Una fonte di calore, due terminali: perché il riscaldamento a pavimento non si scalda?

Parte 4 — Area di dissipazione del calore effettiva insufficiente

La pompa di calore funziona normalmente.

La temperatura dell'acqua in uscita è corretta.

Il flusso d'acqua attraverso i circuiti del riscaldamento a pavimento sembra ragionevole.

Non c'è alcun blocco d'aria evidente e il sistema idraulico è stato adeguatamente bilanciato.

Ma la stanza fatica ancora a raggiungere la temperatura target.

Cos'altro potrebbe esserci di sbagliato?

Una causa spesso trascurata è:

L'area effettiva di dissipazione del calore del sistema di riscaldamento a pavimento è troppo piccola.

Ciò può accadere quando vaste aree di pavimento riscaldato sono coperte da divani, letti, armadi, tappeti spessi o altri materiali ad alta resistenza. Può verificarsi anche quando la spaziatura dei tubi UFH è troppo ampia o quando l'effettiva superficie del pavimento riscaldato è troppo piccola per la perdita di calore prevista dalla stanza.

InParte 4 della nostra serie di risoluzione dei problemi "Una fonte di calore, due terminali"., spieghiamo perché la superficie totale ezona di riscaldamento effettivanon sono necessariamente gli stessi e perché questa differenza è importante nei sistemi a pompa di calore aria-acqua.

1. Qual è l'"area effettiva di dissipazione del calore" del riscaldamento a pavimento?

Il riscaldamento a pavimento funziona trasferendo il calore dall'acqua calda all'interno dei tubi nella struttura del pavimento.

Il calore poi viaggia verso l'alto attraverso:

Tubo UFH → Struttura massetto/pavimento → Finitura pavimento → Stanza

La superficie utile del pavimento funge quindi da grande emettitore di calore a bassa temperatura.

Ma non tutti i metri quadrati di pavimento trasferiscono necessariamente il calore in modo efficace nella stanza.

Considera una camera da letto di 15 m².

Dopo l'installazione:

• un letto grande;

• armadio;

• comodini;

• scrivania;

• altri mobili;

forse solo 8–10 m² di pavimento rimangono relativamente liberi.

Se il letto ha una base solida appoggiata direttamente sul pavimento, l'area effettiva di trasferimento del calore potrebbe essere ulteriormente ridotta.

Perciò:

Area totale della stanza ≠ area effettiva di dissipazione del calore UFH.

Questa distinzione diventa molto importante in ambienti con carichi termici elevati.

2. Perché coprire il pavimento riduce le prestazioni di riscaldamento?

Il riscaldamento a pavimento trasferisce il calore principalmente attraverso l'irraggiamento e la convezione dalla superficie riscaldata del pavimento all'ambiente.

Quando un mobile di grandi dimensioni si trova direttamente sul pavimento, il percorso di trasferimento del calore cambia.

Invece di:

Pavimento riscaldato → Camera

ora abbiamo:

Pavimento riscaldato → Mobili → Trasferimento di calore limitato → Stanza

Il calore non scompare completamente, ma si riduce la sua cessione utile allo spazio occupato.

Il problema è particolarmente evidente con i mobili che hanno poco o nessun intercapedine d'aria sotto, come:

• armadi a terra;

• letti a base solida;

• divani di grandi dimensioni con ingombro molto ridotto;

• armadi a muro;

• piattaforme di stoccaggio.

Pertanto, durante la progettazione dell'UFH si dovrebbero considerare grandi aree permanentemente coperte.

3. Un semplice esempio: una stanza di 15 m² non significa necessariamente una superficie riscaldante di 15 m²

Supponiamo che una camera da letto abbia una superficie totale di:

15 mq

La stanza richiede una capacità di riscaldamento di progetto pari a:

900 W

Se quasi tutto il pavimento riesce a trasferire efficacemente il calore, la potenza media richiesta è:

$$900W ÷ 15m² = 60W/m²$$

Ciò è relativamente gestibile per un sistema UFH a bassa temperatura adeguatamente progettato.

