Presentazione riscaldamento elettrico in fibra di carbonio
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Presentazione riscaldamento elettrico in fibra di carbonio

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Presentazione riscaldamento elettrico in fibra di carbonio Document Transcript

  • 1. Riscaldamento elettrico in Fibra di CarbonioPremessa1 Esigenza di migliorare le modalità di costruzione degli edificiAlla fine degli anni Ottanta in tutta Europa è aumentata la consapevolezza di dover puntare ad unagenerale riduzione dei consumi energetici.L’ultimo ventennio si caratterizza per una notevole produzione normativa in materia di consumienergetici degli edifici che, con sempre maggior rigore ed attenzione per l’impatto ambientale, haintrodotto la necessità di innovare e migliorare le modalità di costruzione degli stessi.Lo scopo principale è quello di realizzare abitazioni a basso consumo energetico, capaci di soddisfarele esigenze domestiche a costi ridotti con evidente beneficio dell’utente e, soprattutto, di evitare ilconsueto dispendio di risorse non rinnovabili salvaguardando l’ambiente.Le strutture degli edifici devono, innanzitutto, essere in grado di limitare la dispersione di calore dagliambienti interni.Un fondamentale aiuto in questo senso è dato dai materiali isolanti, che in maniera sempre più diffusasono utilizzati per la realizzazione delle strutture immobiliari.Un buon isolamento termico garantisce:  Contenimento delle perdite di calore;  Clima confortevole negli ambienti interni;  Riduzione delle spese di riscaldamento e raffrescamento;  Riduzione dei ponti termici;  Assenza di vizi costruttivi;  Assenza di umidità e muffe;  Allungamento della durata di vita dell’edificio.Altro aspetto rilevante riguarda i serramenti. Si sono registrati ottimi progressi grazie all’introduzionedi serramenti con trattamenti basso-emissivi e con l’utilizzo di specifici gas nelle intercapedini presentinel vetrocamera.Per la realizzazione di strutture energeticamente efficienti, infine, è indispensabile curare i pontitermici, ovvero le vie di dispersione del calore che pregiudicano il buon isolamento di un edificio:attraverso vari accorgimenti costruttivi è possibile eliminarli completamente.L’insieme di questi fattori, l’adeguamento alle recenti prescrizioni normative e il miglioramento delletecniche costruttive hanno portato i nuovi edifici ad avere un fabbisogno termico di ben 4 volteinferiore rispetto ai fabbricati realizzati venti anni fa.2 Utilizzo di fonti rinnovabiliIn Europa il consumo energetico è in costante aumento. Ciò evidentemente accresce l’assolutadipendenza del nostro continente dall’importazione di combustibili fossili, con conseguente edinevitabile pregiudizio per la sicurezza degli approvvigionamenti.
  • 2. Il sempre più cospicuo impiego di tali risorse, com’è noto limitate e non rinnovabili, crea inoltre seridanni ecologici, spesso irreversibili: l’urgenza di ridurre le emissioni di anidride carbonica e rallentareil processo di riscaldamento globale è sempre più pressante.L’utilizzo di fonti differenti dai combustibili fossili, quali l’energia solare (solare termico e fotovoltaico),l’energia geotermica e l’energia eolica rappresentano la soluzione più adeguata: esse, in quantorinnovabili, consentono il pieno soddisfacimento dei bisogni domestici senza attingere a risorseesauribili né produrre effetti inquinanti.Lo sfruttamento delle fonti rinnovabili in sostituzione delle fonti di energia fossili (petrolio, gas naturale,carbone) assicura peraltro una forte diminuzione dei costi di esercizio degli impianti. Al progressivoesaurimento delle fonti energetiche fossili si accompagnerà inevitabilmente un costante aumentodelle spese a carico degli utenti: con il passare degli anni gli impianti energetici degli immobilirisulteranno sempre più costosi.Il ricorso alle fonti rinnovabili offre un’intelligente alternativa ai sistemi tradizionali, sia in terminieconomici, a beneficio del singolo utilizzatore, che ambientali: in quanto assolutamente eco-compatibili, l’impiego dell’energia solare, geotermica ed eolica azzera le emissioni di sostanzeinquinanti nell’atmosfera, garantendo una notevole riduzione dell’impatto ambientale dei sistemiimpiantistici.Negli ultimi anni si è assistito ad un crescente miglioramento dei meccanismi di produzione di energia.Tale progresso tecnico ha determinato un elevato sviluppo dell’efficienza e della resa degli impianti. Afronte della continua e costante evoluzione del settore, si prospettano realisticamente risultati semprepiù positivi e costi di realizzo sempre più contenuti. Il futuro non sembra potersi sottrarre ad unaprogressiva diffusione