Impianti a gas per uso domestico.

Impianti a Gas per Uso Domestico – di DUILIO TAZZI
Impianti a gas per uso domestico.
La maggior parte degli impianti di adduzione gas nelle civili abitazioni, delle dimensioni
medie di un centinaio di metri quadri, alimentano un piano cottura ed una caldaia; la caldaia
serve sia da generatore dell'impianto termico che per la produzione dell'acqua calda sanitaria;
quest'ultima funzione spesso e' realizzata con uno scaldino a gas in mancanza della caldaia.
Ricordiamo
che
kilocalorie
ora-watt
e
watt-kilocalorie
ora
(UNI
7205-73)
1 kcal/h = 4186.8/3600 W = 1.163 W - 1 W = 1/1.163 kcal/h = 0.85984523 kcal/h.
In ogni caso, la somma delle potenze di tutte le apparecchiature è generalmente inferiore o
uguale a 35 kW, circa 5 kW per il piano cottura e 24 kW o 28 kW per la caldaia; il valore di
35 kW costituisce una soglia di riferimento per le norme che regolano la realizzazione degli
impianti gas a servizio delle civili abitazioni, superata tale soglia, infatti, non è più sufficiente
il dimensionamento dell’impianto da parte dell’installatore ma è necessaria la realizzazione di
un progetto da parte di un professionista abilitato. Superata in ogni caso la soglia dei 116 kW
è necessaria anche la denuncia dell’impianto ai vigili del fuoco con la loro approvazione del
progetto per la realizzazione dello stesso impianto. Nel caso di centrali termiche, spesso a
servizio di condomini o abitazioni di taglia ben oltre la media, occorre denunciare impianti e
centrale all’INAIL ex ISPESL. Di fondamentale riferimento per gli impianti gas interni è la
norma UNI CIG 7129/08 che fissa l’inizio dell’impianto interno gas dal punto
immediatamente a valle di quello di consegna della rete distributrice del gas, il raccordo di
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uscita dal contatore; nel caso di impianti alimentati da serbatoi, l’impianto inizia dal raccordo
di uscita della valvola del serbatoio o dei serbatoi collegati tra loro, ciò sia nel caso di gas
metano o gas gpl. La norma intende per impianto l’insieme di tutte le tubazioni, organi di
chiusura o intercettazione, organi di regolazione e tutti i componenti accessori necessari a
distribuire il gas dal punto di consegna agli apparecchi utilizzatori. Nel caso di impianti con il
contatore non interno all’edificio o immediatamente accanto ad esso, oltre alla chiusura
generale posta a valle del contatore, occorre un’altra chiusura in prossimità dell’ingresso delle
tubazioni in casa. Il primo elemento dell’impianto è l’intercettazione generale dell’impianto,
la cui posizione deve essere facilmente raggiungibile dall’utente anche in condizioni di
pericolo; la presa pressione con relativo tappo e rubinetto permette di poter controllare la
pressione dell’impianto quando necessario, essa deve essere posta immediatamente a valle
dell’intercettazione generale dell’impianto. Ogni apparecchio utilizzatore del gas può essere
collegato all’impianto a mezzo di una tubazione rigida o flessibile costituente una derivazione
con a monte una opportuna valvola di intercettazione installata a vista e facilmente
raggiungibile. Sia per i nuovi impianti che per quelli esistenti una verifica ai fini della
sicurezza e del corretto funzionamento degli apparecchi utilizzatori è quella della caduta di
pressione tra il contatore e gli apparecchi utilizzatori. Nel caso di gas manifatturato la caduta
massima di pressione deve essere non maggiore di 0,5 mbar; nel caso di gas naturale non
maggiore 1,0 mbar e non maggiore 2,0 mbar nel caso di gas gpl. I principali parametri di un
impianto gas, sono:
1. la potenza termica dell’impianto.
2. la lunghezza delle tubazioni
3. la caduta di pressione.
4. la portata gas.
5. la velocità del gas ed il numero di REYNOLDS.
La potenza termica dell’impianto gas, somma dei vari carichi gas presenti in gas, può essere
espressa in kW o in Kcal/h, e generalmente in un caso standard di un appartamento di un
centinaio di metri quadrati si ha una potenza complessiva dell’ordine di una trentina di kW
corrispondenti a 25.800 kcal/h. La lunghezza, la tipologia ed il diametro delle tubazioni, per
l’adduzione del gas metano o gas di città dal punto di consegna dell’ente distributore alle
apparecchiature utilizzatrici o anche per l’adduzione del GPL (Gas Propano Liquido)
generalmente dal serbatoio, dipendono dalla lunghezza tra i carichi ed il punto di consegna e
dai vari tipi di percorso che bisogna seguire.
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Questi ultimi possono essere interrati, a vista o sottotraccia, nella maggior parte dei casi i
percorsi sono misti e richiedono specifiche e diverse precauzioni di caso in caso.
DUE PAROLE SUL NUMERO DI REYNOLDS.
Il moto del gas nelle tubazioni può essere di due tipi: laminare o turbolento.
a) Nel caso di moto laminare i filetti di fluido scorrono l’uno accanto all’altro senza
mescolarsi.
b) Nel caso di moto turbolento i filetti di fluido si mescolano fra di loro.
Nel primo caso la velocità del gas è bassa e le forze di tipo viscoso predominano sulle forze di
inerzia. Nel secondo caso la velocità del gas è alta e le forze di inerzia predominano su quelle
di tipo viscoso. Il numero di Reynolds è un numero adimensionale che misura il rapporto fra
tali forze. Se prevalgono le forze viscose il moto è laminare: i filetti di fluido scorrono uno
accanto all’altro senza mescolarsi. Se viceversa prevalgono le forze di inerzia i filetti di fluido
si mescolano fra di loro ed il moto assume un aspetto turbolento.
Nel caso di fluidi che si muovono in tubazioni a sezione circolare il numero di Reynolds vale:
NR 
V  Diam


