Impianti Idraulici e Termici: Definizione e Tipologie

Con il termine Idrotermoidraulica si fa riferimento alla combinazione delle competenze di due importanti rami professionali, ovvero l'idraulico ed il termoidraulico. Infatti, con la definizione di impianto Idrotermoidraulico non si intendono solo gli impianti idraulici e quelli sanitari, ma un intero e complesso sistema in grado di distribuire l'acqua e regolare la temperatura di un ambiente, che sia un’abitazione domestica, un ufficio, un esercizio commerciale, un magazzino etc.

Esso, infatti, ha tre principali funzionalità:

Impianto idraulico, per la conduzione dell’acqua potabile
Impianto idrotermosanitario, per la produzione e destribuzione di acqua calda per l’uso igienico-sanitario
Impianti termici, per la regolazione della temperatura interna per un livello di comfort ottimale in ogni stagione, tramite il riscaldamento durante l’inverno e il rinfrescamento durante l’estate

Che cos'è l'impianto idraulico?

L'impianto idraulico è l'insieme delle reti di distribuzione acqua, gas e fluidi di un edificio. L'impianto idraulico di acqua sanitaria comprende le reti di distribuzione di acqua potabile e non potabile per uso domestico, in particolare quello civile per lavarsi o per accumulo. In tutta la UE, come nella maggioranza del resto del mondo, l'acqua calda si trova a sinistra e quella fredda a destra.

Come è fatto un impianto idraulico?

Nei primi anni del 1980 gli idraulici conoscevano esclusivamente tubazioni in ferro per la distribuzione sanitaria. Inoltre era poco chiaro anche il concetto di dimensionamento, ovvero la misura del diametro di partenza rispetto alla portata ed alla lunghezza prevista fino ai rubinetti, il concetto che si parte sempre da un diametro più grande per finire ad uno inferiore, specie quando si va verso l'alto o a un piano superiore.

Il motivo è che sono presenti tutt'ora negli edifici civili sebbene stiano creando problemi (ormai superati dai nuovi materiali) a causa del loro decadimento, per questo è molto importante che l'idraulico di oggi ne abbia conoscenza, così come l'utente.

Le Norme che regolano il dimensionamento di un impianto sanitario di adduzione acqua fredda e calda sono la UNI 9182 e la UNI 9183.

Che cos'è l'impianto termico?

L'impianto è considerato termico sopra i 5kW di potenza e se la sua destinazione d'uso è di climatizzazione degli ambienti durante tutte le stagioni. Come indicato dalla normativa, con impianto termico, facciamo riferimento sia alla climatizzazione invernale sia a quella estiva.

Sono gestiti da un apparecchio che produce calore tramite la combustione di materiale fossile come ad esempio le caldaie che funzionano a gas, pompe di calore a gas o apparecchi che bruciano il carbone o ad olio, etc. Per legge inoltre, devono essere controllati a cadenza biennale per qualsiasi tipologia di impianto da un tecnico abilitato al controllo e pulizia con il rilascio di relativa documentazione che ne confermi o neghi l'utilizzo corretto da corrispondere al Comune di competenza, il quale ne prenderà atto e deciderà se effettuare ulteriori accertamenti nei casi di mancanza dei requisiti minimi consentiti.

Componenti di un impianto di riscaldamento

L’impianto di riscaldamento è composto da tutto ciò che ne consente il funzionamento: dal generatore atto a produrre calore, dalla rete di distribuzione che ha la funzione di “trasportare” il vettore (acqua o aria) dal generatore sino ai terminali. Questi, infine, hanno il compito di riscaldare gli ambienti “emanando” calore.

Si capisce bene quindi che le combinazioni tra questi elementi appena indicati possono essere diverse, andando a costituire differenti impianti di riscaldamento. Questi generatori possono essere alimentati con diversi tipi di combustibili, tra cui gas metano, GPL, gasolio, biomasse.

In generale, i generatori di calore possono essere suddivisi in due categorie principali: quelli a combustione e quelli elettrici. Nel caso dei generatori a combustione, il calore viene prodotto attraverso la combustione del combustibile all’interno del generatore stesso.

Vediamo adesso nel dettaglio da cosa è composto un impianto di riscaldamento.

