Una Fonte di Calore, Due Terminali: Perché il Riscaldamento a Pavimento Non Si Scalda?

Una Fonte di Calore, Due Terminali — Serie di Risoluzione dei Problemi

In un sistema di pompa di calore aria-acqua che serve sia il riscaldamento a pavimento che le ventilo-convetto, uno dei reclami più comuni è:

“La pompa di calore funziona e l'acqua in uscita è calda, ma il riscaldamento a pavimento non riesce comunque a scaldare adeguatamente le stanze.”

Quando si analizza questo problema, molti sospettano immediatamente una capacità insufficiente della pompa di calore.

Tuttavia, la pompa di calore potrebbe produrre calore sufficiente.

Il vero problema può essere molto più semplice:

Il sistema idronico non sta facendo circolare abbastanza acqua.

Il flusso d'acqua insufficiente è uno dei problemi idraulici più comuni nei sistemi di pompe di calore aria-acqua e riscaldamento a pavimento. Può essere causato da tubazioni sottodimensionate, eccessiva perdita di carico, troppi raccordi, installazione scadente, selezione errata della pompa, posizione errata della pompa o un'architettura di sistema inadeguata.

Nella Parte 5 della nostra serie di risoluzione dei problemi “Una Fonte di Calore, Due Terminali”, spieghiamo come il flusso di sistema insufficiente influisce sulle prestazioni del riscaldamento a pavimento e come gli ingegneri dovrebbero diagnosticare il problema.

1. Perché il Flusso d'Acqua è Importante in un Sistema di Riscaldamento a Pompa di Calore

Un sistema di riscaldamento idronico trasferisce calore attraverso la circolazione dell'acqua.

La relazione di base è:

$$Q = m⋅ volte c_p volte Delta T$$

Dove:

• Q = tasso di trasferimento del calore

• ṁ = portata massica dell'acqua

• Cp = capacità termica specifica dell'acqua

• ΔT = differenza di temperatura tra acqua di mandata e di ritorno

Per calcoli pratici HVAC con acqua:

$$Q(kW) circa 1.163 volte Flusso(m³/h) volte Delta T(K)$$

Pertanto:

$$Flusso(m³/h)=frac{Q(kW)}{1.163timesDelta T(K)}$$

Questa equazione spiega un principio importante:

La capacità di riscaldamento da sola non garantisce la consegna del calore. Il sistema deve anche fornire un flusso d'acqua sufficiente per trasportare quel calore ai terminali.

2. Un Esempio Semplice: Pompa di Calore da 20 kW a ΔT = 5°C

Supponiamo che una pompa di calore aria-acqua fornisca:

Capacità di riscaldamento di 20 kW

con una differenza di temperatura di mandata/ritorno di progetto di:

5°C

La portata richiesta è approssimativamente:

$$Flusso=frac{20}{1.163times5}$$ $$Flusso circa 3.44m³/h$$

Quindi il sistema idronico deve essere in grado di far circolare circa:

3.4 m³/h

sotto la resistenza effettiva del sistema.

Se la tubazione e la pompa possono fornire solo 2.0 m³/h, il problema non può essere semplicemente risolto dicendo:

“La pompa di calore è da 20 kW, quindi dovrebbe essere sufficiente.”

Il calore può essere generato alla fonte, ma non può essere trasportato efficacemente al pavimento.

3. Portata e Prevalenza della Pompa Sono Diverse

Questa è una distinzione importante.

Quando si seleziona una pompa di circolazione, gli ingegneri devono considerare entrambi:

Portata

Quanta acqua deve circolare nel sistema.

Solitamente espressa come:

• m³/h

• L/min

• L/s

Prevalenza della Pompa

Quanta resistenza idraulica la pompa deve superare a quella portata.

Solitamente espressa come:

• metri di colonna d'acqua

• kPa

Una pompa può teoricamente fornire una portata sufficiente in condizioni di bassa resistenza, ma non riuscire a raggiungere la portata richiesta una volta collegata al sistema effettivo.

Pertanto, selezionare una pompa solo in base alla portata nominale non è sufficiente.

Dobbiamo trovare il punto operativo richiesto sulla:

Curva della Pompa × Curva di Resistenza del Sistema

4. Il Diametro del Tubo è una delle Prime Cose da Controllare

Un problema molto comune è che il tubo di distribuzione principale sia troppo piccolo.