di questo tipo di impianti, destinati a divenire in poco tempo dominanti.Incentivo alla diffusione dei sistemiDa tempo molti Stati Europei hanno introdotto delle agevolazioni economiche a favore di chi decide diinstallare nei propri immobili impianti per la produzione di energia da fonti rinnovabili.Tali aiuti o forme di incentivazione sono proposti secondo diverse modalità: si prevede un contributoin percentuale sul costo complessivo dell’impianto, oppure un pagamento dell’energia prodottaapplicando una tariffa unitaria prestabilita per un determinato numero di anni.Queste incentivazioni statali hanno e stanno tuttora incidendo molto positivamente sulla diffusionedelle energie alternative.3 Basso consumo energetico – ricerca della massima efficienza degli impiantiAccertata l’esigenza di progettare e costruire immobili sempre più performanti dal punto di vista delfabbisogno termico, l’attenzione deve indirizzarsi sulla ricerca di impianti di riscaldamento degli edificiche, data la minore energia termica richiesta (inferiore fino a 4 volte rispetto ai sistemi tradizionalilegati ai carboni fossili), presentino le seguenti caratteristiche:  flessibilità ed efficienza, ovvero capacità di risolvere le consuete problematiche che possono sorgere nei sistemi di riscaldamento e di essere utilizzati con differenti modalità (a pavimento, a parete, a soffitto, con radiatori e pannelli radianti)  velocità e massima resa ….  durevolezza nel tempo, ossia non necessità di manutenzioni occasionali e periodiche  componenti di qualità, che non necessitano di periodiche sostituzioni
  • 3.  economicità, ossia costi di acquisto, consumo e manutenzione ampiamente inferiori rispetto agli altri sistemiLa minor spesa nella costruzione dell’impianto di riscaldamento lascia all’utente una disponibilitàeconomica che potrà essere investita nell’installazione di un impianto per la produzione di energia dafonti rinnovabili.4 Impianti che utilizzano la Fibra di CarbonioCaratteristiche della Fibra di CarbonioLa tecnologia dei sistema di riscaldamento in fibra di carbonio, si basa esclusivamente sulluso dellaFibra di Carbonio alimentata da energia elettrica. La Fibra di Carbonio in questo modo viene utilizzatacome resistore che funge da elemento riscaldante.Per meglio comprendere il funzionamento di tali impianti è opportuno fornire alcune brevi informazionisulla Fibra di Carbonio.In natura il carbonio è presente in varie forme e si trova sia nei materiali composti organici che inquelli inorganici.La necessità di trasformare tale elemento in un materiale composito si è manifestata inizialmente nelsettore aerospaziale, ove è sorta lesigenza di poter avere un materiale ad elevata resistenzameccanica, con basso peso e basso costo di lavorazione.La Fibra di Carbonio è stata scoperta nel 1879 da Edison, ma la sua produzione industriale iniziò solonel 1960, dopo un processo sviluppato da William Watt, per UK Royal Aircraft.La Fibra di Carbonio apparsa nel 1960 è stata prodotta alterando sostanze composte da un’altapercentuale di carbonio organico (rayon, policarbonitril, ecc.) e successivamente è stata ricavata dairesidui di distillazione della lavorazione del petrolio. La prima Fibra di Carbonio si chiama PAN,mentre la seconda si chiama PITCH.Entrambe le Fibre di Carbonio normalmente vengono utilizzate in applicazioni come tessuti e film.La differenza fondamentale tra i due tipi di Carbonio è la resistenza a trazione, il peso specifico e laresistività elettrica.La Fibra di Carbonio utilizzata da Thermal Technology è del tipo PAN in quanto: 1. Ha una resistenza alla trazione pari a quella dell’acciaio (2500 N/mm2); 2. Ha un peso specifico di 1,9 g/cm3; 3. Ha una resistività di 0,000035 Ωm;Il confronto con altri materiali è significativo, ad esempio: il rame ha un peso specifico di 8,9 g/cm3 euna resistività di 0,000000017 Ωm, vale a dire 2058 volte meno della Fibra di Carbonio.Il basso valore del peso specifico della Fibra di Carbonio ha come effetto il trasferimento di calorequasi istantaneo ai corpi / sostanze con cui viene messo a contatto.Le caratteristiche della Fibra di Carbonio sopra esposte diventano ancora più rilevanti se si analizza ilcomportamento dei diversi materiali con luso della corrente elettrica. Infatti l’alta resistività ha di uneffetto termico alto (Joule: la quantità di calore generato dalla corrente che attraversa un datomateriale è inversamente proporzionale alla resistività elettrica del materiale in questione).Queste due caratteristiche determinano l’elevata efficienza della Fibra di Carbonio come elementoriscaldante rispetto ad altri sistemi di riscaldamento elettrico che utilizzano resistenze in metallo olega.