Tipologie di terminali

I terminali di un impianto di riscaldamento domestico sono i dispositivi che hanno il compito di distribuire il calore all’interno degli ambienti da riscaldare.

Termosifoni: I termosifoni sono i terminali più comuni negli impianti di riscaldamento domestico. Essi sono costituiti da un corpo in acciaio, ghisa o alluminio, al cui interno circola l’acqua calda proveniente dal generatore di calore. La scelta del materiale dipende dalle esigenze dell’utente e dalle caratteristiche dell’ambiente da riscaldare. Ad esempio, i termosifoni in ghisa sono particolarmente indicati per ambienti di grandi dimensioni, mentre quelli in alluminio sono più leggeri e adatti ad ambienti di dimensioni più contenute.
Impianto a pavimento: L’impianto a pavimento è un sistema di riscaldamento a bassa temperatura (compresa tra i 35 °C e i 38 °C) che prevede l’installazione di una serie di tubi sottili posti sotto il pavimento e attraverso i quali circola l’acqua calda. In questo modo, il calore viene distribuito uniformemente nell’ambiente da riscaldare, garantendo un elevato livello di comfort termico. Questo sistema di riscaldamento richiede un buon isolamento termico del pavimento per evitare dispersioni di calore verso il basso.
Fancoil: I fancoil sono terminali di riscaldamento e raffreddamento che utilizzano un ventilatore per convogliare l’aria all’interno dell’ambiente. Il calore viene distribuito attraverso uno scambiatore di calore a batteria, il quale è alimentato dall’acqua calda proveniente dal generatore di calore.
Impianto misto: L’impianto misto prevede l’utilizzo di due o più tipologie di terminali all’interno dello stesso impianto di riscaldamento. Ad esempio, può prevedere l’installazione di termosifoni in alcune stanze e di un impianto a pavimento in altre.

Impianti Termoidraulici: Componenti e Funzioni

Un impianto termoidraulico rappresenta l’insieme di dispositivi e componenti che garantiscono:

la climatizzazione (riscaldamento/raffrescamento) degli ambienti;
l’approvvigionamento di acqua potabile;
la produzione di acqua calda sanitaria.

Un impianto termoidraulico può essere autonomo, se al servizio di un’unica utenza, come un appartamento o una casa unifamiliare oppure centralizzato, se collegato a più utenze.

Componenti principali

In generale un impianto termoidraulico si compone di:

un generatore di calore, come una caldaia o una pompa di calore che fungono da sistema di produzione;
un sistema di distribuzione, che veicola il fluido termovettore ai terminali di utilizzazione;
un sistema di accumulo, per la gestione ottimale dell’energia termica;
un sistema di regolazione e controllo, che gestisce e ottimizza il funzionamento del generatore di calore e del sistema di distribuzione;
un sistema di utilizzazione, rappresentato dai terminali, come radiatori, pannelli radianti, ventilconvettori che permettono la trasmissione dell’energia termica all’ambiente.

Tipologie di Impianti Termoidraulici

Tra i principali impianti termoidraulici vi sono:

i sistemi di riscaldamento dotati di generatori di calore, alimentati a gas, gasolio, energia elettrica o a biomassa. Tra questi ricordiamo la caldaia tradizionale, quella a condensazione, le pompe di calore, i sistemi ibridi, etc.;
i sistemi di riscaldamento ad energia radiante come stufe, stufe a pellet, termostufe, caminetti. Questi sistemi possono essere considerati impianti termoidraulici se sono installati in modo fisso e se la loro potenza al focolare superi i 5 kW per la singola unità abitativa;
i sistemi di climatizzazione estiva, ottenuti mediante sistemi di raffrescamento a pompa di calore, a pavimento, capaci di garantire temperature confortevoli e risparmi energetici;
gli impianti di ventilazione meccanica controllata (VMC) garantiscono il ricambio continuo e la purificazione dell’aria nell’ambiente interno: l’aria esausta degli ambienti interni viene estratta mentre altra aria, proveniente dall’esterno e ricca di ossigeno, viene immessa all’interno dei locali;
gli impianti idrotermosanitari, reti, apparecchiature ed accessori che hanno lo scopo di distribuire l’acqua calda e fredda alle varie utenze in una casa e di far defluire l’acqua già utilizzata verso le fognature;
gli impianti geotermici, composti da pompa di calore che sfrutta la temperatura indisturbata del terreno per raffrescare in estate e riscaldare in inverno;
gli impianti di cogenerazione, che garantiscono la produzione combinata di energia elettrica e termica utilizzando una sola fonte energetica.