L'installatore potrebbe collegare più collettori a un tubo principale senza calcolare:

• portata di progetto totale;

• velocità dell'acqua;

• perdita di carico;

• domanda operativa simultanea;

• lunghezza equivalente del tubo.

All'aumentare della portata attraverso un tubo piccolo, la velocità dell'acqua aumenta.

Allo stesso tempo, la caduta di pressione aumenta rapidamente.

Ciò può comportare:

Alta Resistenza → Flusso Ridotto → Trasferimento di Calore Insufficiente → Zone Fredde del Riscaldamento a Pavimento

Ciò è particolarmente importante in case grandi e edifici a più piani.

5. Non Selezionare la Dimensione del Tubo Principale Solo per Esperienza

Un installatore potrebbe dire:

“Normalmente usiamo questa dimensione del tubo per il riscaldamento a pavimento.”

Questa non è una base ingegneristica sufficiente.

La dimensionatura del tubo principale dovrebbe basarsi sul requisito idraulico effettivo.

Un calcolo professionale dovrebbe considerare:

Capacità di Riscaldamento Richiesta

↓

Progetto ΔT

↓

21. Un Principio Ingegneristico Importante: Flusso Prima della Temperatura

↓

Ma se il vero problema è un flusso insufficiente, questo approccio non affronta la causa principale.

↓

Velocità dell'Acqua

↓

Perdita per Attrito del Tubo

↓

Raccordi e Valvole

↓

Caduta di Pressione Totale

↓

Selezione della Pompa

Saltare questi calcoli è uno dei motivi per cui alcuni sistemi funzionano bene in piccoli progetti ma falliscono quando lo stesso metodo di installazione viene copiato in edifici più grandi.

6. La Lunghezza del Tubo è Solo una Parte della Resistenza

Un errore comune è calcolare solo la lunghezza del tubo dritto.

La resistenza effettiva del sistema deriva anche da:

• flussimetri sui collettori;

• curve a T;

• strumenti di messa in servizio.

• Non fare affidamento solo sul toccare i tubi.

• valvole di ritegno;

• Passo 4 — Controllare il Diametro del Tubo

• Verificare se il tubo di distribuzione principale può trasportare la portata totale richiesta.

• accumuli tampone;

• valvole di controllo;

• riduttori;

• altri raccordi.

Questi componenti creano perdite di carico localivalvole di bilanciamento;

Pertanto:

$$t$$

eLo

c

a

l

i

Caduta di Pressione Totale = Attrito Tubo + Perdite Locali

Gli ingegneri spesso convertono i raccordi in una

• lunghezza equivalente del tubo

• per semplificare i calcoli.

• Ad esempio, un gomito a 90° crea una resistenza considerevolmente maggiore rispetto a un dolce cambio di direzione.

• Questo è il motivo per cui una buona progettazione idronica dovrebbe evitare raccordi non necessari e bruschi cambi di direzione.

7. Perché Troppi Gomiti a 90° Possono Diventare un Problema

• Nelle installazioni reali, la tubazione raramente segue un percorso perfettamente dritto.

• Ma ogni gomito non necessario aggiunge resistenza.

• Quando possibile, il layout della tubazione dovrebbe utilizzare:

• percorsi più fluidi;

curve a raggio lungo;

raccordi appropriati da 45°;meno cambi di direzione non necessari.valvole di bilanciamento;

il tubo principale è relativamente piccolo;

la tubazione è lunga;

la portata richiesta è elevata;più piani sono serviti da un'unica sala caldaie.valvole di bilanciamento;

Il problema è

la perdita di pressione accumulata lungo l'intero circuito idraulico

.

8. L'Installazione di Tubi PPR Può Creare Restrizioni Nascoste

Anche quando il diametro del tubo di progetto sembra corretto sulla carta, la qualità dell'installazione può alterare le prestazioni idrauliche effettive.

• Ciò è particolarmente rilevante per

• le tubazioni in PPR

• .

• Durante l'installazione a fusione termica, un inserimento eccessivo o una scarsa lavorazione possono ridurre parzialmente il passaggio del flusso interno in un giunto.

• Esternamente, il tubo può sembrare completamente normale.

Internamente, tuttavia, il diametro effettivo può diventare molto più piccolo.