V  Diam  

[ numero adimensionale ]
Ove:
NR - numero di Reynolds [ numero adimensionale]
V
- velocità media del gas

- viscosità cinematica
 - viscosità dinamica
 - densità del gas
[ m/s ]
[ m2/s ]
[ N s/m2 ]
[ kg/m3 ]
E’ conveniente esprimere il numero di Reynolds in funzione della portata invece che della
velocità:
F ρ0
  Diam  ρ
V  Diam  ρ S ρ
F  ρ0
NR 

 1.273 
μ1
μ1
Diam  μ1
[ numero puro ]
Se misura la viscosità dinamica in c.poise, ricordando che 1 poise  0.1
NR  1.273 
F  ρ0
F  ρ0
 1273 
Diam  μ1
Diam  μ
Newton  s
, si ha:
m2
[ numero puro ]
Ove  è la viscosità dinamica espressa in c.poise.
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L’esperienza dimostra che, per quanto riguarda il moto di fluidi all’interno delle tubazioni, se
il numero di Reynolds è < 2300 si instaura un regime laminare, se invece il numero di
Reynols è > 2300 nella tubazione si instaura un regime turbolento. Nelle normali condizioni
di esercizio di una rete il moto è praticamente sempre turbolento. (Se in alcuni tronchi si
instaura un moto laminare significa che, in quelle condizioni di esercizio, la tubazione è
decisamente sovradimensionata).
Parametri impianto gas.
I parametri fondamentali per il dimensionamento delle tubazioni, sono la portata gas e la
perdita di carico, e tali parametri, adeguatamente dimensionati, permettono il corretto
funzionamento delle apparecchiature. La portata è desumibile dai libretti di istruzione delle
apparecchiature, mentre per le perdite di carico le norme impongono per il gas di città o
metano una caduta di pressione inferiore ad un millibar rispetto al punto di consegna.
Il numero di REYNOLDS descrive il tipo di scorrimento o flusso di un fluido, in particolare
si ha un regime laminare (in corrispondenza di valori più bassi del numero di Reynolds) o un
regime turbolento (in corrispondenza di valori più elevati del numero).
Gas Metano o gas città.
Con una tubazione in acciaio zincato di 3/4 di pollice, utilizzata ad esempio per un impianto a
gas metano o gas di città, all’esterno di un edificio ed ubicata a vista, per l’alimentazione di
un carico gas di 30 kW si ha una portata gas di 3,15 metri cubi per ora, una velocità di
circa 2,30 metri al secondo un numero di REYNOLDS pari a 3.339 indicativo di un flusso
laminare (caratterizzato da valori di REYNOLDS inferiori all’ordine di 100.000) ed una
caduta di pressione al limite di quella prevista dalla norma ossia 1 millibar.
GPL, GAS propano liquido
Nelle stesse condizioni di impianto descritto sopra, volendo utilizzare il gas GPL (gas
propano liquido) si può scegliere una tubazione del diametro di 1/2 pollice, in essa la velocità
del gas ed il numero di REYNOLDS, diventano rispettivamente di 1,13 metri al secondo e
6194 ed una caduta di pressione che assume un valore circa il doppio di quello sopra
descritto, il tutto con un valore di portata che è di 1,17 metri cubi ora.
Naturalmente l’utilizzo del gas metano o gas di città o del GPL (gas propano liquido) è legato
a diversi fattori quali i costi dei combustibili, la reperibilità, la gestione, il basso impatto
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ambientale e la possibilità di
utilizzare tecnologie finalizzate alla
riduzione della spesa energetica,
come le caldaie a condensazione,
che in generale hanno rendimenti
più elevati nel caso di utilizzo del
metano
rispetto
Significativa
la
al
differenza
GPL.
tra
metano e GPL anche del potere
calorifico che indica la quantità
massima di energia che si può ricavare bruciando completamente la quantità unitaria di
riferimento, del combustibile in condizioni standard. Il potere calorifico nel caso del metano
è pari a 500 kcal per metro cubo, mentre nel caso del GPL è pari a 6070 kcal per metro cubo.
Per dimensionare una rete del gas, come quella necessaria per l’adduzione gas al piano