Come scegliere l’impianto termoidraulico adatto alle tue esigenze?

La scelta del tipo di impianto termoidraulico adatto alle tue esigenze dipende da molti fattori ed è molto più complessa di quanto sembra. Ad influenzare questa scelta sono molti parametri importanti:

le caratteristiche geometriche e costruttive dell’abitazione: come ad esempio stratigrafie di pareti, solai e coperture, dimensioni e caratteristiche tipologiche degli infissi;
l’orientamento dell’edificio: una struttura ben orientata al sole può beneficiare del calore solare naturale, riducendo la richiesta di riscaldamento;
l’ambiente esterno, con clima e temperature che influiscono sulla richiesta di fabbisogno energetico;
la potenza termica richiesta, in funzione del volume dell’ambiente da riscaldare;
le fonti energetiche disponibili sul territorio e l’efficienza energetica che ne consegue dalla scelta di una piuttosto che dell’altra;

Partendo dall’analisi di questi parametri è possibile poi procedere al dimensionamento dell’impianto termoidraulico.

Guida al dimensionamento dell’impianto termoidraulico

Per dimensionare rapidamente l’impianto termoidraulico affidati a:

un software per la progettazione degli impianti termici;
un software per la progettazione degli impianti idraulici.

Avrai a tua disposizione un vasto archivio di terminali, tubazioni, raccordi, pezzi speciali, in base alle tue necessità per modellare varie tipologie di impianti.

Immaginiamo per esempio di voler realizzare un impianto termoidraulico costituito da una caldaia a condensazione come generatore e da termosifoni come terminali di erogazione del calore (impianto idronico). Per dimensionare l’impianto idronico di riscaldamento è possibile seguire questi comodi e semplici passaggi:

calcolo della potenza termica della caldaia, che può essere realizzato tenendo conto delle dispersioni dell’unità immobiliare attraverso un software per il calcolo delle prestazioni energetiche;
calcolo della potenza degli erogatori. Dallo step 1 sono resi noti anche i carichi termici di ogni ambiente che andranno a determinare la potenza termica dei terminali che dovranno erogare;
scelta del tipo di radiatore e posizionamento dei terminali nel modello 3D dell’edificio;
disegno delle tubazioni e modellazione dei pezzi speciali e componenti dell’impianto. Le stesse tubazioni dovranno essere caratterizzate, definendo quelle principali, secondarie, di mandata e di ritorno;
definizione dell’inizio e della fine del circuito e del verso del flusso;
definita la modalità di ricalcolo delle portate ed i parametri di calcolo per i diversi componenti dell’impianto, è possibile dimensionare l’impianto di riscaldamento grazie al software per la progettazione degli impianti termici;
sarà possibile visualizzare tutti i risultati di calcolo sia in forma grafica che tabellare e produrre elaborati grafici con legende e abachi.

Per quanto riguarda l’impianto idrico invece, a partire dalla pianta di progetto, con il software per la progettazione di impianti idraulici potrai disegnare tutta la rete di acqua calda e fredda e collegarla automaticamente ai terminali di erogazione di bagno e cucina. Potrai dimensionare così tutte le tubazioni di adduzione secondo la norma UNI EN 806-3 o la UNI 9182, potrai calcolare le portate massime, dimensionare il preparatore di acqua calda ad accumulo e istantaneo e molto altro.

Focus tecnico sul sistema di distribuzione del vettore termico: configurazione delle tubazioni, portata di acqua e bilanciamento idrico

L’impianto di riscaldamento (e raffrescamento) è definito dal DLgs 192/2005 (come modificato dal D.Lgs. 48/2020):

“Impianto termico: impianto tecnologico fisso destinato ai servizi di climatizzazione invernale o estiva degli ambienti, con o senza produzione di acqua calda sanitaria, o destinato alla sola produzione di acqua calda sanitaria, indipendentemente dal vettore energetico utilizzato, comprendente eventuali sistemi di produzione, distribuzione, accumulo e utilizzazione del calore nonché gli organi di regolazione e controllo, eventualmente combinato con impianti di ventilazione. Non sono considerati impianti termici i sistemi dedicati esclusivamente alla produzione di acqua calda sanitaria al servizio di singole unità immobiliari ad uso residenziale ed assimilate…”