Ciò crea una restrizione nascosta.

I sintomi possono includere:

basso flusso di sistema;

ampio ΔT di mandata/ritorno;

flusso debole ai collettori distanti;

scarse prestazioni del riscaldamento a pavimento;

pompa che funziona ad alta velocità senza miglioramenti.

$$Acqua di ritorno: 32°C$$

Allora:

Δ

T

=

Nei sistemi a pompa di calore, la selezione e la posizione della pompa devono seguire l'architettura idraulica effettiva.

°

C

Delta T=10°C

• Se il sistema è stato progettato per circa 5°C, questo ΔT più grande del previsto può indicare un flusso d'acqua insufficiente.

• La relazione è semplice:

• Per un dato tasso di trasferimento del calore,

• Flusso Inferiore → ΔT Maggiore

• e:

Flusso Superiore → ΔT Minore

Ciò non significa che ogni grande ΔT sia automaticamente un problema di pompa.

Significa che il ΔT dovrebbe essere indagato insieme a:

flusso effettivo;

• domanda del terminale;

• uscita della pompa di calore;

• posizioni delle valvole;

• punto operativo della pompa.

10. Lunghe Distanze di Distribuzione Aumentano il Problema

Un'altra situazione comune si verifica in grandi ville o edifici commerciali.

La pompa di calore e l'accumulo tampone possono essere installati lontano dai terminali di riscaldamento.

Tubi più lunghi significano:

maggiore perdita per attrito;

più raccordi;

più perdite di calore;

maggiore richiesta di prevalenza della pompa.

Se i tubi sono anche sottodimensionati, l'effetto peggiora notevolmente.

Anche l'isolamento dei tubi deve essere considerato.

Un tubo di riscaldamento lungo, non isolato o scarsamente isolato può perdere una quantità significativa di calore utile prima che l'acqua raggiunga il collettore del riscaldamento a pavimento.

Pertanto, per i sistemi idronici a lunga distanza, gli ingegneri dovrebbero valutare entrambi:

• Perdita Idraulica + Perdita Termica

• 11. Gli Edifici a Più Piani Richiedono Attenzione Speciale

• Considera una villa a tre piani.

• Una disposizione comune è:

• Pompa di Calore → Accumulo Tampone → Tubo di Distribuzione Principale → Collettori per Piano

Se una singola pompa di circolazione centrale deve servire tutti i piani contemporaneamente, il bilanciamento idraulico può diventare difficile.

Il circuito più vicino potrebbe ricevere troppo flusso mentre i circuiti distanti ne ricevono troppo poco.

I sintomi includono:

primo piano caldo;

piani superiori freddi;

alcuni collettori che ricevono un flusso forte;

altri che ricevono un flusso debole;

• stanze che si scaldano in modo non uniforme.

• Installare semplicemente una pompa più grande non è sempre la soluzione migliore.

• 12. Una Pompa Più Grande Non Significa Automaticamente un Riscaldamento Migliore

• Questa è un'altra incomprensione comune.

• Quando il pavimento non si scalda correttamente, alcuni installatori sostituiscono immediatamente la pompa di circolazione con una più grande.

• A volte questo aiuta.

A volte crea nuovi problemi.

Una pompa sovradimensionata può causare:

zonizzazione;

rumore idraulico;

consumo elettrico non necessario;

rumore delle valvole;

scarsa autorità di controllo;

squilibrio idraulico.

L'obiettivo corretto non è:

“Installare la pompa più grande possibile.”

È:

Selezionare una pompa che fornisca la portata di progetto richiesta alla resistenza del sistema calcolata.

13. Pompa di Circolazione vs Pompa di Booster

Questi due concetti non dovrebbero essere confusi.

Pompa di Circolazione

Il suo scopo principale è far circolare l'acqua in un circuito idronico chiuso.

Pompa di Booster

Il suo scopo primario è aumentare la pressione disponibile quando la pressione esistente è insufficiente per la condizione di distribuzione richiesta.

Nei sistemi a pompa di calore, la selezione e la posizione della pompa devono seguire l'architettura idraulica effettiva.

Aggiungere una pompa senza comprendere il sistema può creare interazioni di pressione anziché risolvere il problema.

14. La Posizione della Pompa è Importante

La posizione di installazione della pompa può influenzare significativamente il comportamento del sistema.

