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Raffrescamento radiante: la termoregolazione e il controllo umidità

I requisiti del raffrescamento radiante per la termoregolazione

7 Min

Grazie all’elevato livello di comfort e al piacevole calore radiante, il riscaldamento a pavimento, a parete o a soffitto è il metodo più usato per la distribuzione del calore nei nuovi edifici. La quota di mercato continua a crescere costantemente.

Anche il settore del raffrescamento degli ambienti è in crescita. Una stima della Commissione Europea ipotizza che la domanda di aria condizionata negli edifici aumenterà del 70% nell’UE entro il 2030. [i]

Poiché è già previsto un’ulteriore incremento per entrambi i mercati, si può raggiungere un grande potenziale per il raffrescamento radiante del sistema 2 in 1. Per questo motivo, l’applicazione del raffrescamento e l’implementazione intelligente diventeranno sempre più importanti per il riscaldamento radiante in futuro.

Le varianti del raffrescamento degli ambienti

Klima vs. Flaechenkuehlung

Due tipi di raffrescamento delle stanze

Climatizzazione classica Raffrescamento radiante
Convezione Radiazione
Condizionare l’aria della stanza Raffreddare le superfici
Utilizza l’aria Utilizza l’acqua

Vantaggi e svantaggi delle due varianti

Entrambe le varianti di raffrescamento degli ambienti presentano chiaramente diversi vantaggi e svantaggi.

1) Il classico sistema di condizionamento

+  Si possono ottenere potenze di raffrescamento più elevate

+  Regolazione della temperatura più rapida

+  Alcuni condizionatori d’aria possono controllare non solo la temperatura ma anche l’umidità

  La convezione d’aria crea un flusso che spesso viene percepito come fastidioso

  Umidità eccessivamente bassa

  I sistemi di climatizzazione sono di solito visibili e con alto impatto sonoro

2) L’impianto di raffrescamento radiante:

+  Sistema 2 in 1: le tubazioni del riscaldamento radiante vengono utilizzate in modo combinato

+  Risparmio energetico e rispetto dell’ambiente: grazie all’ampia superficie di raffrescamento, è sufficiente una differenza di temperatura significativamente più bassa. Un basso livello di temperatura è ottimale per la combinazione con fonti di energia rigenerativa. Come risultato, il risparmio energetico e di CO2 è possibile dal 50 al 90% quando si raffrescano gli edifici [ii].

+  Effetto dell’irraggiamento: a parità di percezione del calore, la temperatura effettiva dell’aria ambiente può essere fino a 3°C più alta con il raffrescamento radiante rispetto ai classici sistemi di condizionamento dell’aria

Estetica: distribuzione del calore nella stanza praticamente invisibile

   Problema del punto di rugiada: la temperatura ambiente non può essere facilmente ridotta a piacere, senza il controllo dell’umidità.

La termoregolazione di un impianto di raffrescamento radiante

Dove si vogliono sfruttare i vantaggi del raffrescamento radiante, ci sono alcuni requisiti aggiuntivi per il sistema di regolazione.

In primo luogo, la logica di regolazione generale deve essere invertita per il funzionamento del raffrescamento. Questo perché, in modalità di raffrescamento, l’impianto dovrebbe essere alimentato con acqua fredda quando la stanza è troppo calda, e non, come in modalità di riscaldamento, quando è troppo fredda.

Come per il riscaldamento radiante, la regolazione multizona è utile anche per le applicazioni di raffrescamento per il massimo comfort ed efficienza. Una stanza sul lato sud soleggiato può avere bisogno di essere raffreddata più di una stanza ombreggiata sul lato nord di una casa. Inoltre, in molti casi non tutte le stanze devono essere raffreddate. Ad esempio, il raffrescamento è spesso non richiesto in bagno. La regolazione multizona dovrebbe quindi permettere all’utente di abilitare il funzionamento di raffrescamento in singole zone.

È anche importante che il passaggio dal riscaldamento al raffrescamento avvenga contemporaneamente nell’intero sistema. Per evitare diverse modalità di funzionamento nel sistema, si raccomanda quindi una soluzione di regolazione che comunichi, ad esempio, con la fonte di energia. Se come fonte di energia viene utilizzata una pompa di calore reversibile, è utile un cambio stagionale simultaneo e centralizzato.

Per un funzionamento efficiente e basato sulla domanda, una richiesta della fonte di energia è vantaggiosa anche nella modalità di raffrescamento. Anche in questo caso, il sistema di regolazione dovrebbe essere progettato per convertire il fabbisogno di riscaldamento in fabbisogno di raffrescamento.

Il problema del punto di rugiada

Una sfida particolare nel raffrescamento radiante è il rischio di formazione di rugiada.

La rugiada (acqua condensata) si verifica quando l’aria calda e umida dell’ambiente incontra componenti freddi.

Ci sono quindi 3 fattori la cui interazione è determinante per la formazione della rugiada:

  1. 1. temperatura ambiente
  2. 2. umidità dell’aria
  3. 3. temperatura superficiale

La combinazione di questi 3 parametri, da cui si può formare la rugiada, è anche chiamata punto di rugiada.

In combinazione con la superficie fredda del raffrescamento radiante, questo può diventare rapidamente problematico.

Soprattutto se si tiene conto del fatto che una temperatura ambiente relativamente più alta è confortevole a causa dell’irraggiamento del raffrescamento radiante.

Per prevenire la formazione di rugiada e la conseguente possibilità di formazione di muffe, si possono adottare varie misure per individuarla e prevenirla.

