Sistemi radianti a soffitto per gli uffici: tecnica e casi pratici | Ingegneri.info

Sistemi radianti a soffitto per gli uffici: tecnica e casi pratici

Efficienza e comfort negli edifici per il terziario con i sistemi radianti a soffitto: la nostra panoramica

Controsoffitto radiante - Fonte: Fraccaro Officine Termotecniche
Controsoffitto radiante - Fonte: Fraccaro Officine Termotecniche
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I requisiti degli edifici per il terziario sono determinati dall’elevato standard di qualità ambientale richiesto per realizzare un ambiente di lavoro salubre e confortevole, garantendo al tempo stesso la flessibilità nell’utilizzazione degli spazi interni. L’aspetto della qualità degli ambienti interni coinvolge un insieme di requisiti di comfort termoigrometrico e controllo della qualità dell’aria, comfort visivo (in particolare per gli ambienti in cui si utilizzano computer) e comfort acustico (ad esempio per garantire la privacy negli uffici open space).
Accanto alle esigenze di comfort e sicurezza, gli edifici per uffici devono inoltre spesso rispondere ad elevati standard di qualità e riconoscibilità architettonica, coerenti con l’immagine che il committente intende veicolare.
L’insieme dei fattori sopra elencati contribuisce a definire un quadro esigenziale che guida nella scelta delle soluzioni progettuali per l’involucro edilizio e per i sistemi impiantistici.
Nel presente articolo vengono approfondite soluzione impiantistiche a soffitto, costituite da ampie superfici che provvedono al riscaldamento e raffrescamento, integrate con sistemi impiantistici per la deumidificazione, il ricambio dell’aria ed altri servizi.

Sistemi impiantistici e edifici per uffici
Negli edifici per il terziario si producono o forniscono servizi. In questa tipologia di edifici rientrano gli edifici per uffici, che presentano caratteristiche molto diverse dagli edifici residenziali, sia per configurazione degli spazi e delle strutture, sia per utilizzo e gestione.
Gli impianti HVAC degli edifici per uffici devono garantire un elevato standard di comfort termoigrometrico e di qualità dell’aria, sia per rispettare la legislazione sulla tutela della sicurezza dei lavoratori, sia perché vi è una stretta correlazione fra qualità ambientale e produttività del lavoro. Al tempo stesso le tipologie prescelte devono permettere una sufficiente flessibilità di gestione.
Soprattutto quest’ultima esigenza ha indotto a privilegiare, le tipologie di impianto misto aria-acqua, utilizzando come terminali ambiente soprattutto ventilconvettori. Nel nostro Paese gli impianti a tutt’aria a portata variabile hanno avuto limitata diffusione.
Gli impianti ad aria primaria e ventilconvettori rispondono all’esigenza di flessibilità e regolazione individuale dei singoli terminali, ma non permettono un controllo preciso della distribuzione dell’aria e comportano un’inevitabile emissione acustica dovuta alla presenza del ventilatore. Per questi motivi, nei casi in cui si intende raggiungere livelli superiori di qualità ambientale, si preferisce ricorrere a sistemi più sofisticati, quali i soffitti radianti accoppiati a sistemi evoluti di distribuzione dell’aria (ad es. a dislocamento).
Inoltre, i sistemi radianti appartengono alla categoria dei sistemi cosiddetti “a bassa differenza di temperatura” e si prestano quindi ad essere accoppiati in modo ottimale con sistemi di generazione termofrigorigena di elevata efficienza (ad es. pompe di calore, caldaie a condensazione, ecc.).

