Riscaldamento a infrarossi e umidità

Riscaldare con gli infrarossi
Premesso che ogni corpo caldo è emettitore di onde di calore all’infrarosso, i sistemi di riscaldamento ad
infrarossi sono poco conosciuti in Italia e non considerati dalle normative di risparmio energetico del nostro
paese (D.Lgs 192/05 - 311/06 e s.m.i. per ultima DM-26-6-2015) e quindi dal meccanismo di incentivazione
fiscale.
Per contro in paesi del nord Europa come Spagna, Svizzera, Austria e Germania, troviamo produttori e
moltissime realizzazioni, alcune delle quali studiate e monitorate per rilevare comfort e consumi.
Tali misurazioni dimostrano:
1) il sostanziale risparmio energetico;
2) quindi il minore onere economico a carico dell’utente finale per l’installazione e l’utilizzo;
3) l’assenza di rischi per le persone (al contrario, sono confermati i benefici a livello fisico e psichico).
I sistemi con superfici radianti alimentate da fonte elettrica (infrarossi e pompe di calore) utilizzano sempre
meno energia rispetto a quelli a combustione (metano, GPL, gasolio); sono inoltre esenti dai costi fissi
imposti dalla legge per l’analisi fumi delle caldaie e l’analisi del rendimento energetico delle pompe di
calore (oltre certe potenze, DM 10 febbraio 2014 e s.m.i.).
Di fatto, come apparirà in seguito nella descrizione del meccanismo di funzionamento, gli impianti con
pannelli all’infrarosso sono più simili ai sistemi a superfici radianti che non alle installazioni con caldaia e
termosifoni.
Per abitazioni di classe superiore A4, A3, A3, A1, il sistema ad infrarossi offre complessivamente più
vantaggi rispetto ai sistemi radianti a pavimento con pompa di calore aria acqua.
Infrarossi e sistemi radianti con pompa di calore aria acqua si pareggiano per classi B e C; mentre per
abitazioni di classe inferiore, D, E, F e G, il sistema meno energivoro è la pompa di calore aria - acqua.
Energia spesa e costo annuale: l’energia utilizzata dal sistema di riscaldamento nella stagione invernale
si traduce direttamente in spesa per l’utenza elettrica dell’abitazione e, con costo diverso, in spesa per il
gas metano.
Il riscaldamento a raggi infrarossi consuma meno energia rispetto al sistema radiante alimentato da
pompa di calore fino ad una abitazione con classe di isolamento B dove si ha il pareggio tra le due
tecnologie.
A partire dalla classe D il sistema a pompa di calore diventa più efficace.
Potenza massima da installare: potenza da rendere disponibile al contatore elettrico per far funzionare
l’impianto.
Le pompe di calore a regime consumano pochissimo, i pannelli ad infrarossi si equivalgono.
Gli impianti vengono dimensionati per fornire il fabbisogno termico agli edifici nelle condizioni minime
standard di progetto. Volendo considerare anche condizioni eccezionali (ad es. zone con temperature
minime di progetto di -5°C, con situazioni di temperatura esterna ad es. di -12 °C) , occorrerebbe
sovradimensionare la potenza richiesta al contatore per tener conto dell’inserimento di resistenze elettriche
di rinforzo nelle pompe di calore e/o di sovradimensionamenti nelle potenze installate con i pannelli
all’infrarosso.
Le caldaie, da questo punto di vista, per quanto piccole, hanno sempre una potenza minima di 24 kW,
principalmente per produrre acqua calda istantanea e quindi sono in grado di affrontare anche situazioni
eccezionali, come quelle sopra destritte.
Installazione e manutenzione: per abitazioni con isolamento dell'involucro di classe A4, A3, A2, A1, A,
B, il sistema ad infrarossi per il riscaldamento unito ad una pompa di calore per acqua calda sanitaria
(ACS) e condizionatori per il raffrescamento estivo, costa meno di un sistema radiante alimentato da
pompa di calore, integrato con sistemi di deumidificazione e controllato da regolazione distribuita in ogni
locale o per zone.
