Una fonte di calore, due terminali: perché il riscaldamento a pavimento non è abbastanza caldo?

Parte 7 — Funzionamento a lungo termine senza pulire il sistema di riscaldamento a pavimento

Un sistema a pompa di calore aria-acqua può funzionare perfettamente al momento della prima messa in funzione. La temperatura dell'acqua è corretta, il flusso di circolazione è sufficiente e ogni stanza raggiunge la temperatura richiesta.

Ma dopo diversi anni di attività, qualcosa cambia gradualmente:

La pompa di calore funziona ancora, ma il pavimento non è più caldo come prima.

Il proprietario della casa può aumentare la temperatura dell'acqua in uscita da 40°C a 45°C o anche oltre. Il comfort interno può migliorare temporaneamente, ma il consumo di elettricità aumenta e il problema originale rimane.

In molti casi il problema non è la pompa di calore in sé.

Potrebbe essere causato da qualcosa di molto meno visibile:

Il sistema idronico funziona da anni senza un'adeguata pulizia e manutenzione.

Questo èParte 7 della nostra serie di ingegneria "Una fonte di calore, due terminali"., concentrandosi su comefanghi, incrostazioni, solidi sospesi e filtri sporchipuò ridurre gradualmente le prestazioni del riscaldamento a pavimento collegato a una pompa di calore aria-acqua.

1. Perché un impianto di riscaldamento chiuso può sporcarsi?

Una domanda comune è:

"L'impianto di riscaldamento a pavimento è chiuso. Perché è necessario pulirlo?"

Un sistema chiuso non significa un sistema permanentemente pulito.

Nel corso degli anni di funzionamento, l'acqua circolante interagisce con tubi, valvole, collettori, pompe, scambiatori di calore e altri componenti metallici o polimerici.

A seconda della qualità dell'acqua, dei materiali del sistema, dell'ingresso di ossigeno, della pulizia dell'impianto e delle condizioni operative, possono svilupparsi gradualmente dei depositi.

I contaminanti tipici includono:

• scaglia minerale;
• prodotti della corrosione;
• magnetite o ossido di ferro;
• solidi sospesi;
• detriti di costruzione;
• contaminazione biologica in determinate condizioni;
• fanghi accumulati nelle zone a basso flusso.

Il meccanismo esatto varia da sistema a sistema.

Il punto ingegneristico importante è questola qualità dell'acqua cambia nel tempo e gli agenti contaminanti possono accumularsi gradualmente all'interno del circuito idronico.

2. Cosa succede all'interno di un sistema di riscaldamento a pavimento dopo anni di funzionamento?

Il riscaldamento a pavimento contiene lunghi circuiti di tubi che funzionano a temperature dell'acqua relativamente basse.

Se sono presenti contaminanti, possono gradualmente depositarsi o aderire alle superfici interne.

Questo processo potrebbe essere abbastanza lento da impedire al proprietario della casa di notare un guasto improvviso.

Invece, le prestazioni del sistema peggiorano progressivamente.

La sequenza può assomigliare a questa:

Contaminazione → Depositi interni → Maggiore resistenza idraulica → Ridotto flusso d'acqua → Minore trasferimento di calore → Pavimento più freddo → Maggiore autonomia della pompa di calore

Alla fine, il cliente segnala:

"Una volta la pompa di calore riscaldava molto bene la casa. Ora non più."

Questa affermazione è importante perché suggerisce che dovremmo indagare non solo sulla capacità delle attrezzature ma anchecome è cambiato il sistema idraulico dalla messa in servizio.

3. Le incrostazioni sono particolarmente dannose per il trasferimento di calore

La scala minerale merita un'attenzione speciale.

L’acqua dura contiene minerali disciolti, principalmente composti di calcio e magnesio. In condizioni adeguate, questi minerali possono precipitare e formare depositi sulle superfici di trasferimento del calore.

Perché è importante?

Perché la scala ha una conduttività termica molto inferiore rispetto al metallo.

Il percorso di trasferimento del calore cambia da:

Acqua calda → Superficie dello scambiatore di calore → Acqua del sistema

a qualcosa di più vicino a:

Acqua calda → Strato di incrostazioni → Superficie dello scambiatore di calore → Acqua del sistema

La scala funge da resistenza termica aggiuntiva.