I sistemi radianti a soffitto negli edifici per uffici
I vantaggi derivanti dall’uso di sistemi radianti sono numerosi. Il corpo umano, infatti, è predisposto per lo scambio termico radiante: è in grado di scambiare fino al 50% del proprio calore per irraggiamento. I sistemi radianti sono il miglior veicolo per lo scambio termico sia in raffrescamento che in riscaldamento. Negli ambienti lavorativi è molto importante mantenere elevati livelli di comfort, perché condizioni di malessere possono pregiudicare la produttività del lavoro.
Per questo motivo l’adozione di sistemi radianti nel terziario è una soluzione vantaggiosa per garantire il comfort degli occupanti.
E’ necessario, però, compiere un’analisi dei carichi termici tipici di questa destinazione d’uso per valutare l’effettiva compatibilità con questo tipo di impianti che è caratterizzata da un comportamento termico diverso rispetto ad altre tipologie impiantistiche.
L’impiego della tecnologia radiante nella climatizzazione, contribuire a realizzare un risparmio energetico, che aumenta ulteriormente con l’adozione di sistemi di generazioni efficienti e fonti rinnovabili.
Gli ambienti adibiti a terziario sono caratterizzati da elevati apporti gratuiti; nella stagione estiva i carichi da asportare possono essere elevati, soprattutto se vi sono ampie vetrate (l’involucro vetrato è una grande fonte di apporti solari) e elevati carichi interni (persone, terminali, illuminazione ecc.).
Di fronte a carichi così elevati può risultare difficile raffrescare in modo ottimale l’ambiente attraverso il solo sistema radiante, delegando all’impianto ad aria esclusivamente il compito di trattamento e rinnovo dell’aria. Inoltre la resa dei pannelli è limitata dalla possibilità di condensazione sulla superficie fredda. E’ così evidente che parte del carico potrà essere asportato da un impianto integrativo. In questo caso può essere conveniente un trattamento di deumidificazione dell’aria in modo tale da poter utilizzare temperature del fluido termovettore minori senza possibilità di condensazione sulla superficie fredda. La scelta della tipologia del sistema radiante da adottare, va effettuata valutando l’inerzia termica dell’involucro e quella dei sistemi radianti, analizzando inoltre la tipologia dei carichi che si hanno in ambiente. E’ necessario, pertanto, operare le opportune valutazioni sulle esigenze sia invernali che estive per definire le migliori scelte progettuali.
I vantaggi dell’utilizzo di sistemi radianti negli edifici per gli uffici sono elencati in figura 1.

Figura 1. Vantaggi dei sistemi radianti negli edifici per uffici

Figura 1. Vantaggi dei sistemi radianti negli edifici per uffici

L’inerzia termica dei sistemi radianti in passato era tra una delle principali critiche al sistema: sistemi ad elevata inerzia non erano infatti in grado di rispondere prontamente alle rapide variazioni di carichi interni ed esterni e alle elevate esigenze degli occupanti. Con i moderni sistemi a soffitto, caratterizzati da tempi di risposta molto ridotti (inferiori a 30 minuti) la tecnologia radiante è confrontabile con i sistemi ad elevata risposta quali ad esempio i ventilconvettori e i sistemi a tutt’aria.

Tipologie di sistemi radianti a soffitto negli edifici per uffici
Le principali tipologie di sistemi radianti per gli edifici per uffici sono rappresentate in figura 2. Tra le tipologie disponibili sul mercato per le destinazioni d’uso uffici, i più diffusi sono i sistemi a controsoffitto, composti da una struttura metallica di sostegno e da pannelli con serpentine nelle quali circola acqua riscaldata o raffrescata.

Figura 2. Tipologie di sistemi radianti idronici a soffitto per edifici del terziario

Figura 2. Tipologie di sistemi radianti idronici a soffitto per edifici del terziario

L’installazione di soffitti radianti in aderenza è molto rara. Nella tipologia più diffusa, i controsoffitti radianti, viene utilizzata l’intercapedine come vano tecnico per i sistemi di illuminazione, allarme, ventilazione ecc. Le tipologie più diffuse sono riportate in figura 3.

Figura 3. Controsoffitti radianti

Figura 3. Controsoffitti radianti

Un’altra tecnologia, meno diffusa in Italia, ma molto diffusa nei paesi nordici è rappresentata dai sistemi TABS. Il nome TABS – Thermo-Active Building Systems descrive la principale caratteristica di funzionamento: sono infatti sistemi radianti che sfruttano l’inerzia termica della struttura edilizia. L’elevata inerzia termica caratterizzante i solai di calcestruzzo interposti tra un piano e l’altro viene sfruttata al fine di provvedere sia al raffrescamento che al riscaldamento di edifici multipiano, generalmente del terziario.
Esempi di edifici nei quali sono installati i TABS sono le biblioteche, università e scuole, edifici per uffici e, in generale, edifici con medesime destinazioni d’uso nei diversi piani.