Considerando i costi di mantenimento , con le PDC (fino a 12 kW) e con pannelli all’infrarosso si evitano i
controlli imposti dalla legge (analisi fumi delle caldaie, analisi del rendimento per caldaie e PDC di potenza >
12 kW; restano solo (anche queste secondo normativa) i controlli indicati dai costruttori nei libretti di
manutenzione.
La durata di vita di una caldaia poi è di 10/15 anni, per una pompa di calore è di 15/20 anni (25 per le pompe
geotermiche perché meno sollecitate), mentre per i tubi del riscaldamento annegati nella superficie radiante
si superano i 50 anni. È da considerare che, per alte classi energetiche di isolamento,le pompe di calore
sono sottoposte a sforzi ridotti e quindi la durata di vits si allunga.
All’interno della macchina sono comunque presenti, compressori, viti senza fine, guarnizioni che con
l’andare del tempo riducono la resa della macchina (coefficient of performance: C.O.P.) o possono essere
cause di guasti.
I pannelli ad infrarossi non hanno alcuna parte in movimento soggetta ad usura, la durata è superiore ai
30 anni, non hanno bisogno di alcuna manutenzione oltre alla pulizia dalla polvere e non hanno altri
componenti di impianto sepolti nelle pareti o nel pavimento.
Inoltre bisogna considerare che un impianto con pannelli a raggi infrarossi e una pompa di calore solo per
acqua calda sanitaria (ACS), costa anche il 50% in meno rispetto ad un sistema di riscaldamento a
pavimento con pompa di calore aria acqua usata anche per ACS, e che il primo non ha bisogno di alcuna
spesa di manutenzione durante la sua vita.
E' possibile infine abbinare tutti gli impianti dell’abitazione funzionanti ad energia elettrica ad un impianto
fotovoltaico. Riscaldamento, raffrescamento e produzione di acqua calda sanitaria possono attingere
energia da fonti rinnovabili in modo da raggiungere una completa indipendenza energetica.
Ma col consumo dimezzato rispetto al metano, è più conveniente investire nell’isolamento a cappotto
dell’abitazione.
Rapidità: intesa come capacità di raggiungere il livello di comfort desiderato partendo da ambiente freddo
e velocità di adattamento alle variazioni di richiesta di calore date da apporto di irraggiamento solare e
carico endogeno (persone, illuminazione, computer, ecc.).
I sistemi a termosifoni, in questo campo, sono molto performanti; soprattutto per coloro che accendono il
riscaldamento solo una volta giunti a casa la sera.
Questo comportamento però, a parte far soffrire i muri e gli intonaci delle case producendo, a lungo
andare la formazione di muffe, è più energivoro che non quello di mantenere un livello base di comfort
durante tutto il giorno , programmando di aumentare di 1 o 2 gradi la temperatura negli ambienti, solo
quando effettivamente occupati
I sistemi radianti a bassa temperatura sono più lenti, ma adoperano meno energia e sono quindi meno
sollecitati nel tempo: per questo hanno una vita utile maggiore rispetto alle caldaie.
I sistemi di regolazione dei sistemi radianti, devono però comunque comandare la pompa di calore, le
elettrovalvole e le pompe di circolazione: con i pannelli all’infrarosso la regolazione è immediata e puntuale.
Questo posto che i cronotermostati vengano posizionati in ogni ambiente, perché nel caso che in cui
vengano posti in un unico locale che comanda una zona, una variazione di carico in un altro locale della
stessa zona non viene rilevato automaticamente con spreco di energia e disagio per le persone.
I sistemi ad infrarossi sono quindi più flessibili dei sistemi composti da: regolazione di stanza o zona,
pompa di calore, valvole di zone e pompe per la circolazione del liquido. Questo si traduce direttamente in
benessere abitativo e risparmio energetico.
Rispetto ambientale: i sistemi elettrici, a differenza dei sistemi a combustione, non producono emissioni
in atmosfera nel luogo dove sono installati (gas di combustione, NOx, CO2, polveri sottili PM10, PM2,5).
Le emissioni sono concentrate nei luoghi di produzione dell’energia elettrica da fonti non rinnovabili e
questo permette di monitorarle più volte l’anno e senza possibilità di evadere i controlli di legge.
Adoperando meno energia la produzione complessiva di CO2 equivalente è ridotta rispetto ai sistemi
tradizionali ed alla alimentazione con caldaie a gas a bassa temperatura.