  • 4. Gli impianti di riscaldamento che utilizzano la Fibra di CarbonioGli impianti di riscaldamento con Fibra di Carbonio generalmente funzionano con il principiodell’irraggiamento.L’irraggiamento è un sistema di scambio di calore che usa le onde infrarosse come vettore ditrasferimento. Infatti due corpi o due oggetti aventi temperature diverse irraggiano naturalmente, l’unaverso l’altra ed il flusso di calore va dall’elemento più caldo verso quello più freddo. L’irraggiamentoemesso nell’ambiente dal riscaldamento a pavimento si trasforma in calore al contatto di un oggetto,di una parete o di una persona. Le onde infrarosse, quindi, non vengono assorbite dall’aria ma daicorpi solidi che le trasformano in energia termica. Tale energia viene trasmessa nell’ambiente,creando, in tal modo, le condizioni ottimali di confort degli occupanti.Caratteristiche principali degli impianti sono: − flessibilità − posa semplice e veloce - facilità di installazione − velocità dellimpianto - assenza di inerzia − ridotti ingombri − nessuna manutenzioneFlessibilità degli impiantiGrazie alle caratteristiche fisico-meccaniche della Fibra di Carbonio, gli impianti che la utilizzanorisultano avere una elevata flessibilità dimpiego riuscendo ad essere integrati in svariate realtàcostruttive.Le applicazioni possibili sono : − pavimento − parete e soffitto − termoarredi − radiatori e pannelli radianti − pedane e tappetiApplicazioni a pavimentoIl sistema di riscaldamento a pavimento sfrutta il principio dell’irraggiamento e funziona a bassatemperatura, non crea spostamenti d’aria, elimina le differenze di temperatura tra le varie zonedell’ambiente garantendo il massimo confort.Il sistema è stato sviluppato per soddisfare le più svariate esigenze di applicazione sia per le nuovecostruzioni che per le ristrutturazioni. Installabili in tutti gli ambienti, l’elemento riscaldante presentauno spessore di soli 4 mm ed una grande flessibilità d’uso. Il sistema, inoltre garantisce unadifferenza di temperatura dell’aria tra pavimento e soffitto inferiore ai 2°C. Pertanto la curva didistribuzione della temperatura risulta ideale per il benessere termico.
  • 5. Applicazione di elemento riscaldante (materassino) direttamente sotto una pavimentazione inlaminatoA) PAVIMENTO CERAMICA-LEGNOB) MASSETTO CEMENTIZIOC) MATERASSINO RISCALDANTED) PANNELLO TERMOISOLANTE PORTANTEE) SOTTOFONDO DI RIEMPIMENTOF) SOLAIOLapplicazione dellelemento riscaldante in Fibra di Carbonio direttamente sotto la pavimentazionegarantisce una notevole rapidità di riscaldamento della finitura superficiale. In questo modo non ènecessario riscaldare un massetto con elevata capacità termica riuscendo poi a riscaldare lambientein tempi inferiori rispetto ad un impianto tradizionale.