Ma supponiamo che mobili e rivestimenti per pavimenti riducano l’area effettiva di trasferimento del calore solo a:

9 mq

Ora l'output richiesto dalla superficie disponibile diventa:

$$900W ÷ 9m² = 100W/m²$$

La perdita di calore della stanza non è cambiata.

Ma la superficie riscaldante disponibile è diventata molto più piccola.

Ciò significa che ora ogni metro quadrato effettivo di pavimento deve fornire una quantità di calore notevolmente maggiore.

Ciò potrebbe richiedere:

• distanza tra i tubi più ravvicinata;

• temperatura dell'acqua più elevata;

• flusso più elevato;

• una finitura del pavimento a resistenza inferiore;

• isolamento migliorato;

• o riscaldamento supplementare.

Questo è il motivo per cui è necessario considerare la disposizione dei mobiliprima che il layout della tubazione UFH venga finalizzato.

4. I tappeti spessi possono diventare un isolamento termico

I mobili non sono l’unico problema.

Anche i rivestimenti per pavimenti possono ridurre il trasferimento di calore.

Una moquette spessa, soprattutto se abbinata ad un sottofondo isolante, aggiunge resistenza termica tra il pavimento riscaldato e la stanza.

Invece di spostare facilmente il calore verso l’alto, il rivestimento del pavimento rallenta il trasferimento.

Questo può creare una situazione interessante:

Il pavimento sotto il tappeto è caldo, ma la stanza sopra non riceve abbastanza calore utile.

In altre parole, il sistema UFH produce calore, ma il calore non può essere rilasciato in modo efficiente.

Questo è il motivo per cui i materiali della pavimentazione dovrebbero sempre essere presi in considerazione quando si progettano sistemi di riscaldamento a bassa temperatura.

5. La resistenza termica del rivestimento del pavimento è importante

Diverse finiture del pavimento hanno caratteristiche termiche diverse.

Le finiture tipiche includono:

• piastrelle di ceramica;

• calcolo;

• legno ingegnerizzato;

• laminato;

• vinile;

• tappeto.

Le piastrelle di ceramica e la pietra generalmente forniscono un trasferimento di calore relativamente buono.

Legno, laminato e moquette in genere introducono una maggiore resistenza termica, sebbene le prestazioni effettive dipendano fortemente dal prodotto specifico e dallo spessore.

Il parametro ingegneristico importante è la resistenza termica totale di:

Finitura del pavimento + sottofondo + altri strati sopra la struttura riscaldante

I produttori di pavimenti compatibili con UFH spesso specificano una resistenza termica massima consentita.

Queste informazioni dovrebbero essere controllate durante la progettazione.

6. La disposizione dei mobili dovrebbe essere discussa prima di installare UFH

Nei progetti reali, il progettista HVAC o UFH non sempre riceve la disposizione finale dei mobili.

Questo può creare problemi in seguito.

Ad esempio, i tubi possono essere installati uniformemente in tutta la camera da letto.

Dopo la costruzione, il proprietario installa:

• un ampio letto a base solida;

• armadi dal pavimento al soffitto;

• tappeto spesso.

Una percentuale significativa della superficie riscaldante è ora ostruita.

Il cliente potrà quindi lamentarsi:

“In alcuni punti il ​​pavimento è caldo, ma la temperatura della stanza è ancora bassa.”

Dal punto di vista della messa in servizio, ciò può creare confusione perché:

• il funzionamento della pompa di calore è normale;

• la temperatura dell'acqua è normale;

• il flusso è normale;

• il funzionamento del collettore è normale.

Il fattore mancante è ilsuperficie utilizzabile di emissione di calore.

Per le nuove costruzioni, la pianificazione dei mobili e la progettazione dell'UFH dovrebbero pertanto essere coordinate, ove possibile.

7. La distanza tra i tubi può creare una riduzione nascosta della capacità di riscaldamento effettiva

Esiste un altro tipo di “area di dissipazione del calore insufficiente” che è meno visibile.

