Il calcolo della resa dei sistemi radianti attraverso le simulazioni agli elementi finiti

I sistemi radianti a pavimento, parete e soffitto sono in continua evoluzione. Nuovi materiali e nuovi metodi di installazione rendono importante conoscere le prestazioni del sistema quando questo viene inserito in un determinato contesto.

Le simulazioni agli elementi finiti, o alle differenze finite, sono uno strumento prezioso che progettisti e aziende hanno a disposizione per la valutazione delle prestazioni del sistema. Tale metodo, previsto dalla UNI EN ISO 11855, richiede strumenti e conoscenze più complessi (rispetto ai calcoli mediante le equazioni descritte nella parte 2 della stessa norma) ma permette di valutare il funzionamento di un sistema qualsiasi nelle condizioni più disparate; sarà necessario però creare un modello per ogni variante da esaminare e di conseguenza rende più complessa la valutazione.

Obiettivi delle simulazioni

Diversi sono gli obiettivi per la realizzazione di una simulazione agli elementi finiti per un sistema radiante. Tra questi:

• Determinazione delle temperature superficiali (pavimento, parete e soffitto) per verifica limiti di comfort (norme UNI EN ISO 7730,  UNI EN 1264, ...)
• Determinazione della resa (e delle perdite verso il basso) di sistemi radianti a pavimento, parete o soffitto
• Analisi integrata sistemi radianti e ponti termici
• Valutazione dell’inerzia dei sistemi.

Nella parte 2 della norma UNI EN ISO 11855 (Appendice D) è previsto un metodo di calcolo generale per i diversi sistemi radianti. Quando un sistema non rientra fra le tipologie previste dalla norma UNI EN 11855 parte 1 è possibile ricorrere ad un calcolo mediante un software che utilizza il Metodo degli Elementi Finiti (FEM) o Metodo delle Differenze Finite (FDM).

In questo modo è possibile determinare la resa di un sistema radiante, funzionante in riscaldamento o raffrescamento, con un qualsiasi orientamento (parete, soffitto o pavimento) e con qualsiasi geometria.

NOTA: per i sistemi che presentano camere d’aria nella stratigrafia (come ad esempio i controsoffitti radianti oppure i sistemi a parete) nella norma è riportata una tabella contenente la resistenza termica equivalente in funzione della collocazione del sistema (orizzontale o verticale) e dello spessore dell’intercapedine: è quindi possibile utilizzare le simulazioni FEM o FDM anche per sistemi con intercapedini d’aria quando questa presenta uno spessore inferiore a 200 mm.

Nella tabella di seguito sono definiti i dettagli per la realizzazione delle simulazioni.

* La norma UNI EN ISO 11855-2 riporta i valori di resistenza termica da utilizzare per i calcoli agli elementi finiti in caso di intercapedini d’aria chiusa. Questi sono riportati di seguito in tabella.

Software ed esempi applicativi per il calcolo della resa dei sistemi radianti

Il software a pagamento più utilizzato per questo tipo di simulazioni è HEAT2 (www.buildingphysics.com). Tra i software gratuiti vi sono THERM (sviluppato dal Berkeley Lab - windows.lbl.gov/software/therm) e femm (www.femm.info). Per validare i software utilizzati per eseguire simulazioni di sezioni di sistemi radianti si devono seguire le indicazioni riportate nell’Appendice D della norma ISO 11855-2 intitolato “Metodo per la verifica dei programmi di calcolo FEM e FDM”.

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SPECIALE

Sistemi radianti: tutto quello che è importante sapere

Una raccolta di appunti tecnici dedicata alle caratteristiche principali, alla normativa e alla posa in opera della tecnologia radiante.

Con l'obiettivo di dare un supporto immediato ai nostri lettori interessati a capire di più sul tema, abbiamo realizzato questa pagina di collegamento a diversi articoli pubblicati sul nostro portale grazie al contributo di tecnici esperti ed in particolare dell'ing. Clara Peretti.

LINK allo Speciale a cura di Clara Peretti

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I dati di input di una simulazione agli elementi finiti, oltre alla geometria sono:

• temperatura ambiente sotto e sopra la struttura (solitamente 20°C in riscaldamento e 26 °C in raffrescamento);
• temperatura media dell'acqua;
• resistenza termica liminare dello strato d'aria superiore e inferiore (da norma);
• passo della tubazione;
• diametro della tubazione;
• spessore della parete della tubazione (opzionale);
• spessori e conducibilità di tutti i materiali.

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