  • 6. Applicazione di elemento riscaldante (materassino ) sotto sottofondo a secco di ridotto spessoreA) PAVIMENTO CERAMICA-LEGNOB) SOTTOFONDO A SECCO LASTRE IN GESSO FIBRATOC) MATERASSINO RISCALDANTED) PANNELLO TERMOISOLANTE PORTANTEE) SOTTOFONDO DI RIEMPIMENTOF) SOLAIOAnalogamente alla precedente applicazione, il riscaldamento di un sottofondo di ridotto spessore conelevata conducibilità termica consente di raggiungere una temperatura superficiale di regime in tempiristretti.Applicazione di elemento riscaldante (rete) sotto ceramicaA) PAVIMENTO CERAMICA-MARMOB) RETE RISCALDANTEC) MASSETTO CEMENTIZIOD) PANNELLO TERMOISOLANTEE) SOTTOFONDO DI RIEMPIMENTOF) SOLAIO
  • 7. Applicazioni a parete ( e soffitto)Applicazione di elemento riscaldante a pareteLapplicazione a parete dellelemento riscaldante può avvenire come da immagine mediante pannelliin fibrogesso oppure elementi riscaldanti da inserire nellintonaco o sotto il cartongesso .TermoarrediTermoarrediI radiatori e scalda salviette Thermal Technology sono composti da un elemento riscaldante in Fibradi Carbonio che trasferisce il calore alla piastra radiante frontale che può essere in acciaio lucido overniciato, in vetro o ceramica. A seconda dei vari modelli consentono di riscaldare l’ambientesfruttando sia l’irraggiamento diffuso attraverso la superficie frontale, sia il moto convettivo naturaledell’aria che si viene a creare attraverso i canali posti all’interno del radiatore aumentando così la resatermica.
  • 8. Caratteristica comune dei radiatori e scaldasalviette è il loro ridotto spessore (mediamente 3 cm) equindi possono essere installati ovunque senza creare ingombri fastidiosi all’interno degli ambientiPedane e tappetiSistemi e modalità di riscaldamento finalizzati a creare zone di confort localizzate solo dovenecessario, funzionanti per il tempo necessario, per aree prestabilite ed alle temperature desiderate.Molte volte sono utilizzati in ambienti dove non è possibile rimuovere il pavimento esistente.Pacchetto di pedana a pavimentoFacilità di installazioneI sistemi Thermal Technology sono di facile installazione. In particolare gli impianti a pavimento sonoforniti in due versioni : − modulare − a misuraIl sistema modulare consiste in un una serie di elementi aventi misure diverse collegabili fra loromediante speciali connettori rapidi aventi spessore di 4 mm. e IP67.Il sistema a misura viene costruito in base alle piante delle superfici da coprire e non richiedeconnessioni in quanto dotato di un unico punto di alimentazione all’impianto elettrico. La potenzainstallata varia di volta in volta a seconda del fabbisogno termico del vano da riscaldare.
  • 9. Posa di elementi modulari e collegamento fra loro mediante lapposito connettore.La posa dei riscaldatori a misura è ancora più facile in quanto richiede solo di essere steso eallacciato in un punto prestabilito all impianto elettrico.Velocità – assenza di inerziaRispetto ad un impianto idronico , il calore è prodotto sul posto , ha il massimo rendimento e reattività.In fase di produzione e la sua distribuzione non è soggetta a dispersioni.La posizione dell’elemento riscaldante può essere, a seconda delle esigenze, più o meno vicina allasuperficie radiante, con conseguente variabilità della inerzia termica. Usare ad esempio il sistemasotto ad un massetto in cemento , aumenta linerzia, questo può essere anche un vantaggio in caso diuso continuo di un locale , ma è opportuno scegliere di volta in volta la stratigrafia in funzione dellevarie esigenze.La potenza dell’impianto è normalmente inferiore rispetto ai sistemi tradizionali, in quanto l’energiatermica viene prodotta direttamente sul posto di utilizzo e non da centrali termiche posizionate nellamaggior parte dei casi a considerevole distanza con conseguenti dispersioni nel percorso.Ridotti IngombriUn impianto di riscaldamento elettrico con pannelli in Fibra di Carbonio riduce gli ingombridellimpianto : − ridotto spessore del pannello riscaldante pari a soli mm. 4 − non richiede canne fumarie in quanto il sistema non produce gas combusti − non richiede cassette di distribuzione, alloggiamenti per pompe e valvole, ma solo condutture elettriche.