Il pavimento può sembrare completamente disponibile, ma ilLa distanza tra i tubi UFH è troppo ampia.

Ad esempio, immagina una stanza ad alto carico in cui il progetto calcolato richiede una distanza dei tubi relativamente ravvicinata.

Se l'installatore aumenta la spaziatura semplicemente per:

• ridurre il consumo dei tubi;

• ridurre i tempi di installazione;

• ridurre il costo del materiale;

il pavimento potrebbe non fornire più una potenza termica sufficiente.

La spaziatura comune potrebbe variare da circa:

100mm / 150mm / 200mm / 250mm / 300mm

a seconda della progettazione del sistema.

Non esiste un unico spazio adatto ad ogni stanza.

8. Perché una distanza tra i tubi più ampia riduce la produzione di calore

Il calore si diffonde lateralmente attraverso il pavimento da ciascun tubo UFH.

Se i tubi sono relativamente vicini tra loro, la temperatura della superficie del pavimento diventa più uniforme.

Se la distanza diventa troppo ampia, la variazione di temperatura tra l'area direttamente sopra il tubo e l'area tra i tubi diventa maggiore.

Concettualmente:

Distanza tra i tubi più ravvicinata

→ temperatura del pavimento più uniforme
→ maggiore capacità effettiva di trasferimento del calore

Distanza tra i tubi più ampia

→ zone fredde più grandi tra i tubi
→ temperatura superficiale media più bassa
→ potenza termica ambiente potenzialmente inferiore

Pertanto, coprire semplicemente l'intera stanza con un tubo UFH non garantisce una capacità di riscaldamento sufficiente.

ILdensità e disposizione delle tubazioniquestione.

9. La spaziatura dei tubi deve seguire il carico termico dell'ambiente

Una buona progettazione dell’UFH dovrebbe iniziare con i calcoli della perdita di calore stanza per stanza.

Aree diverse dello stesso edificio potrebbero richiedere una spaziatura diversa dei tubi.

Per esempio:

Camera da letto interna

Buon isolamento, finestra piccola e bassa perdita di calore:

Una spaziatura maggiore può essere accettabile.

Soggiorno con ampia vetrata

Maggiore perdita di calore perimetrale:

Potrebbe essere necessaria una distanza più ravvicinata.

Bagno

Requisito di temperatura di comfort più elevata:

Potrebbe essere opportuna una spaziatura più ravvicinata.

Zona perimetrale in prossimità di ampie finestre

Maggiore perdita di calore locale:

Una distanza tra i tubi più ravvicinata può aiutare a compensare la maggiore domanda.

La logica ingegneristica dovrebbe quindi essere:

Perdita di calore nell'ambiente → Superficie effettiva disponibile → W/m² richiesti → Distanza tra i tubi → Temperatura dell'acqua → Flusso

non:

Utilizzare ovunque la stessa spaziatura dei tubi.

10. L'area effettiva deve essere considerata prima di calcolare i W/m² richiesti

Questo è un punto particolarmente importante.

Supponiamo che un soggiorno richieda:

3.000 W

ed ha una superficie totale di:

30 mq

A prima vista:

$$3000 ÷ 30 = 100W/m²$$

Ma supponiamo che 8 m² siano effettivamente non disponibili a causa di:

• mobili fissi;

• mobili di grandi dimensioni;

• scale;

• strutture permanenti del pavimento.

L'area di riscaldamento effettiva effettiva è:

$$30-8=22m²$$

Ora:

$$3000 ÷ 22 circa 136 W/m²$$

Questa è una condizione di progettazione molto diversa.

A seconda della temperatura interna richiesta, della finitura del pavimento e della temperatura superficiale consentita della superficie, il sistema UFH potrebbe non essere più in grado di fornire l'intero carico di riscaldamento dell'ambiente.

A questo punto il progettista non dovrebbe semplicemente continuare ad aumentare la temperatura dell’acqua della pompa di calore.