Curva del punto di rugiada

Curva del punto di rugiada

Riconoscimento della formazione di rugiada

La possibilità più semplice è quella di impostare la temperatura di mandata non inferiore a 16°C durante il raffrescamento. Tuttavia, questa è solo un’approssimazione generale (25°C aria + 58% umidità relativa), problematica a causa di possibili fluttuazioni dell’umidità e non è affatto sicura.

Un’opzione per il rilevamento della formazione di rugiada è quella di utilizzare un sensore di umidità o un monitor dell’umidità. Qui si utilizza un sensore di umidità, ad esempio su un tubo, per rilevare quando si forma la rugiada. Questo è un modo reattivo di rilevare quando la temperatura scende al di sotto del punto di rugiada dopo che si è formata.

Un modo proattivo e preventivo per rilevare quando il punto di rugiada sta per essere sotto il punto di rugiada è il “monitoraggio del punto di rugiada”.

La temperatura ambiente [°C] e l’umidità relativa [%] possono essere misurate con termostati ambiente o sensori ambiente. È richiesta anche la temperatura [°C] della superficie fredda. Questa può essere misurata, ad esempio, con sensori di superficie. Un’altra possibilità è quella di misurare la temperatura di mandata. In questo modo è possibile effettuare un’analisi del “caso peggiore” in un punto centrale. Questo perché la superficie raffreddata non può diventare più fredda dell’acqua fredda utilizzata per il raffrescamento.

Con questi valori dei sensori, il regolatore può calcolare la posizione attuale sulla curva del punto di rugiada (vedi figura curva del punto di rugiada). Questo può essere usato come misura preventiva per verificare se la rugiada può formarsi nelle condizioni attuali.

In combinazione con un sistema di regolazione multizona, il monitoraggio del punto di rugiada può essere implementato stanza per stanza oltre alla misurazione centrale. A questo scopo, l’umidità relativa viene misurata in ogni stanza oltre alla temperatura ambiente, al fine di calcolare la posizione del punto di rugiada per ogni stanza separatamente. In questo modo si possono prendere in considerazione anche diverse condizioni all’interno di un’unità abitativa. (Nelle stanze in cui le persone soggiornano a lungo, l’umidità dell’aria aumenta. Una stanza sul lato sud soleggiato ha una temperatura ambiente più alta di una stanza sul lato nord ombreggiato).

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Monitoraggio del punto di rugiada in base alla stanza: le diverse condizioni della stanza portano a diversi punti di rugiada

Evitare la formazione di rugiada

Il solo rilevamento di una temperatura al di sotto del punto di rugiada non impedisce naturalmente la formazione di rugiada. Anche la reazione corretta a questo è importante.

Prima di tutto, una misura strutturale per prevenire la formazione di rugiada può essere presa isolando il distributore e le linee di collegamento.

Una reazione al raggiungimento del punto di rugiada che può essere implementata molto semplicemente è quella di spegnere il sistema di raffrescamento. Questo previene danni all’ambiente, ma è accompagnato da una perdita di comfort per l’occupante.

Al contrario, si può anche effettuare una “correzione del punto di rugiada”. In questo caso, la temperatura di mandata viene regolata tenendo conto della curva del punto di rugiada e il raffrescamento viene effettuato solo per quanto la situazione attuale lo consente senza formazione di rugiada. Questa opzione richiede un raffrescamento radiante per influenzare la temperatura di mandata, ad esempio tramite un miscelatore. Tuttavia, ciò offre un grande guadagno in termini di comfort, in quanto assicura il funzionamento di raffrescamento più efficace e sicuro in ogni momento.

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Esempio di un sistema per il raffrescamento radiante a regolazione olistica

La formazione di rugiada può essere evitata anche modificando l’umidità dell’aria. Il principio è simile alla “correzione del punto di rugiada” e in questo caso si agisce su un solo fattore. A questo scopo, per il raffrescamento radiante è necessario un deumidificatore.

Inoltre: affinché un deumidificatore possa essere utilizzato attivamente per prevenire la formazione di condensa, la regolazione del sistema di raffrescamento radiante deve essere in grado di attivarlo e di influenzare l’umidità.

Sommario

Si può prevedere che l’importanza del raffrescamento radiante aumenterà in futuro. Offre molti vantaggi in termini di efficienza energetica, rispetto dell’ambiente e comfort. Tuttavia, pone anche maggiori esigenze al sistema di termoregolazione.

Un ostacolo sulla strada verso il successo del raffrescamento radiante è la soluzione del problema della rugiada. Soluzioni per questo esistono già (monitoraggio del punto di rugiada, correzione del punto di rugiada, deumidificatore), che consentono un funzionamentoo confortevole del raffrescamento e senza muffe. Se queste soluzioni vengono implementate in modo coerente nella pratica, i vantaggi del raffrescamento radiante possono essere realizzati in modo sicuro e si può esprimere l’enorme potenziale offerto dal crescente mercato della climatizzazione.

[i] https://www.erneuerbareenergien.de/nachhaltige-co2-freie-kaelte
[ii] https://www.zdf.de/nachrichten/heute/wie-klimafreundliche-kuehlung-aussehen-kann-100.html

Marvin Alexander Gellenthin

Informazioni sull’autore

Dopo aver completato un master in ingegneria industriale, Marvin Gellenthin ha acquisito una prima esperienza in ingegneria meccanica ed è ora dedicato all’automazione dei sistemi HVAC.

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