Anche uno strato relativamente sottile di deposito su una superficie critica di trasferimento del calore può influire negativamente sulle prestazioni. L'esatta perdita di efficienza dipende fortemente dal materiale, dalla composizione del deposito, dallo spessore, dalle condizioni del flusso e dal design dello scambiatore di calore, quindi non si dovrebbe assumere una percentuale universale per ogni sistema.

Il principio ingegneristico, tuttavia, è chiaro:

I depositi sulle superfici di trasferimento del calore riducono l'efficacia del trasferimento di calore.

4. Perché aumentare la temperatura dell'acqua non è la vera soluzione

Questa è una risposta sul campo comune.

Supponiamo che il sistema originariamente fornisse un riscaldamento adeguato a una temperatura dell'acqua in uscita di 40–45°C.

Diversi anni dopo, il cliente lamenta che le stanze sono fredde.

Qualcuno modifica il setpoint a 50°C.

La casa diventa di nuovo più calda.

Problema risolto?

Non necessariamente.

L’aumento della temperatura dell’acqua può semplicemente compensare il deterioramento delle prestazioni del sistema.

Il vero problema potrebbe ancora essere:

Flusso ridotto + incrostazioni + scarso trasferimento di calore.

Per un sistema a pompa di calore, aumentare inutilmente la temperatura dell'acqua in uscita è particolarmente indesiderabile perché l'efficienza della pompa di calore generalmente diminuisce all'aumentare della temperatura dell'acqua richiesta, a parità di tutte le altre condizioni.

Quindi, invece di aumentare immediatamente il setpoint, chiedi:

Perché il sistema ora richiede una temperatura dell'acqua più elevata rispetto a quando era nuovo?

Questa domanda spesso porta a una diagnosi molto migliore.

5. Il filtro è uno dei primi posti da controllare

Quando si risolve un problema su un vecchio sistema idronico, il filtro o il filtro dovrebbe essere in cima alla lista di ispezione.

Perché?

Perché il filtro è progettato per catturare la contaminazione prima che raggiunga i componenti sensibili del sistema.

Dopo anni di funzionamento, un filtro trascurato può contenere quantità significative di:

• fanghi;
• particelle di ruggine;
• frammenti di scala;
• residui di costruzione;
• altri solidi sospesi.

Quando il filtro si intasa, la caduta di pressione aumenta.

Il risultato è:

Filtro sporco → Resistenza maggiore → Flusso inferiore → Trasporto di calore ridotto

Ciò può produrre sintomi notevolmente simili a quelli di una pompa di circolazione sottodimensionata.

Prima di sostituire la pompa, verificare se la pompa esistente sta semplicemente cercando di spingere l'acqua attraverso un filtro molto ostruito.

6. Il basso flusso d'acqua influisce direttamente sulla capacità di riscaldamento

Il trasferimento di calore idronico può essere rappresentato approssimativamente da:

Q = ṁ × Cp × ΔT

Dove:

• Q= velocità di trasferimento del calore
• M= portata massica dell'acqua
• Cp= capacità termica specifica dell'acqua
• ΔT= differenza di temperatura dell'acqua di mandata/ritorno

Questa equazione spiega perché la pulizia del sistema e il flusso d’acqua sono collegati alle prestazioni di riscaldamento.

Se depositi o componenti intasati aumentano la resistenza, il flusso d'acqua effettivo può diminuire.

Se i terminali non ricevono un flusso sufficiente, non possono trasferire la quantità di calore necessaria all'interno dell'edificio.

Pertanto la pompa di calore potrebbe essere ancora in grado di generare la capacità termica richiesta mentre il sistema di distribuzione diventa il collo di bottiglia.

Per questo sottolineiamo ripetutamente:

La generazione e la distribuzione del calore devono essere valutate separatamente.

7. Perché alcune stanze diventano fredde prima di altre

Non sempre un sistema contaminato perde prestazioni in modo uniforme.

Alcuni circuiti di riscaldamento a pavimento possono avere:

• lunghezze di tubo maggiori;
• maggiore resistenza idraulica;
• portate iniziali inferiori;
• più curve;
• bilanciamento idraulico peggiore.

Questi circuiti sono spesso più sensibili alla resistenza aggiuntiva.

Con l'aumento della contaminazione, il circuito più debole potrebbe essere colpito per primo.

Il cliente potrà quindi segnalare:

"Il soggiorno è caldo, ma la camera da letto è fredda."

O:

"Il primo piano va bene, ma il piano superiore impiega molto più tempo a riscaldarsi."

Ciò non significa automaticamente che la pompa di calore sia troppo piccola.