11. Perché l’aumento della temperatura dell’acqua ha dei limiti

Una risposta comune a una produzione UFH insufficiente è:

“Aumentare la temperatura dell’acqua in uscita.”

L'aumento della temperatura media dell'acqua può aumentare la potenza termica del pavimento.

Ma ci sono dei limiti.

Una temperatura dell’acqua più elevata può causare:

• COP inferiore della pompa di calore;

• costi operativi più elevati;

• temperatura eccessiva della superficie del pavimento;

• comfort ridotto;

• possibili limitazioni della pavimentazione;

• maggiori perdite di sistema.

Uno dei principali vantaggi dell'UFH combinato con una pompa di calore è la capacità di funzionare a temperature dell'acqua relativamente basse.

Se il sistema richiede temperature dell’acqua inutilmente elevate perché la superficie effettiva del pavimento non è stata progettata correttamente, la pompa di calore perde parte del suo vantaggio in termini di efficienza.

12. Anche la temperatura della superficie del pavimento ha limiti di comfort

Il pavimento non dovrebbe semplicemente essere reso “il più caldo possibile”.

La progettazione dell'UFH deve considerare le temperature accettabili della superficie del pavimento.

Gli standard di comfort comunemente distinguono tra aree occupate e zone speciali/perimetrali e i requisiti del progetto dovrebbero seguire lo standard locale applicabile.

Ciò significa che esiste un limite pratico alla quantità di calore che può essere estratta da ogni metro quadrato di pavimento.

Perciò:

Se la stanza richiede più calore di quello che la superficie disponibile del pavimento può fornire in modo sicuro e confortevole, la soluzione deve provenire dalla progettazione del sistema, non semplicemente da una temperatura dell’acqua più elevata.

Le possibili soluzioni includono:

• aumento dell'area di riscaldamento effettiva;

• ridurre la perdita di calore;

• ottimizzazione della spaziatura dei tubi;

• migliorare la costruzione del pavimento;

• aggiungendo un altro terminale di riscaldamento.

13. Ciò diventa particolarmente importante con le pompe di calore

Le caldaie tradizionali possono facilmente generare acqua ad alta temperatura.

Le pompe di calore aria-acqua funzionano meglio con temperature dell'acqua in uscita più basse.

Generalmente:

Temperatura dell'acqua in uscita inferiore → Sollevamento del compressore inferiore → Migliore efficienza

Pertanto, un sistema UFH opportunamente progettato rappresenta un ottimo terminale per pompe di calore.

Ma questo vantaggio dipende dalla disponibilità di una superficie riscaldante sufficientemente efficace.

Se l'area UFH è troppo piccola, il sistema potrebbe richiedere temperature dell'acqua più elevate per compensare.

Ciò può ridurre l’efficienza stagionale.

Quindi la superficie utile non è solo una questione di comfort.

È anche unproblema di efficienza della pompa di calore.

14. Una fonte di calore, due terminali possono offrire un vantaggio

Nella nostra serie, discutiamo di un sistema con:

Una fonte di calore + due terminali

Tipicamente:

Pompa di calore aria-acqua

↓

Ventilconvettori + riscaldamento a pavimento

Questa disposizione può offrire una maggiore flessibilità.

Supponiamo che il sistema UFH non possa coprire l'intero carico di riscaldamento di progetto perché la superficie effettiva è limitata.

Il ventilconvettore può fornire capacità supplementare durante:

• tempo molto freddo;

• riscaldamento rapido;

• periodi di picco di carico.

Nel frattempo, UFH fornisce:

• comfort radiante stabile;

• funzionamento a bassa temperatura;

• riscaldamento continuo della base.

Questa può essere una strategia di progettazione efficace se adeguatamente controllata.

Tuttavia, i due sistemi terminali devono essere coordinati idraulicamente e termicamente.

15. Come è possibile identificare un'area UFH effettiva insufficiente?

I sintomi sono diversi da una sacca d'aria o da un guasto della pompa.

I segni tipici includono:

L'intero pavimento esposto risulta ragionevolmente caldo

Ciò suggerisce che la circolazione potrebbe essere normale.