cottura, alla caldaia per la produzione di acqua calda sanitaria e per il riscaldamento, può
essere fatto semplicemente tenendo conto alcuni parametri:
a) La potenza.
b) Il percorso, interno ed esterno.
c) Il tipo di materiale che si vuole utilizzare.
Normalmente si utilizza due tipi di gas, il gas naturale o metano, oppure il GPL .
La differenza tra i due prodotti sta nel peso specifico il metano è più leggero dell'aria,
viceversa per il GPL.
GAS METANO E GAS GPL.
I gas utilizzati per usi domestici, generalmente metano e GPL, sono completamente privi di
odore per cui tutte le aziende che provvedono alla distribuzione del gas devono
obbligatoriamente, per legge, odorizzarlo mediante sostanze chimiche che conferiscono il
caratteristico odore sgradevole che tutti conosciamo. In ogni caso, quando si avverte odore di
gas è bene contattare quanto prima il servizio di pronto intervento dell’azienda che eroga il
servizio di distribuzione del gas oppure i Vigili del Fuoco.
I gas principalmente utilizzati per uso domestico sono essenzialmente due: il metano e il GPL.
Il metano è largamente utilizzato per tutti i più comuni usi domestici e viene distribuito nelle
abitazioni, direttamente in forma gassosa, tramite le condotte cittadine non necessitando, così,
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di serbatoi di accumulo. Inoltre non è tossico e, essendo più leggero dell’aria, in caso di
perdita, si disperde facilmente. Il GPL (gas di petrolio liquefatto) è una miscela di due
idrocarburi, propano e butano, di cui il primo è il componente prevalente. Il suo impiego è del
tutto simile a quello del metano ma, diversamente da questo, deve essere stoccato in bombole
in pressione o appositi serbatoi di accumulo per essere mantenuto allo stato liquido. Il GPL ha
una densità superiore a quella dell’aria per cui tende a stratificare in basso e a non si
disperdersi facilmente aumentando così il rischio di esplosioni, anche gravi, in seguito ad
un’eventuale fuga.
Indicazioni normative
Le prime considerazioni riguardano la scelta del tipo di materiale per le tubazioni, che
possono essere in polietilene, rame, acciaio e multistrato, con quest'ultimo da qualche anno
utilizzabile anche in Italia come già accadeva da diversi anni nel resto dell' Europa.
Il polietilene è destinato ai tratti di tubazioni interrate, come ad esempio quelli che corrono
sotto giardini o cortili privi di pavimentazione, nei quali il filo superiore della tubazione deve
essere posto ad una profondità di almeno 60 centimetri rispetto al piano di calpestio di
riferimento e la stessa tubazione deve essere annegata in un letto di sabbia, con la possibilità
di prevedere un ulteriore protezione mediante l’intubamento del polietilene in un tubo
corrugato. I tratti esterni all’edificio è possibile utilizzare tubazioni in acciaio, che devono
essere installate a vista ed opportunamente ancorate. Il rame è generalmente destinato ai tratti
di tubazioni del gas all’interno dell’edificio, tubazioni che possono viaggiare sottopavimento,
generalmente seguendo percorsi perimetrali alle aree e rettilinei, e devono essere allocate in
una striscia di spazio, sotto il pavimento, non superiore ai 20 centimetri di distanza dalle
pareti. Il multistrato può essere utilizzato sia per tratti di tubazioni interne agli edifici sia per
tratti di tubazioni esterne ad essi, in questo caso deve essere opportunamente protetto
dall’azione dannosa dei raggi ultravioletti. È bene precisare che quando si parla di tratti interni
agli edifici per tubazioni sottotraccia o interrate sono escluse le zone condominiali, nelle quali
le tubazioni devono essere installate necessariamente a vista.
LE REGOLE PER UNA CORRETTA VENTILAZIONE
Nel caso delle cucine, l’operazione del ricambio dell’aria dove sono installati apparecchi a gas