Ad esempio, se un accumulo tampone fornisce separazione idraulica, il lato della pompa di calore e il lato del terminale dovrebbero essere analizzati come circuiti idraulici separati.

Una disposizione tipica potrebbe essere:

Circuito Primario

• Pompa di Calore → Accumulo Tampone → Pompa di Calore

• e:

• Circuito Secondario

• Accumulo Tampone → Pompa di Circolazione → Riscaldamento a Pavimento/Ventilo-convetto → Accumulo Tampone

• Ciò è fondamentalmente diverso dal semplice posizionamento casuale di più pompe in serie.

• Ogni pompa dovrebbe avere una responsabilità idraulica chiaramente definita.

15. Perché un Accumulo Tampone Può Aiutareprotezione ad alta pressione in alcune condizioni;separazione idraulica;

volume d'acqua aggiuntivo nel sistema;

funzionamento più stabile della pompa di calore;

• riduzione del ciclo breve;

• integrazione più semplice di più circuiti terminali;

• migliore flessibilità di zonizzazione.

• In un sistema

una fonte di calore, due terminali

, la pompa di calore può alimentare entrambi:

Riscaldamento a Pavimento + Ventilo-convetto

Questi due tipi di terminali possono avere requisiti molto diversi:

requisiti di flusso;

requisiti di temperatura dell'acqua;

logica di controllo;

programmi operativi.

La separazione idraulica può quindi rendere il sistema più facile da controllare.

Tuttavia:

Un accumulo tampone non compensa un dimensionamento errato dei tubi o una pompa di circolazione selezionata in modo errato.
Ogni circuito necessita ancora di un flusso di progetto adeguato.
16. I Sistemi Primario-Secondario Possono Essere Migliori per Grandi Progetti
Per ville più grandi o progetti multi-zona, un'architettura idronica primario-secondario può essere più pratica.

Ad esempio:

Lato Primario

Pompa di Calore → Accumulo Tampone

• Lato Secondario

• Accumulo Tampone → Pompa di Zona 1 → Riscaldamento a Pavimento Piano Terra

• Accumulo Tampone → Pompa di Zona 2 → Riscaldamento a Pavimento Primo Piano

• Accumulo Tampone → Pompa di Zona 3 → Riscaldamento a Pavimento Secondo Piano

• Accumulo Tampone → Circuito Separato → Ventilo-convetto

Questa architettura consente a diverse zone di funzionare in base alla domanda.

Se solo un piano richiede riscaldamento, non è necessario forzare la piena portata di progetto attraverso ogni circuito terminale.

Ciò può migliorare:

stabilità idraulica;

zonizzazione;

comfort;

controllo;

efficienza di pompaggio.

17. Perché il Pompaggio sul Lato di Ritorno è Spesso Utilizzato nei Circuiti Secondari di Riscaldamento a Pavimento

In alcune configurazioni secondarie di riscaldamento a pavimento, la pompa di circolazione è installata sul lato di ritorno del circuito terminale.

La posizione esatta della pompa dovrebbe sempre seguire il progetto idraulico, il punto di connessione del vaso di espansione, le relazioni di pressione e i requisiti del produttore.

Il principio importante non è semplicemente "lato di mandata" contro "lato di ritorno".

• domanda di riscaldamento effettiva.

• La pompa deve essere posizionata in modo che il circuito previsto riceva una pressione differenziale stabile e una portata di progetto senza interferire con altri circuiti.

• Ciò è particolarmente importante quando più pompe condividono un accumulo tampone o un collettore comune.

• 18. Il Bilanciamento Idraulico è Essenziale

• Anche con dimensioni corrette dei tubi e pompe, un sistema sbilanciato può ancora presentare problemi di flusso.

• L'acqua segue naturalmente il percorso di minor resistenza.

Pertanto, i circuiti più corti potrebbero ricevere troppo flusso mentre i circuiti più lunghi ne ricevono troppo poco.

Il bilanciamento idraulico può comportare:flussimetri sui collettori;valvole di bilanciamento;

controllo della pressione differenziale;

pompe a velocità variabile;

valvole di zona;

regolazioni di messa in servizio.

L'obiettivo non è far sì che ogni circuito riceva lo stesso flusso.

• L'obiettivo è far sì che ogni circuito riceva la sua

• portata di progetto

• .