Gli ingegneri dovrebbero confrontare le portate dei singoli collettori e verificare se alcuni circuiti sono diventati limitati dal punto di vista idraulico.

8. La pulizia del riscaldamento a pavimento non significa semplicemente “sciacquare un po’ d’acqua attraverso i tubi”

La pulizia professionale del sistema dovrebbe avere un obiettivo chiaro:

ripristinare la circolazione e rimuovere la contaminazione senza danneggiare i componenti del sistema.

A seconda delle condizioni del sistema e dei requisiti del produttore, la manutenzione può includere:

1. Ispezione dello stato dell'acqua.
2. Controllo della pressione del sistema.
3. Ispezione e pulizia dei filtri.
4. Controllo dei defangatori magnetici, se installati.
5. Misurazione del flusso prima della pulizia.
6. Isolare e lavare i singoli circuiti di riscaldamento a pavimento, ove appropriato.
7. Rimozione dei fanghi accumulati e dei solidi sospesi.
8. Controllo del collettore e dei flussometri.
9. Riempimento con acqua adatta.
10. Sfiatare completamente il sistema.
11. Ripristino della corretta pressione di esercizio.
12. Bilanciare nuovamente idraulicamente i circuiti.
13. Registrazione delle temperature di mandata e mandata/ritorno dopo la manutenzione.

La procedura esatta deve seguire i materiali del sistema, i requisiti del produttore dell'apparecchiatura e le pratiche locali di trattamento dell'acqua applicabili.

9. La qualità dell’acqua dovrebbe essere considerata fin dall’inizio

La pulizia è importante, ma prevenire è meglio.

La qualità dell'acqua dovrebbe essere presa in considerazione durante la progettazione iniziale e la messa in servizio del sistema.

A seconda delle condizioni idriche locali e dei requisiti delle apparecchiature, gli ingegneri potrebbero dover considerare:

• qualità dell'acqua di riempimento;
• durezza;
• conduttività;
• pH;
• ingresso di ossigeno;
• protezione dalla corrosione;
• filtrazione;
• separazione magnetica dello sporco;
• adeguato trattamento dell'acqua.

Ciò è particolarmente importante perché le condizioni dell’acqua variano notevolmente da una regione all’altra.

Non esiste un’unica strategia di trattamento dell’acqua da applicare ciecamente a ogni progetto di pompa di calore.

Controllare sempre i requisiti del produttore della pompa di calore e le norme locali pertinenti.

10. La manutenzione è ancora più importante nei sistemi “Una fonte di calore, due terminali”.

Nella nostra serie,“Una fonte di calore, due terminali”si riferisce ad una pompa di calore aria-acqua che serve due diversi sistemi terminali, tipicamente:

Riscaldamento a pavimento + ventilconvettori

Un sistema di questo tipo può contenere più diramazioni, pompe, valvole, collettori e dispositivi di controllo.

Se la contaminazione aumenta la resistenza in un ramo, la distribuzione idraulica tra i due sistemi terminali può cambiare.

Per esempio:

Pompa di calore

↓

Buffer/Distribuzione idraulica

↙ ↘

Riscaldamento a pavimento　　Ventilconvettori

Se il circuito di riscaldamento a pavimento diventa gradualmente più restrittivo, la distribuzione del flusso potrebbe spostarsi.

Pertanto, la risoluzione dei problemi dovrebbe esaminare l’intera rete idraulica anziché trattare ciascun componente in modo indipendente.

11. Sequenza consigliata per la risoluzione dei problemi

Se un sistema di riscaldamento a pavimento ha funzionato bene per diversi anni ma ora fatica a raggiungere la temperatura, utilizzare un approccio sistematico.

Passaggio 1: controllare la pompa di calore

Confermare:

• temperatura dell'acqua in uscita;
• temperatura dell'acqua di ritorno;
• modalità operativa;
• funzionamento del compressore;
• cronologia dei guasti;
• capacità di riscaldamento effettiva ove misurabile.

Passaggio 2: controllare il flusso del sistema

Confrontare la portata effettiva con i requisiti di progettazione.

Passaggio 3: controllare ΔT

Una differenza anomala della temperatura di mandata/ritorno può fornire informazioni utili sulla circolazione e sul trasferimento di calore.

Passaggio 4: ispezionare filtri e filtri

Non sottovalutare questo semplice passaggio.

