RADIANT FLOOR AND ENERGY SAVING

Well-built radiant heating and cooling systems can provide the best comfort situation.

Possible solutions involve the insertion of pipes conveying system water into the floor, ceiling or walls. Analyzing these three possibilities in a residential context, the following considerations can be made.

The radiant floor has a usable surface area free of obstructions that practically corresponds to the floor area of the rooms; there are limitations in bathrooms in the presence of shower trays, bathtubs and in the case of sanitary fixtures resting on the floor, but for the rest of the rooms the quantities of piping that can be laid are significant, generally above the actual needs to guarantee the required thermal load. The correct floor temperature puts the occupants in a condition of comfort in both winter and summer, and in the case of heating it promotes the formation of ascending convective phenomena that allow walls and ceiling to be heated as well. In the case of cooling, convective effects are not generated naturally but can be forced by moving room air with the help of simple low-speed blade fans hanging from the ceiling, or by judicious positioning of the vents of dehumidifiers. Installation of radiant floor components is easy and quick from both a plumbing and building standpoint.

The radiant ceiling, no longer provides for the old technique of 'integration of pipes in the slabs and in the residential field involves the need to make false ceilings, usually in plasterboard, resulting in lowering of rooms or the need for greater inter-floor heights. The theoretically total useful radiant floor area is reduced by recessed lamps, inspection hatches, and ventilation grids. The radiant ceiling performs well in cooling but becomes deficient in heating to such an extent that it needs the support of other supplementary heating systems. Hydraulically it is more complex to implement than radiant floor because the distribution manifolds must be placed above the ceiling height in order to allow air to be removed from the circuits. In residential applications it hardly finds application in view of the unfavorable cost-benefit ratio, unless one has luxury installations where the cost of the system is of secondary importance and the search for maximum well-being leads to a combined implementation with radiant floor. In commercial and tertiary applications the metal panel radiant ceiling has more room, but in these cases a false ceiling is already provided and there are major air treatment and distribution facilities.

The radiant wall finds some rare applications since there are more problems than merits. First of all, the available surfaces are limited due to the presence of windows, doors or because furniture is to be placed in front of the free walls. Secondly, the distributions are complex because of the need to remove air from the circuits, and the wall finishing operations are laborious from a construction point of view. Then there remains a high risk that in the life of the property sooner or later someone will decide to hang a picture or mount a shelf !!!!

Wanting to focus attention on the radiant heating floor, it is possible to focus briefly on a number of merits that distinguish it to such an extent that it is preferred to other system solutions. The well-being aspect has already been dealt with extensively, however, it is necessary to add that within rooms with radiant floor in operation, the trend of room temperature at various heights from the ground is very similar to that of the ideal theoretical curve, where excluding the volumes bordering the floor and ceiling, there is a low temperature gradient. This constancy of room temperature puts the occupants in a comfortable situation, allowing the same comfort parameters achievable with other convective systems only by raising the air temperature by a couple of degrees. Given that a building's energy losses depend directly on the difference between its indoor temperature and the outdoor temperature, the calculation of fuel savings is very quick and averages around 15%.

Another point of significant energy savings is the characteristic of requiring water at low temperature, which directly impacts the dispersion of primary distribution lines and especially the production efficiency of boilers. With this system it is possible to directly connect distribution manifolds to high-efficiency generators such as condensing boilers or heat pumps, or by interposing mixing stations use thermal energy from renewable sources such as solar thermal, biomass boilers or district heating. Altogether putting together all sources of energy savings (room surface dispersions, ventilation dispersions, distribution dispersions, production efficiencies and emission efficiencies), the overall savings compared to other heating systems is very high and can be estimated at about 25-30%.