Considerando poi tutto il ciclo di vita di un prodotto: produzione, utilizzo, dismissione per fine vita, i sistemi
ad infrarossi producono meno CO2 equivalente essendo, in sostanza, sistemi più semplici da produrre e
riciclare a fine vita: vetro, alluminio, eventuale parte elettronica ben separate tra loro.
Benessere: per questo aspetto non vi sono formule di calcolo oltre a quelle di legge per umidità e
temperatura degli ambienti.
Il benessere dato dai sistemi ad irraggiamento è oggettivamente e soggettivamente superiore agli altri
sistemi; persone , anche con problemi asmatici, hanno rilevato un maggiore benessere in ambienti riscaldati
all’infrarosso , rispetto ad altri sistemi, a motivo di :
1) nessuna polvere /odore riscaldamento tipica di sistemi a termosifoni;
2) piedi caldi (come negli impianti radianti idronici)
3) aria meno pesante (l’infrarosso a media-alta temperatura non scalda l’aria,
che rimane quindi più fresca per la respirazione);
4) calore sensibilmente piacevole.
L'onda ad infrarossi di tipo "C", emessa dai pannelli, è la radiazione più naturale che esista al mondo in
quanto è la stessa emessa dal nostro astro più importante, il sole e da qualsiasi corpo caldo ci circondi.
Viene utilizzata in fisioterapia e non ha alcun tipo di effetto collaterale; al contrario procura sensazione
soggettiva di benessere, rigenerazione delle cellule, miglioramento del metabolismo, come nessun altro
sistema di riscaldamento.
Sistemi di riscaldamento ad infrarossi sono stati messi in paragone con sistemi radianti a bassa
temperatura alimentati da pompa di calore in due appartamenti gemelli.
Il risultato è stato che, partendo da ambienti freddi, gli infrarossi hanno raggiunto il comfort più
rapidamente.
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SISTEMA INFRAROSSI ( IR)
Il funzionamento dei pannelli di riscaldamento ad infrarossi è caratterizzato da:
1) un rendimento vicino al 98 % (l’energia elettrica assorbita dal pannello viene trasformata quasi
interamente in calore);
2) l'energia elettrica viene trasformata in radiazione infrarossa;
3) l'onda infrarossa attraversa l'aria della stanza e colpisce pareti, pavimenti, soffitti, mobili, aumentando la
loro temperatura;
4) le superfici, divenute più calde dell'aria, scaldano a loro volta la stanza attraverso movimenti convettivi
impercettibili , creati dal movimento delle persone o dai sistemi meccanici di ricambio aria (VMC);
5) tutte le superfici scaldate contribuiscono ad aumentare il comfort abitativo e riducono la percentuale di
umidità cher tende a penetrare nello strato superficiale delle pareti , incrementando il loro potere isolante e
impedendo la formazione delle muffe;
6) quando l’ambiente riscaldato dai pannelli ad infrarossi ha raggiunto il comfort termico, il sistema di
regolazione della temperatura interviene, per fermare la produzione di infrarossi e il consumo di
corrente. Le particolari onde di calore prodotte dai pannelli, soprattutto quelli ad alta temperatura,
non escono neppure dai vetri (effetto serra) : l’edificio , con superfici rivolte verso l’esterno
modificate in modo da riflettere all’interno la componente di irraggiamento, si comporta, con un
riscaldamento a pannelli all’infrarosso, come una sorta di casa passiva.
Quindi un pannello da 550W di picco, puo’ consumare a regime anche soli 40W-120W in base all’isolamento
dell’abitazione e alla richiesta di calore. Questo porta a poter utilizzare l’impianto con una potenza effettiva
inferiore alla potenza nominale, dotandolo, eventualmente, di un centralino con controllo di gestione dei
carichi.
MOTIVAZIONI DEL MAGGIORE RENDIMENTO DEI SISTEMI AD INFRAROSSI
Il minor consumo dei sistemi ad infrarossi è dovuto essenzialmente a questi fattori :
1) in un sistema radiante alimentato da pompe di calore ho solo una superficie radiante, mentre col
sistema ad infrarossi un pannello di dimensioni contenute (60cm x 60cm) riscalda almeno 3 pareti ed un
pavimento (oltre a tutti gli oggetti contenuti nella stanza).