L’impianto termico si compone di 4 sistemi principali:

sistema di generazione
sistema di distribuzione
sistema di emissione
sistema di regolazione

Il sistema di alimentazione del vettore termico di un edificio è costituito da un fluido termovettore, che può essere acqua o aria; si parlerà quindi di impianto idraulico o impianto aeraulico. La rete di distribuzione dell’acqua è costituita da tubazioni che partono dal generatore e giungono ai terminali di emissione, quali radiatori, fan-coil, pannelli radianti, piastre radianti, ecc.

Nel caso di impianto aeraulico, invece, l’aria si propaga per mezzo di canali installati a soffitto e giunge negli ambienti attraverso bocchette e/o diffusori.

Configurazioni di distribuzione dell’acqua

Esaminiamo varie configurazioni di distribuzione dell’acqua, dal generatore ai corpi scaldanti, in regime di circolazione forzata, ossia il fluido viene movimentato all’interno delle tubazioni da una pompa azionata elettricamente (pompa di circolazione). A seconda della configurazione delle tubazioni, esistono diverse soluzioni:

distribuzione mediante circuito monotubo;
distribuzione mediante circuito bitubo a ritorno diretto (può essere con o senza collettori complanari);
distribuzione dell’acqua ai corpi scaldanti mediante circuito bitubo a ritorno inverso.

Circuito Monotubo

Lo schema di distribuzione dell’acqua con circuito monotubo prevede un’unica tubazione che attraversa i corpi scaldanti presenti e ritorna infine al generatore. I corpi scaldanti sono disposti e alimentati in serie: l’acqua di uscita dal primo corpo scaldante diventa di mandata per il secondo, l’acqua di ritorno dal secondo corpo scaldante diventa di mandata per il terzo e così via.

In tal modo, tuttavia, la temperatura dell’acqua che va ad alimentare i vari corpi scaldanti diminuisce progressivamente. L’acqua calda, in corrispondenza del singolo corpo scaldante, cede calore al locale e si raffredda; la temperatura pertanto sarà elevata per i primi terminali, troppo bassa per gli ultimi, al punto tale da non riuscire più a compensare il carico termico del locale e garantire il benessere termico degli occupanti.

Inoltre, funzionando il circuito in serie, un eventuale guasto in qualsiasi punto della rete rende inutilizzabile tutto il sistema. Per ovvie ragioni, questa configurazione non è più utilizzata.

Circuito Bitubo a Ritorno Diretto

Lo schema di distribuzione dell’acqua con circuito bitubo a ritorno diretto prevede terminali disposti in parallelo e due tubazioni, una per la mandata ed una per il ritorno. La tubazione di mandata, partendo dal generatore, presenta tante diramazioni quante sono le montanti verso i corpi scaldanti e l’acqua di ritorno dal singolo corpo scaldante confluisce direttamente nella tubazione principale di ritorno al generatore.

Si sottolinea che in questo caso la connessione è prevalentemente in parallelo e, a differenza della situazione precedente, il ritorno di un corpo scaldante non diventa mandata per quello successivo. Questa soluzione è impiegata particolarmente per impianti centralizzati, in cui il generatore è posto al piano terra o seminterrato, così come l’annessa rete principale di tubazioni di mandata e di ritorno. Da questa si diramano le montanti verticali che attraversano verticalmente l’edificio ed alimentano i corpi scaldanti dei vari piani (appartamenti).

In questa configurazione, l’impianto risulta poco sezionabile: non è semplice disattivare il riscaldamento per il singolo appartamento, o meglio per la singola sezione di appartamento, perché in tal caso la fornitura viene interrotta a tutti gli appartamenti serviti dalla stessa montante.

Circuito Bitubo a Ritorno Diretto con Collettori Complanari

Lo schema di distribuzione dell’acqua con circuito bitubo a ritorno diretto con collettori complanari prevede terminali disposti in parallelo come nel caso precedente, con la peculiarità di centraline di distribuzione delle tubazioni che prendono il nome di collettori complanari. Le tubazioni di mandata e di ritorno principali giungono dal generatore fino al ai collettori complanari.