è regolata dalla norma Uni Cig 7129 (impianti a gas per uso domestico alimentati da rete di
distribuzione). In esse, per la ventilazione dei locali, fatta eccezione per gli apparecchi stagni
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(tipo C) con presa diretta esterna, a tiraggio naturale o forzato, tutti gli altri apparecchi
necessitano di aria in quantità sufficiente per la combustione (1 m³ di gas metano richiede
circa 11 m³ di aria) che deve pervenire al locale attraverso aperture permanenti, o condotti di
ventilazione, con presa diretta dall’esterno. La sezione libera netta di passaggio deve essere di
almeno 6 cmq per ogni kW di portata termica installata, con un minimo di 100 cm2. La bocca
di apertura non deve essere ostruita, deve essere protetta con griglia o rete metallica
(tenendone adeguatamente conto nel calcolo della sezione netta richiesta) e deve essere
prossima alla quota del pavimento. Nel caso non sia possibile realizzare l’apertura nella parte
bassa del locale, si rende necessario aumentare la sezione della suddetta apertura di
ventilazione almeno del 50%. Oltre al fabbisogno dell’aria comburente si dovrà tenere conto
anche del ricambio dell’aria viziata (per un locale uso cucina il ricambio orario di aria è di 3-5
volte il suo volume); di questo flusso si dovrà pure tenere conto nel calcolo della sezione di
ventilazione. Nei locali in cui sono ubicati apparecchi di cottura privi sul piano di lavoro del
dispositivo di sicurezza per assenza di fiamma (termocoppia), le sezioni libere di ventilazione
relative ai soli suddetti apparecchi devono essere maggiorate del 100%.
La sezione minima comunque in tali casi non deve essere
inferiore a 200 cmq. Ai fini della sicurezza per eventuali
perdite di gas, è consigliabile realizzare la maggiorazione
della sezione libera di ventilazione menzionata a livello
del soffitto, e avente sezione minima di 100 cmq. Per
ragioni di sicurezza è consigliabile inoltre, per tutti i
locali ospitanti apparecchi a metano, ricavare uno scarico
a soffitto per smaltire eventuali perdite accidentali di gas.
Per quanto riguarda l’aerazione dei locali, gli apparecchi
a gas di cui al dm 30/10/81, e individuati dalla norma come apparecchi di tipo A, ossia
apparecchi che immettono i prodotti della combustione nel locale in cui sono installati e dallo
stesso prelevano l’aria necessaria alla combustione, hanno necessità non di una, ma di due
aperture, ciascuna della sezione minima di 100 cmq, di cui una per l’afflusso dell’aria
comburente e di ventilazione, secondo quanto sopra indicato, e l’altra per lo scarico dei
prodotti della combustione, situata nella parte alta di una parete esterna. Gli apparecchi di
cottura devono sempre scaricare i prodotti della combustione all’esterno mediante apposite
cappe, che devono essere collegate a camini singoli, a canne fumarie collettive ramificate a
uso esclusivo delle cappe, o direttamente all’esterno.
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In caso non esista la possibilità di applicazione della cappa, è consentita l’installazione di un
elettroventilatore la cui azione non deve influenzare la corretta evacuazione dei prodotti della
combustione nel caso di apparecchi che prelevino l’aria di combustione dall’ambiente. In
conclusione, per migliorare il microclima nei luoghi in cui si vive, si lavora, si trascorre il
tempo libero, la ventilazione può svolgere un ruolo determinante senza presentare eccessive
complicazioni.
IL GIUNTO DIELETTRICO.
Il punto 3.3.4.2 della normativa prescrive che tutti i tratti interrati di tubazioni di acciaio
devono essere isolati mediante giunti isolanti monoblocco (dielettrico), da posizionare alla
fuoriuscita del tubo dal terreno. La funzione del giunto dielettrico è di assicurare