• 19. Una Sequenza Pratica di Risoluzione dei Problemi

• Quando un sistema di riscaldamento a pavimento non raggiunge la temperatura, non aumentare immediatamente il setpoint della pompa di calore.

Una diagnosi sistematica è molto più efficace.

Passo 1 — Confermare l'Uscita della Pompa di Calore

Controllare:

temperatura dell'acqua in uscita;

temperatura dell'acqua di ritorno;

• frequenza/capacità operativa;

• allarmi;

• domanda di riscaldamento effettiva.

• Passo 2 — Misurare ΔT

Confrontare il ΔT effettivo di mandata/ritorno con la condizione di progetto.

Un ΔT insolitamente alto può indicare un flusso basso.

Passo 3 — Controllare il Flusso Effettivo

Utilizzare:

dati di flusso della pompa di calore;

• flussimetro esterno;

• flussimetri sui collettori;

• strumenti di messa in servizio.

• Non fare affidamento solo sul toccare i tubi.

• Passo 4 — Controllare il Diametro del Tubo

• Verificare se il tubo di distribuzione principale può trasportare la portata totale richiesta.

• Passo 5 — Calcolare la Caduta di Pressione

Includere:

tubi dritti;

• gomiti;

• valvole;

• filtri;

• collettori;

• scambiatori di calore;

• raccordi.

Passo 6 — Ispezionare la Qualità dell'Installazione

Cercare:

valvole parzialmente chiuse;

filtri bloccati;

restrizioni di fusione PPR;

tubi piegati;

connessioni errate;

bolle d'aria.

Passo 7 — Controllare la Selezione della Pompa

Blocco/restrizione

Filtro, valvole, giunti PPR

Rumore elevato della pompa

Velocità eccessiva

Dimensionamento tubo/pompa

↓

Perdite idrauliche + termiche

↓

21. Un Principio Ingegneristico Importante: Flusso Prima della Temperatura

↓

Ma se il vero problema è un flusso insufficiente, questo approccio non affronta la causa principale.

↓

Domanda di Calore

↓

Potenza Termica Richiesta

↓

Flusso d'Acqua Richiesto

↓

Diametro del Tubo

↓

Caduta di Pressione del Sistema

↓

Punto Operativo della Pompa

↓

• Bilanciamento Idraulico

• ↓

• Potenza Termica del Terminale

• Solo dopo che questi parametri sono stati verificati, dovremmo considerare di aumentare la temperatura dell'acqua.

• 22. Perché il Flusso Corretto Migliora Anche l'Efficienza della Pompa di Calore

• La progettazione idraulica influisce più del comfort.

• Influisce anche sulle prestazioni della pompa di calore.

Il flusso insufficiente può contribuire a:

temperatura dell'acqua in uscita instabile;

eccessivo ΔT;

ridotto trasferimento di calore;

cicli frequenti;protezione ad alta pressione in alcune condizioni;scarsa ripresa del ciclo di sbrinamento;

ridotta efficienza stagionale.

Una pompa di calore aria-acqua non dovrebbe quindi mai essere considerata una macchina isolata.

→ Una pompa di calore ad alta efficienza collegata a un sistema idrico mal progettato non può fornire un sistema di riscaldamento ad alta efficienza.

→ Per un sistema

→ che combina riscaldamento a pavimento e ventilo-convetto, il flusso d'acqua insufficiente è uno dei problemi più importanti da diagnosticare.

→ Tubo Sottodimensionato

→ Eccessiva Caduta di Pressione

→ Prevalenza della Pompa Insufficiente

→

Scarso Bilanciamento Idraulico

→

Flusso del Terminale Insufficiente

→

Trasferimento di Calore Insufficiente→ La Stanza Non Può Raggiungere la Temperatura Impostata

La soluzione non è semplicemente una pompa di calore più grande o una pompa di circolazione più grande.
L'approccio corretto è trattare l'intero sistema come una rete idraulica e calcolare:
Capacità + ΔT + Flusso + Dimensioni Tubo + Caduta di Pressione + Prevalenza Pompa + Bilanciamento
Quando tutti questi parametri funzionano insieme, il calore prodotto dalla pompa di calore può effettivamente raggiungere le stanze dove è necessario.
Una Fonte di Calore, Due Terminali — Serie di Risoluzione dei Problemi

Questo articolo è

Parte 5