Un impianto di riscaldamento

Un impianto di riscaldamento è un impianto termico per la produzione e la distribuzione di calore.

In ambito civile si intende il sistema usato per riscaldare ambienti abitativi o lavorativi. Altri ambienti possono essere:

* mezzi di trasporto (soprattutto automobilistico).

Quando il riscaldamento viene erogato dagli stessi dispositivi che forniscono anche il raffrescamento e altre eventuali variazioni del microclima locale (ventilazione, umidificazione), l'impianto viene detto di condizionamento o di climatizzazione.


Gli Antichi Greci si dotarono di impianti di riscaldamento, facendo passare l'aria calda prodotta da una fornace negli spazi sotto il pavimento fino a dei bocchettoni nel muro. Questi sistemi sono noti col nome di "ipocausto". Sistemi simili sono stati documentati in Corea, chiamati "ondol", al tempo dei Tre Regni (37 a.C. - 668 d.C.).

L'ipocausto è rimasto in uso nel bacino del Mediterraneo per molti anni del basso Medioevo. Nel XII secolo, alcuni ingegneri in Siria realizzarono impianti più avanzati, nel quale l'aria calda veniva trasferita attraverso dei condotti nel pavimento. Questo sistema venne largamente adottato nei bagni pubblici di tutto il mondo islamico medioevale.

Nel XIII secolo i monaci cistercensi re-introdussero il riscaldamento centralizzato nell'Europa cristiana usando acqua prelevata dal fiume scaldata da fornaci a legna. Il monastero di Nostra Signora della Ruota (fondato nel 1202) sul fiume Ebro nella regione dell'Aragona (Spagna) è un ottimo esempio di tale realizzazione.

Verso il 1700 gli ingegneri russi avevano iniziato ad usare l'acqua per gli impianti di riscaldamento. Il Palazzo d'Estate (1710-1714) di Pietro il Grande a San Pietroburgo è il miglior esempio di questa tecnologia. Appena più tardi, nel 1716, viene usata l'acqua anche in Svezia. Il passaggio all'applicazione industriale avvenne in Francia quando Jean Simon Bonnemain (1743-1830) adottò questa tecnica per una cooperativa costruita a Château du Pêcq, vicino Parigi.

Angier March Perkins sviluppò e installò alcuni dei primi sistemi a vapore negli anni attorno al 1830. Il primo fu installato nella casa del Governatore della Banca d'Inghilterra John Horley Palmer per consentirgli di far maturare l'uva nel freddo clima inglese.

La caratteristica di un impianto di riscaldamento è di generare il calore in un punto e trasferirlo ad altre zone.

Gli impianti di riscaldamento si classificano per:

* Combustibile o fonte di energia usato: carbone, gasolio, gas, legna, energia geotermica, solare o elettrica, teleriscaldamento
* Topologia e dimensioni: impianti autonomi (una unità abitativa), impianti centralizzati,
* Tecniche e mezzi e temperature di immagazzinamento e trasferimento del calore: convezione, irraggiamento, aria, acqua (vapore), ferro, alluminio, inerti (piastrelle, calcestruzzo).
* Efficienza e compatibilità con l'ambiente: valutate per emissioni CO2, costo totale, efficienza.

Il metodo più diffuso per generare il calore è di bruciare un combustibile fossile in una caldaia. Il calore viene usato per riscaldare l'aria, l'acqua o il vapore e questi vengono convogliati verso il locali di destinazione attraverso opportuni condotti. Solitamente l'impianto di riscaldamento è abbinato all'impianto di produzione di acqua calda sanitaria e ha la caldaia in comune.

Le differenze tra i sistemi usati dipendono da fattori quali:

* la disponibilità o economicità del combustibile o della fonte primaria di energia. Ad esempio, dove c'e' abbondanza di legna, gli altri combustibili hanno poca giustificazione. Dove è molto sviluppata la rete di distribuzione del gas (alcune regioni italiane ad esempio) fanno preferire il gas della rete a combustibili che richiedono stoccaggio e trasporto (es. gasolio o carbone). Dove è possibile il teleriscaldamento, sarà preferibile alla costruzione e manutenzione di nuovi impianti autonomi.
* la dimensione e il numero degli ambienti da scaldare. Per trasferimenti di distanze brevi può essere sufficiente usare l'aria calda, ma per grossi impianti è più efficiente l'acqua calda o il vapore.
* leggi e sistemi economici: dove sono in vigore normative che prediligono fonti di energia rinnovabile, alcuni combustibili fossili tenderanno a sparire (es. carbone, gasolio), a favore di energia solare, gas, o legna.

La caldaia è un'apparecchiatura che trasforma l'energia di un combustibile in calore e lo rende disponibile in un circuito contenente acqua o aria che ha la funzione di distribuire il calore negli ambienti ed eventualmente nell'acqua dell'impianto sanitario.
Altre fonti [modifica]

* Camino, Stufa, Fornace
* Impianto solare
* Impianto geotermico

Un impianto che usa l'acqua calda per il trasporto del calore, in genere include:

* Una caldaia
* Sistema di alimentazione della caldaia (tubi del gas, eventuale magazzino o serbatoio del combustibile)
* Sistema di scarico della caldaia (canne fumarie, scarichi e sfiati)
* Il sistema di circolazione dell'acqua calda: tubi, valvole, bypass
* Una pompa che fa circolare l'acqua calda in un sistema chiuso a pressione
* Radiatori: pannelli a circolazione d'acqua, che trasferiscono il calore dell'acqua all'ambiente circostante.