Tali superfici scaldate diventano a loro volta radianti e quindi la superficie totale che partecipa al comfort si
moltiplica e risulta oggettivamente superiore al sistema precedente.
Questo aspetto, in particolare, spiega perché i sistemi ad infrarossi siano inarrivabili per case ottimamente
isolate e perdano di efficacia con lo scadere delle proprietà isolanti dell'involucro.
Esiste però uno stratagemma empirico per evitare le dispersioni in case con scarso isolamento: l'onda ad
infrarosso viene riflessa dai metalli e quindi basta una parete di cartongesso con una lamina di alluminio,
per poter riflettere l'onda all'interno dell'ambiente ed evitare che venga dispersa all'esterno (con questo
sistema empirico è stata costruita una sauna che viene portata a 30°C con soli 80W di potenza impegnata).
Un isolamento migliore (passando da classe G a classe A1 o A2) si ottiene utilizzando materiale isolante
multistrato riflettente che con soli 6/7 cm di spessore permette di ottenere un isolamento paragonabile a 20
cm di lana di roccia, grazie all’isolamento della componente radiante, oltre che conduttiva e convettiva del
calore.
2) alla capacità di maggiore adattamento alla richiesta di calore: avendo una regolazione distribuita per
ogni stanza il riscaldamento a infrarossi nel suo complesso è significativamente più flessibile. Questo si
traduce in una regolazione ad alta velocità e basso consumo di energia in stanze dove vari il carico
endogeno o che ricevano irraggiamento naturale dal sole (energia gratuita) durante i mesi invernali
soprattutto da gennaio ad aprile.
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PROVE DELL’EFFIC IACIA: CASI REALI
Esperienze – CASA BIFAMILIARE A WOLHUSEN (SVIZZERA)
Per la fase di valutazione è stata presa in considerazione una casa bifamiliare a Wolhusen. Un lato
dell’edificio è stato riscaldato ad olio, l’altro con il riscaldamento ad infrarossi.
La struttura dell’edificio, costruito nel 1978, non soddisfa assolutamente lo standard odierno.
La preparazione dell’acqua calda avviene, in entrambe le unità abitative, separatamente su base elettrica.
Di seguito è riportato un confronto di entrambe le metà della casa relativo al consumo di energia.
Riferimento: http://www.infraswiss.com/it/Valutazioneenergetica-13_199.html
Periodo della misurazione: 1.10.2007–30.4.2008 (7mesi)
Consumo energetico olio (escluso consumo di energia elettrica bruciatore ad olio)
Litri di olio combustibile consumati 2’760
kWh/per litro di olio combustibile 9,9
Totale kWh per riscaldamento 27’324
Totale € per riscaldamento* €3’936
* Gasolio Riscaldamento €/l 1,436
Consumo energetico infrarossi
Capacità di riscaldamento installata 5,8kW
Totale kWh per riscaldamento 8’115
Totale € per riscaldamento ** €1’623
** Elettricità €/kWh 0,2
Bilancio
Il rapporto energetico è 3,36 volte inferiore con gli infrarossi rispetto all’olio combustibile; la spesa risulta
ridotta di un fattore 2,42.
L’energia elettrica dovrebbe costare 2,5 volte di più per ottenere risultati analoghi a quelli dell’olio
combustibile. Senza considerare, inoltre, i costi della manutenzione per il riscaldamento ad olio e la durata
più breve delle caldaie rispetto ai pannelli infrarossi (10/15 anni contro 30).
Comfort
Gli inquilini hanno constatato che il tempo di reazione del riscaldamento è molto migliore.
Contemporaneamente hanno notato un significativo miglioramento della qualità dell’aria.
Altre esperienze
Riferimento:http://www-user.rhrk.uni-kl.de/~kosack/forschung/?INFRAROT-STRAHLUNGSHEIZUNG
(trad. inglese in https://www.dropbox.com/sh/f2kyg5yd9f73ijz/AABzhXRKE-UeiVacUffEo6hea?dl=0 ).
Lo studio è stato intrapreso dal Dott. Ing. Peter Kosack, dell'università di Kaiserslautern per rispondere
alle domande:
1) il riscaldamento ad infrarossi è adatto per l’edilizia residenziale?