Le temperature di mandata e di ritorno sono ragionevoli

Sembra che il circuito idraulico trasferisca calore.

Le portate dei collettori sono vicine ai valori di progetto

Non vi è alcun evidente problema di basso flusso.

La stanza non riesce ancora a raggiungere la temperatura impostata

Ora dovremmo confrontare la resa del pavimento con la perdita di calore dell’edificio.

Le aree sotto i tappeti o i mobili si comportano diversamente

Ciò suggerisce una resistenza termica locale.

Il problema peggiora durante i periodi molto freddi

Ciò può indicare che la potenza massima UFH è inferiore alla perdita di calore di picco della stanza.

A questo punto la domanda corretta non è più:

"Perché la pompa di calore non riscalda?"

Diventa:

"La superficie disponibile del pavimento può emettere abbastanza calore da coprire la perdita di calore della stanza?"

16. Un'utile equazione diagnostica

Un modo semplificato per comprendere il problema è:

$$Q_{stanza}=A_{effettivo}volte q$$

Dove:

• Qroom= capacità di riscaldamento ambiente richiesta, W

• Aefficace= superficie effettiva del pavimento che emette calore, m²

• Q= potenza termica media richiesta, W/m²

Perciò:

$$q=frac{Q_{stanza}}{A_{effettivo}}$$

Man mano che la superficie effettiva diminuisce, la produzione richiesta per metro quadrato aumenta.

Questo è il motivo fondamentale per cui mobili di grandi dimensioni, tappeti spessi e una disposizione inadeguata delle tubazioni possono diventare seri problemi.

17. Non confondere il “pavimento caldo” con “capacità di riscaldamento sufficiente”

Un altro malinteso comune è giudicare l'UFH solo toccando il pavimento.

Un pavimento UFH confortevole a bassa temperatura non è necessariamente molto caldo.

Viceversa, un pavimento notevolmente caldo non significa automaticamente che la stanza riceva una capacità di riscaldamento totale sufficiente.

Ciò che conta è:

$$Potenza termica utile totale geq Perdita di calore nell'ambiente$$

Pertanto, la diagnosi ingegneristica dovrebbe utilizzare:

• temperatura ambiente;

• perdita di calore di progetto;

• temperatura di mandata/ritorno;

• flusso d'acqua;

• superficie effettiva;

• temperatura della superficie del pavimento;

piuttosto che fare affidamento solo su quanto caldo risulta il pavimento con la mano.

18. Sequenza pratica di risoluzione dei problemi

Quando la pompa di calore e la circolazione dell'acqua appaiono normali ma la stanza rimane fredda, controllare quanto segue.

Passaggio 1: calcolare la perdita di calore dell'ambiente

Quanti watt richiede effettivamente la stanza nelle condizioni di progettazione?

Passaggio 2: calcolare l'area UFH effettiva

Escludere o valutare attentamente le aree permanentemente ostruite.

Passaggio 3: calcolare i W/m² richiesti

La superficie del pavimento disponibile può realisticamente fornirlo?

Passaggio 4: controlla i mobili

Gli oggetti di grandi dimensioni con base solida bloccano una superficie significativa del pavimento?

Passaggio 5: controlla tappeti e moquette

I rivestimenti ad alta resistenza riducono la trasmissione del calore?

Passaggio 6: controllare la finitura del pavimento

La resistenza termica è compatibile con UFH?

Passaggio 7: controllare la spaziatura dei tubi

La spaziatura è stata progettata in base al carico termico?

Passaggio 8: controllare la temperatura dell'acqua

È appropriato per la costruzione del pavimento?

Passaggio 9: controllare il flusso effettivo

Confermare che il loop riceva il flusso di progettazione richiesto.

Passaggio 10: confrontare la produzione di calore con la perdita di calore

Questo è il test tecnico finale.

Tabella rapida per la risoluzione dei problemi

19. Domande frequenti

I mobili possono ridurre le prestazioni del riscaldamento a pavimento?