  • 10. Nessun costo di manutenzioneQuesta tipologia di impianto non richiede alcun tipo di manutenzione o sostituzione occasionale operiodica di suoi componenti, in quanto non sono presenti parti meccaniche in movimento soggette adusura. Non esistono componenti soggetti a verifica periodica.La termoregolazioneGli impianti di riscaldamento funzionanti ad energia elettrica, diversamente degli impianti idronici,sono controllabili con modalità estremamente semplici, in quanto gli apparecchi devono regolarepassaggi di energia elettrica e non di liquidi (non esistono pompe, valvole, tubi e raccordi che spessosono causa di gravosi interventi manutentivi).Una corretta termoregolazione permette di mantenere bassi i gradienti termici fra pavimento , paretee aria . Un elevata differenza di temperature porta un minor comfort.Temperature troppo basse delle pareti richiedono una elevata temperatura a pavimento .Se limpianto è costruito in base ai calcoli termotecnici , attuare una logica di controllo come quella piùavanti descritta fa si che la temperatura ambiente sia sempre vicina alla temperatura impostatasenza mai raggiungerla per 0,1/0,2 °C . In questo modo la temperatura superficiale del pavimentorimane ad una temperatura di equilibrio rispetto al setpoint impostato in aria .I sistemi di riscaldamento sono controllati mediante una centralina elettronica a cui vanno collegate lesonde di temperatura e le alimentazioni degli elementi riscaldanti.Per la modalità di funzionamento in modulazione è necessaria la presenza o di una sonda esterna odi una sonda per stanza (o entrambe).In questa modalità, ad ogni uscita viene assegnato un valore di funzionamento che va da 0 a 100;questo valore è calcolato in funzione sia della temperatura esterna sia di quella interna.Per un fabbricato viene calcolata la dispersione massima alla temperatura minima di progetto. In baseal valore così ottenuto viene realizzato limpianto a pavimento con una potenza installata, calcolatadal progetto termotecnico, ed aumentata in piccola percentuale.A temperature superiori alla temperatura minima di progetto le dispersioni sono ridotte: ne deriva cheè possibile riscaldare il locale con una potenza inferiore a quella installata.La centralina è dotata di uscita a relè, quindi non è possibile ridurre la potenza tagliando la semiondama luscita può essere solo accesa o spenta.Per ridurre la potenza dellimpianto - ad esempio al 70% - viene usato un metodo per cui una uscitarimane accesa 7 minuti su 10. In questo modo la quantità di calore ed il consumo elettrico è inferiore.Calcolo della percentuale di funzionamento :Se la temperatura esterna è quella di progetto (es. -5°C ) la percentuale di funzionamento deveessere 100%. Se invece è di 7,5°C può essere anche del 50% (in quanto le dispersioni sono inferiori).Vengono calcolati dei coefficienti (o percentuali di funzionamento che deve avere limpianto); icoefficienti calcolati sono due :– percentuale in base alla temperatura esterna– percentuale in base alla temperatura internaLa percentuale temperatura esterna (risultato PERC_TE 0-100%) è calcolata in questo modo :
  • 11. perc pari a 0 con temperatura esterna maggiore a 20°Cperc pari a 100 con temperatura esterna pari a -5°CLa percentuale temperatura interna o ambiente (risultato PERC_TA 0-100%) è calcolata in questomodo:perc pari a 0 con temperatura maggiore del setpoint impostatoperc pari a 100 con temperatura minore o uguale della temperatura di setpoint -5°C . Esempio pertemperatura impostata( setpoint ) pari a 20°C percentuale impostata a 100% con temperaturainferiore o uguale a 15°CLe percentuali interagiscono in base alle seguenti formule :percentuale uscita = PERC_TA * 0,6 + PERC_TE *0,4Può essere presente una sonda di temperatura integrata nella superficie riscaldante (tipicamente ilpavimento); questa ha lo scopo di limitare la temperatura superficiale ad un valore preimpostato (es.:24°C a pavimento)