Casi studio delle aziende del Consorzio Q-RAD
Sono di seguito presentati quattro casi studio relativi all’installazione di sistemi radianti a soffitto in edifici per uffici.

Installazione soffitti radianti presso la nuova sede Prysmian Group con certificazione Leed Platinum

Figura 4. Controsoffitto radiante (Fonte: Fraccaro Officine Termotecniche)

Figura 4. Controsoffitto radiante (Fonte: Fraccaro Officine Termotecniche)

Il progetto redatto dall’arch. Maurizio Varratta prevede la costruzione di un nuovo edificio destinato ad ospitare gli uffici del nuovo Headquarter della società Prysmian Group, mediante il riutilizzo e recupero dell’area denominata ex Ansaldo di Milano, per una superficie di 22.000 m2.
L’intero complesso è composto da tre corpi di fabbrica, destinati agli uffici, servizi ed attività connesse, intervallati a loro volta da serre, spazi vetrati a tutta altezza destinati ai collegamenti tra i vari corpi ed alla mobilità interna in generale, caratterizzati dalla presenza di una vegetazione e vasche d’acqua che contribuiscono alla regolazione del microclima.
L’intera struttura è stata progettata secondo i più innovativi criteri architettonici e con una forte attenzione all’efficienza energetica, certificata dallo standard LEED Platinum, il più alto livello di certificazione.
Oltre a utilizzare in modo intelligente le risorse naturali e basarsi su un sistema architettonico a basso consumo energetico per rendere più confortevole l’ambiente lavorativo, la nuova sede aiuta a migliorare il lavoro e promuove il senso di comunità, attraverso rete di sale riunioni studiate con attenzione, open-space e aree comuni. Tutto ciò è stato ideato per incoraggiare la flessibilità e produttività e per rispondere direttamente a diverse esigenze lavorative, come lavorare in gruppo e da remoto, oltre a fornire spazi per lavorare in modo concentrato o per attività relazionali informali.
Si passerà meno tempo sulle scrivanie tradizionali. Sono state pensate, piuttosto, postazioni personalizzate, ideate per facilitare il movimento e l’interazione fra colleghi e con gli stakeholder esterni – principio fondamentale del progetto Prysmian.

Attraverso sale riunioni di varie dimensioni, postazioni telefoniche e ambienti informali dotati di sistemi tecnologici all’avanguardia, è possibile usufruire dello spazio più adeguato alle necessità, potenziando la produttività, l’innovazione e l’efficienza del lavoro.
I numeri del nuovo HQ: 14.000 metri quadrati di cui 6.000 mq di controsoffitti radianti, 650 postazioni openspace, 100 sale riunioni, 180 persone in un nuovo Auditorium, 3.700 metri quadrati di pannelli fotovoltaici
Il controsoffitto radiante installato è a plafoni metallici ribassati, con struttura portante a travette a vista e lastre metalliche di controsoffitto preforate in fabbrica come da tavole del reflecting ceiling architettonico definito in fase di space planning. Il modulo ufficio tipo è costituito da 8 pannelli attivati e da un pannello non attivato. I pannelli sono in acciaio zincato post verniciato in colore bianco. Ogni singolo pannello è apribile a bandiera con scrocchetto e perno di rotazione.
L’impianto è del tipo a pannelli radianti a soffitto e aria primaria in parte esterna e in parte di ricircolo, a portata costante. La necessità di avere una quota parte di aria di ricircolo è dovuta alla necessità di controllo dell’umidità ambiente. Ogni modulo di facciata è dotato di diffusore di mandata, bocchetta di ripresa e circuito di pannello a soffitto indipendente: tale configurazione consente la massima libertà nel posizionamento di pareti mobili per suddividere gli uffici. I pannelli radianti hanno la funzione di terminale riscaldante o raffrescante in ambiente. L’impianto idronico è del tipo a quattro tubi, ma il terminale è del tipo a due tubi: in questo modo è possibile, soprattutto nella mezza stagione, avere nello stesso tempo riscaldamento in alcuni uffici (soprattutto quelli esposti a nord) e raffrescamento in altri uffici (soprattutto quelli esposti a sud). Si utilizzano a questo scopo valvole a sei vie con schema di funzionamento sotto riportato:

Figura 5. Schema impianto (Fonte: Fraccaro Officine Termotecniche)

Figura 4. Schema impianto (Fonte: Fraccaro Officine Termotecniche)

Il controllo di temperatura ambiente dell’impianto a pannelli è realizzato tramite sonda, regolatore di comando remoto e valvole a sei vie sui circuiti idraulici. Vi è inoltre una sonda anticondensa sulle tubazioni di adduzione acqua refrigerata al singolo pannello, che agisce sulla valvola a sei vie interrompendo il flusso di acqua in caso di rischio di formazione di condensa. L’aria primaria viene immessa a temperatura variabile in funzione della temperatura esterna ed ha la funzione di rinnovo igienico, di controllo dell’umidità relativa ambiente e di contributo di potenza frigorifera in fase di raffrescamento. I diffusori sono lineari a direzione di lancio variabile a sezioni e dotati di regolatore di portata auto azionato. Le unità effettuano trattamenti di filtrazione, recupero di calore, preriscaldamento, raffreddamento con deumidificazione, post riscaldamento.

Figura 5. Sezione con dettagli controsoffitto (Fonte: Fraccaro Officine Termotecniche)

Figura 5. Sezione con dettagli controsoffitto (Fonte: Fraccaro Officine Termotecniche)

Non è prevista umidificazione invernale (c’è una predisposizione) in quanto il recupero igrometrico consente di mantenere l’umidità interna al valore di progetto. Il recupero del calore espulso è attivato in base al risultato del confronto tra entalpia dell’aria espulsa, entalpia dell’aria esterna ed entalpia di mandata. Con la stessa logica l’unità di trattamento aria consente di realizzare il funzionamento in free cooling diretto, bloccando la rotazione del recuperatore e chiudendo progressivamente la serranda di ricircolo dell’aria ambiente. La temperatura di mandata dell’aria è funzione della temperatura dell’aria esterna, con valore minimo 15°C e valore massimo 22°C (valori impostabili). La temperatura dell’aria di mandata è mantenuta agendo in sequenza sulla batteria di raffreddamento, sul recupero di calore, sulla batteria di preriscaldamento e infine sulla batteria di post riscaldamento (e viceversa). L’esigenza di deumidificazione, per superamento della soglia di umidità relativa (impostata in funzione della temperatura di mandata) e rilevata dalla sonda sulla mandata dell’unità di trattamento aria, attiva l’apertura della valvola sulla batteria refrigerante dell’unità di trattamento, con precedenza sul controllo di temperatura. Gli uffici/control rooms piano terra lato est dell’edificio 1 sono dotati di ventilconvettori a due tubi (solo freddo) ad incasso a pavimento per integrazione del carico frigorifero. Vengono attivati su richiesta della sonda di temperatura ambiente con set-point impostabile ad una temperatura superiore rispetto a quello dei pannelli radianti. Il loro controllo è in sequenza al controllo dei pannelli radianti, con precedenza al funzionamento di questi ultimi. Le salette riunione a piano terra del blocco 3 hanno lo stesso impianto degli uffici (pannelli a soffitto più aria primaria trattata dalle stesse UTA uffici), ma sulle canalizzazioni dell’aria primaria sono installate batterie di post riscaldamento locale per evitare il sotto raffreddamento degli ambienti, quindi con controllo della temperatura ambiente in sequenza al controllo operato dai pannelli a soffitto.

Sistema radiante acustico a soffitto (Fonte: Eurotherm)
È stata effettuata una riqualificazione degli uffici ubicati all’interno della palazzina storica dell’azienda Dabringer, specializzata in riciclaggio e smaltimento rifiuti speciali. Per gli uffici è stato installato un sistema radiante a soffitto acustico (120 m2). Grazie alle proprietà fonoassorbenti, il sistema ha regalato agli spazi lavorativi non solo il comfort termico, ma anche quello acustico.
Per una scelta estetica è stata utilizzata una lastra fonoassorbente con fori quadrati, anziché tondi. Gli impianti di illuminazione sono perfettamente integrati all’interno degli uffici.
Un’avanzata regolazione PID gestisce la climatizzazione degli ambienti.