In favor of the radiant floor there are also purely practical aspects that in any case have their importance such as the lack of bulky radiant elements that especially in small rooms limit the possibilities of furnishing, the modest demand for routine maintenance, the practically absent suspension of dust in the environment (because due to convective phenomena here absent but typical of radiator and air conditioning systems) resulting in a lower incidence of allergies and airway diseases. On the subject of the cost of installing a radiant floor system, people often make the mistake of comparing it directly to the cost that would be incurred by installing a radiator system, going to see the total cost but without analyzing energy consumption and maintenance costs. To make a unequal comparison, one must compare the cost of the panel system with the cost of a radiator system that still includes floor insulation. The cost of insulation has a considerable share in the total cost, so it is essential to compare two installations that will have the same energy loss. When considering, as indeed it is, the floor insulation being part of the building structure and not simply as a component of the radiant panel system, the cost comparison becomes largely in favor of the radiant system. The regulatory trend in past years has been to thermally and acoustically increase the insulation of inter-floor structures, this certainly plays in favor of radiant floor systems because by adding the pipe the system is practically already done!

[IT] I sistemi di riscaldamento e raffrescamento radiante ben realizzati sono quelli che possono fornire la migliore situazione di comfort.

Le possibili soluzioni riguardano l'inserimento delle tubazioni convoglianti l'acqua di impianto nel pavimento, nel soffitto o nelle pareti. Analizzando in ambito residenziale queste tre possibilità si possono fare le considerazioni che seguono.

Il pavimento radiante ha una superficie utile libera da impedimenti che praticamente corrisponde alla superficie in pianta dei vani; si hanno limitazioni nei bagni in presenza di piatti doccia, vasche da bagno e nel caso di sanitari poggiati a terra, ma per il resto degli ambienti i quantitativi di tubazione posabili sono rilevanti, generalmente al disopra delle effettive necessità per garantire il carico termico richiesto. La corretta temperatura del pavimento mette gli occupanti in condizione di benessere sia invernale che estivo e nel caso del riscaldamento favorisce la formazione di fenomeni convettivi ascendenti che permettono di riscaldare anche pareti e soffitto. Nel caso di raffrescamento gli effetti convettivi non si generano naturalmente ma possono essere forzati mediante movimentazione dell'aria ambiente con l'ausilio di semplici ventilatori a pale a basso numero di giri appesi al soffitto, o con un oculato posizionamento delle bocchette di ventilazione dei deumidificatori. L'installazione dei componenti del pavimento radiante è facile e rapida sia dal punto di vista idraulico che dal punto di vista edilizio.

Il soffitto radiante, non prevede più la vecchia tecnica dell’integrazione dei tubi nelle solette e in ambito residenziale comporta la necessità di effettuare controsoffittature, di solito in cartongesso, con conseguente abbassamento dei vani o necessità di altezze interpiano maggiori. La superficie utile radiante in pianta teoricamente totale, è ridotta da lampade ad incasso, botole di ispezione e griglie di aereazione. Il soffitto radiante ha buone prestazioni in raffrescamento ma diviene lacunoso in riscaldamento a tal punto da necessitare il supporto di altri sistemi di riscaldamento integrativi. Idraulicamente è più complesso da realizzare del pavimento radiante perché i collettori di distribuzione devono essere posizionati sopra la quota del soffitto al fine di consentire l'eliminazione dell'aria dai circuiti. In ambito residenziale difficilmente trova applicazione in considerazione dello sfavorevole rapporto costi/benefici, a meno che non si abbiano installazioni di lusso in cui il costo dell'impianto è di secondaria importanza e la ricerca del massimo benessere porti ad una realizzazione combinata con il pavimento radiante. In applicazioni commerciali e terziario il soffitto radiante a pannelli metallici ha più spazio, ma in questi casi già è previsto un controsoffitto e si hanno impianti di trattamento e distribuzione dell'aria importanti.