Da ogni collettore poi si diramano tante tubazioni di mandata e di ritorno quanti sono i singoli corpi scaldanti da servire. Qualora si preveda di installare più collettori complanari, è buona norma disporli in posizione pressoché baricentrica rispetto ai terminali da servire, così da eguagliare le distanze dei vari circuiti, dal generatore al singolo corpo scaldante, e di conseguenza le perdite di carico.

Questa tipologia di circuito, usata comunemente, può essere adottata sia per impianti autonomi che centralizzati. Al riguardo, nel caso di impianto autonomo, abitazione singola, il numero di collettori da predisporre sarà funzione della superficie calpestabile: al di sopra dei 100 m² è preferibile installare almeno due collettori (per esempio uno al servizio della zona giorno, l’altro della zona notte).

Per impianti centralizzati, invece, è previsto un collettore al servizio di ciascun appartamento; in tal caso, il sistema risulta più sezionabile rispetto alla situazione senza collettori complanari ed è possibile interrompere il riscaldamento alla singola unità abitativa chiudendo le valvole di intercettazione del rispettivo collettore. Le tubazioni vanno solitamente posizionate sotto pavimento e devono pertanto essere coibentate al fine di mantenere stabile la temperatura del fluido all’interno.

Circuito Bitubo a Ritorno Inverso

Il circuito bitubo a ritorno inverso è molto simile a quello a ritorno diretto senza collettori complanari, con la differenza che in questa configurazione sono presenti due tubazioni di ritorno. Le tubazioni di ritorno dei singoli corpi scaldanti non si innestano direttamente in quella principale, bensì in una tubazione di ritorno secondaria che infine confluisce all’interno della principale.

La dicitura “a ritorno inverso” deriva proprio dal principio di funzionamento del sistema, l’acqua di ritorno dai singoli corpi scaldanti non viene inviata direttamente al generatore, ma è prima convogliata nella tubazione di ritorno intermedia. Il vantaggio della soluzione consiste nel fatto che tutti i circuiti sono pressappoco bilanciati, le perdite di carico dei vari tratti che vanno dal generatore al singolo corpo scaldante si eguagliano, in quanto, considerando le lunghezze dei singoli rami di mandata e ritorno, tutti i terminali presentano all’incirca la stessa distanza dal generatore.

Nonostante il circuito non presenti particolari problemi di bilanciamento idrico, questa soluzione è usata raramente, soltanto per grandi impianti, in quanto costosa ed ingombrante.

Bilanciamento Idrico dei Circuiti

Un circuito idrico risulta bilanciato quando a tutti i corpi scaldanti giunge la stessa portata di acqua, quindi le perdite di carico del tratto “più favorito”, ossia il tratto che va dal generatore al terminale più vicino, eguagliano quelle del tratto “più sfavorito”, dal generatore al terminale più lontano.

Le perdite di carico dipendono da molteplici fattori, quali:

la lunghezza del tratto di tubazione;
il materiale, quindi la rugosità;
la scabrezza;
la presenza di raccordi, gomiti, pezzi speciali, ecc.

In generale, eguagliando le lunghezze dei rami di tubazione che vanno dal generatore ai singoli corpi scaldanti, il circuito risulta più o meno bilanciato.

Riguardo le soluzioni esaminate, nonostante ormai in disuso, la configurazione con circuito monotubo è bilanciata poiché ai singoli corpi scaldanti arriva sempre la stessa portata di acqua, indipendentemente dalla distanza rispetto al generatore. Il sistema di distribuzione con circuito bitubo a ritorno diretto presenta, invece, problemi di bilanciamento: infatti, nel caso in cui siano previsti molti corpi scaldanti, le perdite di carico del circuito sfavorito supereranno di gran lunga quelle del circuito favorito e la portata di acqua che andrà ad alimentare i terminali più lontani diminuirà progressivamente.

Per quanto riguarda il circuito con collettori complanari, potrebbe risultare bilanciato, in linea di massima, purché i collettori siano collocati in posizione baricentrica rispetto al generatore e ai singoli corpi scaldanti. Infine, il sistema a ritorno inverso è piuttosto bilanciato, in quanto i singoli terminali detengono la stessa distanza rispetto al generatore, considerando complessivamente le lunghezze dei tratti di mandata e ritorno.

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