SÌ. Mobili di grandi dimensioni con poco o nessuno spazio sottostante possono ridurre il trasferimento di calore utile dal pavimento alla stanza. Gli arredi fissi dovrebbero essere presi in considerazione durante la progettazione dell'UFH.

Può un tappeto spesso impedire il corretto funzionamento del riscaldamento a pavimento?

Può ridurre significativamente la produzione di calore se il tappeto e il sottostrato hanno un'elevata resistenza termica. Verificare sempre se il sistema di pavimentazione è idoneo all'UFH.

La spaziatura più ravvicinata dei tubi UFH fornisce più calore?

In generale, una distanza più ravvicinata può migliorare l’uniformità della temperatura superficiale e aumentare la potenza termica ottenibile nelle stesse condizioni operative. Tuttavia, la spaziatura dovrebbe essere selezionata attraverso la progettazione termica e idraulica piuttosto che semplicemente ridotta il più possibile.

Perché il mio pavimento è caldo ma la mia stanza è ancora fredda?

Il pavimento potrebbe trasferire calore, ma la produzione di calore totale potrebbe comunque essere inferiore alla perdita di calore dell'edificio. Controllare la superficie riscaldante effettiva, l'isolamento, le finestre, i rivestimenti dei pavimenti e il carico termico di progetto.

Devo aumentare la temperatura dell'acqua della pompa di calore?

Solo dopo aver confermato che il flusso, il bilanciamento idraulico e il progetto UFH sono corretti. Una temperatura dell'acqua in uscita più elevata può aumentare la produzione ma normalmente riduce l'efficienza della pompa di calore.

I ventilconvettori possono essere d’aiuto se la capacità UFH è insufficiente?

SÌ. In un sistema a una fonte e due terminali correttamente progettato, i ventilconvettori possono fornire un riscaldamento supplementare durante i periodi di carico di punta mentre l’UFH fornisce un riscaldamento di base stabile.

Principio di ingegneria finale

Quando la temperatura e la circolazione dell'acqua UFH sono normali ma la stanza è ancora fredda, smettere di chiedere solo:

"C'è abbastanza acqua calda che raggiunge il pavimento?"

La domanda successiva dovrebbe essere:

"Il pavimento ha una superficie effettiva sufficiente per trasferire il calore necessario nella stanza?"

La relazione ingegneristica completa è:

Perdita di calore dell'edificio

↓

Capacità di riscaldamento richiesta

↓

Area UFH effettiva

↓

W/m² richiesti

↓

Distanza tra i tubi + costruzione del pavimento

↓

Temperatura dell'acqua + flusso

↓

Potenza termica del pavimento

↓

Comfort interno

Questo ci porta ad un altro principio importante:

La capacità di riscaldamento a pavimento è determinata non solo dalla quantità di calore che entra nei tubi, ma anche dall’efficacia con cui il pavimento può rilasciare tale calore nella stanza.

Per i sistemi a pompa di calore aria-acqua, la massimizzazione dell’area effettiva di emissione di calore a bassa temperatura consente alla pompa di calore di funzionare a temperature dell’acqua più basse e questa è una delle chiavi per ottenere entrambicomfort ed elevata efficienza stagionale.

Una fonte di calore, due terminali: serie di risoluzione dei problemi

La nostra serie ora include:

Parte 1 – Messa in servizio iniziale o arresto a lungo termine
Parte 2: Aria intrappolata nei tubi del riscaldamento a pavimento
Parte 3: progettazione e layout scadenti delle tubazioni
Parte 4 — Area di dissipazione del calore effettiva insufficiente

Continueremo a esaminare le cause reali delle scarse prestazioni dell'UFH dal punto di vista delpompa di calore completa + sistema idronico, piuttosto che concentrarsi solo sulla pompa di calore stessa.

Per articoli più tecnici su pompe di calore aria-acqua, riscaldamento a pavimento, ventilconvettori e progettazione di sistemi idronici:

www.ecoheat-pump.com