Figura 6. Controsoffitto radiante acustico in cartongesso (Fonte: Eurotherm)

Figura 6. Controsoffitto radiante acustico in cartongesso (Fonte: Eurotherm)

Figura 6. Controsoffitto radiante acustico in cartongesso (Fonte: Eurotherm)

Figura 6. Controsoffitto radiante acustico in cartongesso (Fonte: Eurotherm)

Figura 6. Controsoffitto radiante acustico in cartongesso (Fonte: Eurotherm)

Figura 6. Controsoffitto radiante acustico in cartongesso (Fonte: Eurotherm)

Elementi metallici per il sistema radiante a soffitto in un ufficio ad Ancona (Fonte: RDZ)

Figura 7. Quadrotti radianti metallici a soffitto (Fonte: RDZ)

Figura 7. Quadrotti radianti metallici a soffitto (Fonte: RDZ)

Figura 7. Quadrotti radianti metallici a soffitto (Fonte: RDZ)

Figura 7. Quadrotti radianti metallici a soffitto (Fonte: RDZ)

Figura 7. Quadrotti radianti metallici a soffitto (Fonte: RDZ)

Figura 7. Quadrotti radianti metallici a soffitto (Fonte: RDZ)

Per la realizzazione dei nuovi uffici di un’agenzia di rappresentanza di Ancona lo studio di progettazione in collaborazione con la ditta installatrice e il committente hanno scelto di utilizzare l’innovativo sistema di climatizzazione degli ambienti all’insegna del comfort, dell’efficienza, della salubrità e del risparmio energetico. Attraverso il dialogo di tre componenti fondamentali, il sistema radiante a soffitto, il trattamento dell’aria e la termoregolazione, viene garantito un elevato livello di qaulità degli ambienti interni durante tutto l’arco dell’anno.
Per i 140 m2 di superficie suddivisi su due piani (piano terra con ingresso, area bar, sala meeting e formazione, bagno; primo piano con tre uffici e bagno) sono stati utilizzati quadrotti radianti 600×600 mm costituiti da un plafone metallico in acciaio 5/10 post verniciato con base 15 mm e ribassato di 8 mm ad angolo retto con superficie microforata e bordo liscio da 20 mm. Sul plafone è fissato tramite un diffusore metallico in alluminio il circuito idraulico realizzato mediante tubazione in PB diametro 6 mm.
Un pannello isolante in polistirene stampato e opportunamente sagomato, con uno spessore di 40 mm e una densità di 30 Kg/m3, completa il sistema e ne garantisce l’isolamento termico. I quadrotti radianti 600×600 sono di semplice e rapida installazione, possono essere rimossi per interventi di ispezione e manutenzione anche ad impianto funzionante e grazie alla superficie microforata fonoassorbente migliorano il comfort acustico all’interno di ambienti.
Il caldo e il freddo sono generati da una pompa di calore aria – acqua della potenza di 12 KW.
Per garantire il massimo delle prestazioni nel funzionamento estivo ed invernale, l’impianto radiante è
stato integrato con un sistema di termoregolazione. Per il trattamento dell’aria è stata installata nel controsoffitto una UTA (Unità di Trattamento Aria) costituita da un deumidificatore abbinato ad un recuperatore di calore, una macchina in grado di garantire le funzionalità di deumidificazione, ventilazione, rinnovo aria (con recupero di calore), integrazione di potenza sensibile estiva ed invernale. La portata d’aria nominale è di 1000 m3/h e quindi è ideale per l’uso in ambito terziario, per ambienti di media volumetria e con discreto affollamento, come il caso specifico.

Riferimenti
– Atti del Convegno Nazione AICARR: RIDUZIONE DEI FABBISOGNI, RECUPERO DI EFFICIENZA E FONTI RINNOVABILI PER IL RISPARMIO ENERGETICO NEL SETTORE DEL TERZIARIO – PADOVA 2009
– UNI EN 1264. Sistemi radianti alimentati ad acqua per il riscaldamento e il raffrescamento integrati nelle strutture.
– UNI EN ISO 7730:2006. Ergonomia degli ambienti termici – Determinazione analitica e interpretazione del benessere termico mediante il calcolo degli indici PMV e PPD e dei criteri di benessere termico locale.

Leggi anche: Sistemi radianti: la guida 2018 a detrazioni fiscali e incentivi

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