero di elementi è necessario tenere conto della graduale diminuzione della temperatura del fluido termovettore fornito.

Il collegamento in serie dei radiatori utilizzando un solo tubo per la fornitura del fluido termovettore è spesso impiegato nelle case moderne per minimizzare i costi dei materiali e semplificare i lavori di installazione.

Gli schemi monotubo possono essere realizzati in varianti orizzontale e verticale. Con circolazione forzata, nel caso di utilizzo di colonne montanti verticali, è possibile fornire acqua calda non solo dall'alto, ma anche dal basso.

L'opportunità di utilizzare l'una o l'altra variante dipende non solo dalla comodità di posa dei tubi, ma anche dal numero massimo consentito di radiatori su una colonna montante di un circuito monotubo.

È possibile collegare i radiatori del riscaldamento in due modi:

• Collegamento sequenziale – il fluido termovettore scorre attraverso tutti i radiatori. In questo caso è necessario un numero minimo di tubi, tuttavia, in caso di necessità di spegnere uno dei radiatori, si dovrà fermare l'intero ramo dell'impianto.
• Collegamento tramite bypass – il fluido termovettore può scorrere bypassando il radiatore attraverso un ramo deviato installato. Con un sistema di valvole, è possibile reindirizzare il flusso oltre il radiatore, consentendone la riparazione o lo smontaggio senza fermare il riscaldamento.

Lo schema monotubo viene spesso utilizzato nel riscaldamento, tuttavia, in caso di un gran numero di radiatori, per un loro riscaldamento uniforme si utilizza un'altra variante.

Gli schemi monotubo hanno molte varianti di realizzazione con circolazione forzata, quindi è abbastanza facile scegliere la soluzione adatta per la geometria specifica degli ambienti (+)

Modalità di utilizzo della variante a due tubi

Lo schema del circuito di riscaldamento che utilizza un secondo tubo per il ritorno dell'acqua raffreddata alla caldaia viene chiamato sistema a due tubi. La lunghezza dei tubi aumenta, così come il numero di giunzioni e dispositivi.

Tuttavia, l'impianto ha un importante vantaggio – a ciascun radiatore viene fornito un fluido termovettore della stessa temperatura. Ciò rende la variante a due tubi molto interessante.

Nel riscaldamento ad acqua con circolazione forzata si utilizzano sia la distribuzione orizzontale che quella verticale. Inoltre, nella variante verticale è possibile applicare l'alimentazione superiore e inferiore di acqua calda.

Lo schema a due tubi di alimentazione e ritorno dell'acqua in combinazione con il collegamento diagonale del radiatore fornisce la massima resa termica nell'ambiente

Poiché la temperatura dell'acqua fornita a tutti i radiatori è la stessa, la geometria dei circuiti dipende solo dai seguenti fattori:

• risparmio di materiali – minimizzazione della lunghezza dei tubi e del numero di giunzioni;
• facilità di posa del circuito di riscaldamento attraverso pareti e solai;
• attrattiva estetica – possibilità di integrare gli elementi di riscaldamento nell'arredamento degli ambienti.

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

1. Con flusso parallelo. Il movimento in entrambi i tubi avviene nella stessa direzione. Il ciclo di circolazione del fluido termovettore ha la stessa lunghezza per tutti i radiatori in questa parte del sistema, pertanto la loro velocità di riscaldamento è uguale.
2. A fondo cieco. Nello schema a flusso parallelo, i radiatori più vicini alla caldaia si riscaldano più velocemente. Tuttavia, per i sistemi a circolazione forzata, questo non è molto importante a causa dell'elevata velocità dell'acqua nel circuito.

Nella scelta tra la configurazione a flusso parallelo e quella a fondo cieco, ci si basa sulla comodità di posa del tubo di ritorno. Negli schemi verticali, con distribuzione inferiore si ottiene un sistema a fondo cieco, mentre con distribuzione superiore si ottiene un sistema a flusso parallelo.

Utilizzo del collettore di distribuzione del riscaldamento

Un altro metodo popolare di organizzazione del riscaldamento attualmente è la creazione di uno schema a collettore. In una certa misura, questo schema può essere considerato un sottotipo del sistema a due tubi, sebbene venga utilizzato anche nell'organizzazione di circuiti di riscaldamento monotubo.