permanentemente la separazione elettrica tra la parte interrata e quella fuori terra al fine di
proteggere la parte di tubazioni a valle del giunto da eventuali correnti vaganti che potrebbero
danneggiare la tubazione favorendo la corrosione (specialmente in vicinanza di impianti
elettrici a corrente continua per l'alimentazione di elettrotreni e tramvie).
Un'altra importante funzione del
giunto dielettrico è quella di
evitare che la tubazione del gas
diventi un percorso privilegiato
per i fulmini nel loro percorso
verso terra: il giunto isola la
tubazione dalla terra evitando
così che la scarica atmosferica
giunga in prossimità del terreno
dove
potrebbe
fondere
la
tubazione del gas in polietilene
causando fuoriuscite indesiderate e molto pericolose del gas stesso.
Anche nel caso di installazione di tratti interrati di tubi di polietilene per gas è obbligatorio
installare il giunto dielettrico alla fuoriuscita del tubo di acciaio dal terreno.
Per quanto riguarda la parte interrata della tubazione il collegamento con la parte a vista deve
avvenire mediante un raccordo speciale polietilene-metallo (giunto di transizione) del tipo
monoblocco. Il raccordo va posizionato sottoterra.
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La tubazione interrata di polietilene deve essere collegata ad una tubazione metallica prima
della fuoriuscita dal terreno. Questo breve tratto deve essere protetto contro la corrosione
mediante adeguato rivestimento, ed in prossimità della risalita deve essere installato il giunto
dielettrico, anche denominato "giunto isolante monoblocco", solitamente ad una distanza dal
terreno compresa tra 0,3 e 0,6 m.
Il giunto dielettrico può non essere installato nel tratto esterno di collegamento tra contatore e
inizio del tratto interrato, in quanto a monte del contatore è sempre installato un giunto
dielettrico a cura dell'azienda distributrice del gas. Se vi sono parti di impianto interno che
rientrano nel terreno, entrambe le estremità devono essere provviste di giunto dielettrico.
DIMENSIONAMENTO
Ipotizzando che dal punto di consegna gas dell’ente distributore ci sia un percorso, che la
tubazione gas deve percorrere, di una quindicina di metri in una zona condominiale per poi
raggiungere un appartamento al secondo piano di un edificio, si ottiene complessivamente una
tubazione lunga poco più di 20/25 metri. Tenendo conto dei raccordi a gomito minimi
necessari delle tubazioni, equivalenti a circa un metro di tubazione lineare, ai fini del progetto
possiamo considerare una lunghezza complessiva di tubazione equivalente di circa 25 metri.
Il tratto condominiale di tubazione installato a vista ed ubicato all’esterno dell’edificio potrà
essere realizzato in acciaio o in multistrato opportunamente protetto come descritto sopra.
Le eventuali tubazioni potranno essere ubicate all’interno di un percorso ricavato ad
alloggiamento nella muratura, con una sezione rettangolare eventualmente ricoperta con un
pannello non a tenuta e rimovibile. Le tubazioni in multistrato potranno essere ubicate su
un’apposita canalina e rivestite con una tubazione di protezione dai raggi ultravioletti,
canalina a sua volta ricopribile con una griglia. Per un impianto di potenza standard di
riferimento di circa 28 o 30 kW termici, considerando una caldaia di 24 kW ed un piano
cottura di 4 o 5 kW, la tubazione in acciaio dovrà avere un diametro di mezzo pollice, di 26
mm se realizzata in multistrato, garantendo in tal modo ai carichi gas una caduta di pressione
non superiore ad un millibar. I diametri delle sezioni delle tubazioni costituenti l'impianto gas
devono essere tali da garantire una fornitura di gas sufficiente a coprire la massima richiesta,
limitando la perdita di pressione (perdita di carico) fra il contatore e qualsiasi apparecchio di
utilizzazione a valori non maggiori di:

0,5 mbar per i gas della Ia famiglia (gas manifatturato);

1,0 mbar per i gas della IIa famiglia (gas naturale);
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
2,0 mbar per i gas della IIIa famiglia (gas di petrolio liquefatto GPL).
Qualora a monte del contatore sia installato un regolatore di pressione, sono ammesse perdite
di carico doppie di quelle sopra indicate. Se non diversamente specificato dalla normativa
municipale, regionale o nazionale applicabile, il dimensionamento dell’impianto interno deve
essere effettuato con la seguente procedura (possono essere trascurati gli attacchi rigidi di
piccola lunghezza ed i tubi flessibili):
a) determinare la massima portata oraria in volume (portata volumica) in m3/h richiesta
per ogni tratto di impianto in base alla portata termica nominale in kW riportata sulla
targa degli apparecchi utilizzatori ed al potere calorifico inferiore o superiore;
b) determinare le lunghezze virtuali dei differenti tratti della tubazione che costituiscono
l’impianto interno, sommando i diversi contributi dovuti alla lunghezza di tutti i tratti
di tubazione e le lunghezze equivalenti di:

cambi di direzione del tubo con curvature di 90° (i cambi di dire-zione
realizzati con il tubo CSST con un raggio di curvatura pari ad almeno il doppio
del minimo consentito e con angoli inferiori di 90° non vanno presi in
considerazione ai fini del calcolo del dimensionamento),

raccordi a gomito,

raccordi a T e collettori (equiparati a raccordi a T),

rubinetti;
c) procedere al dimensionamento tratto per tratto sulla base della densità relativa del gas.
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