La parete radiante trova qualche rara applicazione dato che sono maggiori le problematiche che non i pregi. Innanzi a tutto le superfici disponibili sono limitate per la presenza di finestre, porte o perché davanti alle pareti libere si vanno a posizionare i mobili. Secondariamente le distribuzioni sono complesse per la necessità di eliminare l'aria dai circuiti e le operazioni di finitura della parete sono laboriose dal punto di vista edilizio. Rimane poi elevato il rischio che nella vita dell'immobile prima o poi qualcuno decida di appendere un quadro o montare una mensola !!!!

Volendo concentrare l'attenzione sul pavimento radiante riscaldante si possono focalizzare sinteticamente una serie di pregi che lo contraddistinguono, a tal punto da essere preferito ad altre soluzioni impiantistiche. L'aspetto benessere è già stato ampiamente trattato, comunque è necessario aggiungere che all'interno dei vani con pavimento radiante in funzione, l'andamento della temperatura ambiente alle varie altezze da terra è molto simile a quello della curva teorica ideale, dove escludendo i volumi limitrofi al pavimento ed al soffitto, si ha un basso gradiente di temperatura. Questa costanza di temperatura ambiente mette in situazione di comfort gli occupanti, permettendo di avere gli stessi parametri di benessere ottenibili con altri sistemi convettivi solo alzando la temperatura dell'aria di un paio di gradi. Considerato che le dispersioni energetiche di un edificio dipendono direttamente dalla differenza tra la sua temperatura interna e la temperatura esterna, il calcolo del risparmio di combustibile è molto rapido e si aggira mediamente nell'intorno del 15%.

Altro punto di notevole risparmio energetico è la caratteristica di richiedere acqua a bassa temperatura che impatta direttamente sulle dispersioni delle linee di distribuzione primarie e soprattutto sul rendimento di produzione delle caldaie. Con questo sistema è possibile collegare direttamente i collettori di distribuzione a generatori ad alta efficienza quali le caldaie a condensazione o le pompe di calore, oppure interponendo delle stazioni di miscelazione utilizzare l'energia termica proveniente da fonti rinnovabili quali il solare termico, le caldaie a biomassa od il teleriscaldamento. Complessivamente mettendo assieme tutte le fonti di risparmio energetico (dispersioni superficiali dei vani, dispersioni per ventilazione, dispersioni di distribuzione, rendimenti di produzione e rendimenti di emissione), il risparmio globale rispetto ad altri sistemi di riscaldamento è molto alto e può essere stimato in circa il 25-30%.

A favore del pavimento radiante ci sono anche aspetti meramente pratici che comunque hanno la loro importanza quale ad esempio la mancanza di elementi radianti ingombranti che soprattutto in locali di piccole dimensioni limitano le possibilità di arredo, la modesta richiesta di interventi di manutenzione ordinaria, la praticamente assente sospensioni di polveri in ambiente (perché dovuta ai fenomeni convettivi qui assenti ma tipici degli impianti a radiatori e di condizionamento) con conseguente inferiore incidenza delle allergie e delle malattie alle vie aeree. Nel merito del costo di installazione dell'impianto a pavimento radiante, spesso si commette l'errore di paragonarlo direttamente al costo che si avrebbe con l'installazione di un impianto a radiatori, andando a vedere il costo totale ma senza analizzare i consumi energetici ed i costi di manutenzione. Per effettuare un confronto non impari, bisogna paragonare il costo dell'impianto a pannello con il costo di un impianto a radiatori che comunque prevede l'isolamento del pavimento. Il costo dell'isolamento ha una considerevole quota parte nel costo totale, quindi è fondamentale paragonare due installazioni che avranno la stessa dispersione energetica. Nel momento in cui si considera, come del resto è, l'isolante del pavimento facente parte della struttura dell'edificio e non semplicemente come componente dell'impianto a pannello radiante, il confronto di costi diviene ampiamente a favore del sistema radiante. La tendenza normativa negli anni passati è stata quella di incrementare termicamente ed acusticamente l'isolamento delle strutture interpiano, questo sicuramente gioca a favore degli impianti a pavimento radiante perché aggiungendo il tubo l'impianto è praticamente già fatto!