Tuttavia, la distribuzione del fluido termovettore caldo e la raccolta di quello raffreddato non avvengono dalla colonna montante principale, ma da appositi dispositivi di distribuzione nodali: i collettori. Un tale sistema funziona stabilmente solo con l'uso della circolazione forzata.

La distribuzione a raggi, rispetto a quella a due tubi, richiede la presenza di un collettore, una maggiore lunghezza totale dei tubi, un maggior numero di raccordi e valvole di intercettazione.

Il nodo di distribuzione per un sistema a due tubi è una complessa combinazione di collettori di mandata e di ritorno, attraverso i quali viene effettuata un'alimentazione del fluido termovettore bilanciata in temperatura e pressione.

Ciascun ramo del dispositivo alimenta un singolo elemento di riscaldamento o un piccolo gruppo di essi. I rami sono solitamente posizionati sotto il pavimento; ogni piano di un edificio a più piani è servito da un collettore installato al centro.

Nonostante gli evidenti vantaggi di questa opzione di organizzazione del riscaldamento, il sistema a collettore presenta due notevoli svantaggi:

• la maggiore lunghezza delle tubazioni, pertanto questa opzione di organizzazione del circuito idraulico richiede un notevole investimento economico;
• la difficoltà di modificare il circuito – i tubi in questa configurazione sono solitamente posizionati sotto il pavimento o nei muri, quindi in caso di aggiunta di apparecchi di riscaldamento sarà molto difficile apportare modifiche.

Tutti i collettori vengono solitamente montati in un apposito armadietto, poiché le valvole di intercettazione si trovano lì e devono essere accessibili. Disporre i rubinetti in un unico punto è molto comodo.

In caso di necessità di accendere o spegnere i radiatori o in caso di situazione anomala, è sufficiente avere accesso all'armadietto e non è necessario visitare tutti i locali.

I collettori di distribuzione possono avere una struttura semplice, composta da due pettini e un minimo di valvole di intercettazione. I gruppi complessi possono includere anche termostati automatici, valvole elettroniche, miscelatori, dispositivi di sfogo automatico dell'aria, sensori e unità di controllo, valvola di scarico acqua, una pompa di circolazione separata.

Questi sistemi possono regolare la temperatura in casa con la massima precisione, ma richiedono una buona comprensione dei fondamenti e delle sfumature del funzionamento del riscaldamento ad acqua.

Riscaldamento tramite pavimento radiante

Uno dei metodi di riscaldamento più confortevoli è considerato l'organizzazione del pavimento riscaldato. È necessario notare che l'installazione di questa opzione di riscaldamento per soggiorni, docce, cucine e altri ambienti è piuttosto complessa.

Un pavimento riscaldato ad acqua di grandi dimensioni è possibile solo con un sistema a circolazione forzata, poiché è necessaria una pressione in un lungo sistema di tubi stretti.

La pressione è necessaria per superare la resistenza dei tubi stretti con molte curve. Inoltre, è necessario ottenere una prevalenza che consenta di rimuovere l'aria dai tubi del pavimento riscaldato, che sono disposti orizzontalmente.

Esistono molte combinazioni per la posa dei tubi:

• Per le stanze piccole si utilizzano schemi con un ingresso per l'acqua calda e un'uscita per quella raffreddata;
• Per gli ambienti grandi si organizzano sistemi di pavimento riscaldato più complessi utilizzando un collettore di distribuzione.

Non di rado, per tratti del circuito con pavimento riscaldato vengono installate pompe di circolazione separate.

L'uso del collettore è giustificato per grandi superfici di pavimento riscaldato, quando i calcoli mostrano che un singolo tubo potrebbe non essere in grado di far fronte al riscaldamento.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Descrizione dettagliata di uno schema di riscaldamento a due tubi e piuttosto complesso per una casa a due piani:

Sistema a circuito chiuso per una casa a tre piani basato su una caldaia a gas:

L'uso di pompe nel riscaldamento ad acqua degli ambienti semplifica notevolmente la progettazione del circuito, rendendo possibili opzioni non disponibili per il modello a gravità. La corretta selezione delle apparecchiature permetterà di risolvere il problema del riscaldamento dell'abitazione, rendendo questo processo comodo e semplice.

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