2) Le spese sono competitive rispetto ad altri sistemi di riscaldamento?
3) La sostenibilità ambientale è competitiva rispetto ai sistemi tradizionali?
4) È adatto per applicazione pratica?
5) È un sistema, ad oggi, usato in un numero limitato di abitazioni; cosa accadrà se verrà utilizzato al
posto degli impianti tradizionali?
Nella ricerca sono stati confrontati un riscaldamento autonomo a gas, ottenuto con centrale termica e
termosifoni negli ambienti, con un riscaldamento composto da singoli riscaldatori ad infrarossi posti
direttamente negli ambienti.
Come definizione, si considera riscaldamento per irraggiamento, quando la resa dell’irraggiamento dei
dispositivi o delle superfici riscaldanti è superiore al 50%.
Periodo della misurazione:
16.11.2008 – 30.04.2009 (5,5 mesi)
All’inizio si è cercato di mantenere la stessa temperatura dell'aria nelle due abitazioni, ma quando la
temperatura dell'aria impostata nei termostati e la temperatura dell'aria misurata erano uguali, la casa
riscaldata con infrarossi risultava soggettivamente troppo calda, mentre quella con impianto a gas era
troppo fredda.
La ragione è da ricercarsi nei diversi principi di riscaldamento: il comfort al tempo stesso dipende
dalla temperatura dell'aria e dalla temperatura media delle pareti.
Per questo motivo, fino alla metà del mese di novembre 2008, sono state modificate le impostazioni dei
termostati fino ad ottenere lo stesso comfort soggettivo nelle due case. Da notare che le due case sono
state utilizzate da rappresentanti di una stessa famiglia e non vi era alcuna differenza nel loro
comportamento in merito all'uso del riscaldamento.
Per questo, lo stesso comfort soggettivo è stato ottenuto impostando una temperatura dell'aria
nella casa riscaldata con infrarossi di circa 1-2 gradi inferiore a quella riscaldata col gas.
Bilancio
Il consumo totale di energia elettrica per il riscaldamento a raggi infrarossi durante il periodo di valutazione
è risultato di 7.305,92 kWh, mentre per il riscaldamento a gas (detratti i consumi per acqua calda
sanitaria) sono stati necessari 33.542,33 kWh. Secondo le norme tecniche per lo sfruttamento del calore,
il consumo totale di gas per riscaldamento calcolato per il periodo di misura è di 30.188,1 kWh.
Per realizzare il confronto dell’utilizzo di energia, i consumi devono essere legati alle dimensioni delle
case.
Consumo totale di energia per riscaldamento ad infrarossi
7.305,92 kWh / 102,6m² = 71,21 kWh/m².
Riscaldamento a gas corretto per le superfici
33.542,33 kWh / 160,7m² = 208,73 kWh/m².
Riscaldamento a gas calcolato secondo norme tecniche
30.188,1 kWh / 160,7m² = 187,85 kWh/m².
Confrontato con i consumi rilevati nella casa col riscaldamento a gas a bassa temperatura, il sistema ad
infrarossi (IR) ha un consumo di energia inferiore del 65,9%; mentre secondo i calcoli standard di
ingegneria risulta un consumo ridotto del 62,1%;
Ciò significa che il riscaldamento a raggi infrarossi consuma 2,5 volte meno energia rispetto al
sistema a gas a bassa temperatura.
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Applicando i consumi ai prezzi italiani per l’energia:
Consumo energetico metano
(escluso consumo di energia elettrica)
Metri cubi di metano consumati 2'861,4
kWh per metro cubo di metano commerciale 10,55
Totale kWh per riscaldamento 30'188,1
Totale € per riscaldamento* €2’289
* Metano Riscaldamento €/m³ 0,80
Consumo energetico infrarossi
Potenza di riscaldamento installata 5,2 kW
Potenza specifica riscaldamento installata 50,68 W/m²
Totale kWh per riscaldamento 8’115
Totale € per riscaldamento ** €1’623
** elettricità €/kWh 0,20
Il riscaldamento a raggi infrarossi costa 1,4 volte meno rispetto al sistema a gas a bassa
temperatura.
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