Passaggio 5: ispezionare il flusso del collettore

Confronta i singoli circuiti di riscaldamento a pavimento.

Passaggio 6: verificare la presenza di aria

L’accumulo di aria può produrre sintomi simili di basso flusso.

Passaggio 7: valutare la qualità dell'acqua

Cercare scolorimento, solidi sospesi, fanghi o altre prove di contaminazione.

Passaggio 8: pulire dove necessario

Lavare e pulire il sistema utilizzando una procedura appropriata.

Passaggio 9: riequilibrio

Dopo la pulizia ripristinare il corretto equilibrio idraulico.

Passaggio 10: confrontare prima e dopo

Documentazione:

Portata + ΔT + Temperatura acqua + Temperatura ambiente + Funzionamento pompa di calore

Ciò rende il risultato della manutenzione misurabile piuttosto che soggettivo.

12. La pulizia dovrebbe essere una manutenzione preventiva, non solo una riparazione di emergenza

Molti clienti pensano alla pulizia solo quando il pavimento smette di riscaldarsi correttamente.

Un approccio migliore è la manutenzione preventiva.

Tuttavia non esiste una regola universale secondo la quale ogni impianto di riscaldamento a pavimento debba essere lavato esattamente allo stesso intervallo fisso.

Il programma di manutenzione appropriato dipende da:

• qualità dell'acqua locale;
• materiali del sistema;
• storia operativa;
• filtrazione;
• ingresso di ossigeno;
• contaminazione precedente;
• requisiti del produttore.

Un'ispezione regolare è quindi più utile che applicare ciecamente un intervallo a ogni installazione.

Per i distributori e le società di servizi HVAC, ciò crea anche l'opportunità di passare dalla semplice vendita di apparecchiature alla fornituraservizio di sistema a lungo termine.

Il cliente non ha bisogno solo di una pompa di calore.

Hanno bisogno che il sistema di riscaldamento continui a funzionare in modo efficiente per molti anni.

13. Le sette cause che abbiamo trattato finora

Nostro“Una fonte di calore, due terminali”ha ora esaminato sette motivi comuni per cui il riscaldamento a pavimento potrebbe non raggiungere la temperatura prevista:

Parte 1 — Prima messa in servizio o lungo periodo di non utilizzo

Parte 2: Aria intrappolata nei tubi del riscaldamento a pavimento

Parte 3: progettazione e layout non corretti delle tubazioni

Parte 4 — Area di dissipazione del calore effettiva insufficiente

Parte 5: flusso d'acqua del sistema insufficiente

Parte 6 — Installazione non corretta e cattiva lavorazione

Parte 7 — Funzionamento a lungo termine senza pulizia del sistema

Nota come questi problemi sono collegati.

Per la Parte 7, la catena di guasti potrebbe assomigliare a:

Scarsa qualità dell’acqua/contaminazione a lungo termine

↓

Incrostazioni + Fanghi + Depositi

↓

Incrostazioni su filtro/tubo/scambiatore di calore

↓

Maggiore resistenza idraulica

↓

Flusso d'acqua inferiore e/o trasferimento di calore inferiore

↓

Potenza termica terminale ridotta

↓

Il riscaldamento a pavimento non riesce a raggiungere la temperatura richiesta

Ecco perché è necessario che la risoluzione dei problemi della pompa di calore sia professionaleorientato al sistema piuttosto che ai componenti.

Conclusione: non dare la colpa troppo in fretta alla pompa di calore

Quando un impianto di riscaldamento a pavimento è in funzione da diversi anni e diventa progressivamente meno efficace, la sostituzione della pompa di calore non dovrebbe essere la prima risposta.

Inizia dalle basi:

L'acqua è pulita?

Il filtro è pulito?

Il flusso di progettazione è ancora in fase di realizzazione?

I singoli circuiti del pavimento circolano correttamente?

Le incrostazioni hanno aumentato la resistenza idraulica?

Il sistema ora richiede una temperatura dell’acqua più elevata rispetto a quando è stato messo in funzione originariamente?

Una pompa di calore aria-acqua ad alta efficienza necessita di un sistema idronico pulito e adeguatamente mantenuto per mantenere le sue prestazioni.

La catena di ingegneria completa rimane:

Pompa di calore → Qualità dell'acqua → Flusso idraulico → Distribuzione → Terminali → Trasferimento di calore → Comfort interno

Mantenere solo la pompa di calore ignorando il sistema idrico significa mantenere solo la metà del sistema di riscaldamento.