Il circuito dell'acqua verso i caloriferi può essere:

* Monotubo: un anello unico, che ad ogni radiatore ha una valvola a tre vie, con un ingresso, un ritorno verso l'anello e una derivazione verso il radiatore. Questa valvola può essere più o meno aperta verso il radiatore, ma non deve interrompere la circolazione dell'acqua nell'anello.
* Bitubo: ad ogni radiatore arrivano due tubi, da cui si ottengono due derivazioni (T), uno per l'andata, l'altro per il ritorno. La valvola al radiatore è a due vie, e determina la quantità dell'acqua che va al radiatore. Se è chiusa l'acqua continua a circolare fino all'ultimo radiatore dove il tubo dell'andata si chiude sul ritorno.

La temperatura dell'acqua nei radiatori deve essere in genere superiore ai 50 gradi centigradi.

La circolazione dell'acqua avviene in una struttura poggiata sul pavimento e coperto dalla superficie calpestabile. Attraverso un tubo disposto in modo da coprire possibilmente tutta la superficie di ogni locale, si fa passare acqua calda (in media da 35-40 gradi C.) che a sua volta riscalda massetto ed il pavimento. Il calore viene scambiato attraverso irraggiamento alle superfici verticali ed il soffitto e per effetto secondario l'aria. Un impianto a pavimento, detto anche "radiante", si inalza la temperatura media delle superfici e di conseguenza con a stessa temperatura operativa, di confort, si può mantenere temperature dell'aria più basse. L'impianto a pavimento è quindi più efficiente di impianti a convezione e portano ad un risparmio di min. 10% a parità di edificio riscaldato. Norma che regola gli impianti "radianti": Uni En 1264.

Gli impianti che fanno circolare il vapore sono simili a quelli con acqua calda. La componentistica dell'impianto deve essere tarata su temperature e pressioni molto più elevate.

Nei sistemi dove si usa l'aria calda, il riscaldamento dell'aria può essere locale, ad esempio con un termoconvettore costituito da una fonte di calore (focolare, stufa, resistenze elettriche, pompa di calore) e ventole, oppure remoto, e l'aria calda convogliata verso i locali attraverso dei tubi. Il riscaldamento dell'aria è un sistema usato spesso nei grandi spazi delle fabbriche o dei capannoni. Nei locali ristorante o mensa spesso si osserva l'uso di tubi di stoffa con dei forellini per la diffusione del calore, sospesi vicino al soffitto.

Dove vi è una notevole escursione termica tra il giorno e la notte, si adopera con successo la tecnica dell'accumulo giornaliero e il rilascio notturno, ad esempio strutturando i muri della casa in modo che assorbano notevoli quantità di calore dal sole per poi rilasciarlo dopo il buio.

Gli impianti centralizzati hanno il vantaggio della scala: con un'unica macchina grande si può riscaldare un intero edificio. Di contro, la gestione di un impianto grande richiede la conciliazione dei diversi usi del sistema nei singoli locali. Vi sono diverse topologie possibili dell'impianto centralizzato negli edifici:

* a condotti centrali: che hanno un unico punto di ingresso per ogni piano o zona e si diramano successivamente
* a condotti paralleli:

Negli impianti moderni si può avere un impianto centrale e contabilizzare il calore usato da ogni utenza.

La necessità di un impianto di riscaldamento in un clima temperato è giustificato spesso dallo scarso isolamento termico dell'edificio. Nel concetto della "casa passiva" o della casa ad alta efficienza energetica si realizza l'idea che una casa può essere progettata e realizzata per mantenere un microclima interno confortevole anche senza un vero e proprio impianto di riscaldamento.

Nei mezzi di trasporto si rende necessario creare un ambiente confortevole per chi viaggia. In genere il riscaldamento è considerato una necessità più di base rispetto al condizionamento, e tradizionalmente è abbinato alla ventilazione. Nelle carrozze ferroviarie i sistemi hanno seguito prevalentemente la storia della locomozione: si passa dalle stufe a legna degli inizi del Novecento all'uso dell'elettricità degli anni sessanta.

In ambito automobilistico l'impianto di riscaldamento in genere trasferisce aria calda dalla zona del motore all'abitacolo.

Nelle automobili con motore a combustione, il rendimento dei motori è piuttosto basso (attorno al 30%) e vi è molto calore prodotto che può essere usato per riscaldare l'abitacolo.

Nelle automobili elettriche invece il problema dell'impianto di riscaldamento è di difficile gestione, in quanto porta via molta energia alle batterie. Rimane tristemente famosa l'esperienza delle Fiat Panda (Panda Elettra) in gestione al comune di Torino negli anni novanta. Nonostante contenessero delle grosse batterie, d'inverno l'interno era tendenzialmente freddo e i vetri si riempivano di condensa.

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