IMPIANTI DI RISCALDAMENTO NELLE CHIESE

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Riscaldamento chiese.  Una guida alla scelta impiantistica e confronto tra le varie tipologie di impianto

Il riscaldamento delle chiese di culto di interesse storico ed in particolare, considerato la tradizionale culturale del nostro paese, di chiese e santuari, presenta diverse criticità e sfide progettuali impegnative ed interessanti. Si tratta, nella maggioranza dei casi, di edifici con considerevole valore architettonico e artistico: la necessità di preservare questo patrimonio è prioritaria e può limitare il progettista nella scelta delle ideali condizioni termoigrometriche e della tipologia di impianto da installare. Scopo di questo articolo è proprio fornire un aiuto tecnico per la progettazione del più adeguato impianto di riscaldamento a servizio delle chiese e dei luoghi di culto in genere esistenti, grazie all’esperienza maturata dall’autore in questo ambito.

Verranno dunque analizzate le condizioni ottimali da ricercare ai fini del riscaldamento delle chiese, in funzione dei diversi fattori che le possono influenzare, quali presenza di opere d’arte o tempi di utilizzo; successivamente si fornirà una breve panoramica dei possibili impianti utilizzabili per il riscaldamento delle chiese, valutandone i pro e contro.

Il riscaldamento delle chiese tra comfort e risparmio energetico

Il progettista che si cimenti nella progettazione degli impianti meccanici realtivi ad un impianto di riscaldamento per chiese esistenti, specialmente se antica, riscontrerà subito, oltre alle note ed immediate problematiche progettuali, la quasi totale assenza di normativa di riferimento. A questo si aggiunge anche una sostanziale carenza di letteratura sull’argomento, che sta iniziando ad essere preso in seria considerazione solamente negli ultimi anni.

In anni relativamente recenti, la CEI (Conferenza Episcopale Italiana), attraverso la Commissione episcopale per la liturgia, si è posta, tra le altre, la problematica del risparmio energetico nelle chiese ed a questo proposito è stato pubblicato nel 1993 il documento “La Progettazione di Nuove Chiese”. Pur facendo riferimento ai soli edifici di nuova costruzione, il documento fornisce alcuni riferimenti utili anche nel caso di strutture esistenti.

Il primo passo da compiere è identificare le variabili che possono incidere sul raggiungimento delle condizioni di comfort termoigrometrico. Il pubblico che assiste alle funzioni liturgiche è generalmente presente in chiesa per un tempo variabile tra i 30 ed i 90 minuti, con un vestiario analogo a quello utilizzato all’esterno ed ha un’età media abbastanza elevata. Inoltre, si può coerentemente ipotizzare che trascorra la maggior parte del tempo in posizione seduta, di quiete.

In seguito andrà considerata la geometria dell’edificio nonché le sue caratteristiche costruttive: si tratta frequentemente di strutture con soffitti molto alti, spesso a cupola o a volta, realizzate con materiali non isolanti ma aventi, nella maggioranza dei casi, inerzie termiche molto elevate che limitano gli sbalzi di temperatura. In particolare, l’elevata altezza dei locali, soprattutto quando associata a particolari geometrie costruttive, può portare alla generazione di moti convettivi, frequente causa di discomfort in questa tipologia di edifici: non vi è una risposta univoca a questa problematica ma dovrà essere il progettista a valutare, caso per caso, le corrette soluzioni impiantistiche volte al superamento, o alla limitazione, di questa problematica.

Nelle chiese utilizzate esclusivamente per funzioni liturgiche si può allora considerare accettabile una temperatura operativa di 17-18°C, durante le funzioni stesse, con umidità relativa inferiore al 60%. Chiaramente è obiettivo del progettista mantenere questa temperatura nei periodi desiderati minimizzando la spesa energetica complessiva, scegliendo la tipologia di impianto di riscaldamento più adeguata e ricordando che, molto spesso, questo non sarà gestito da un tecnico e dovrà quindi essere il più semplice possibile da regolare.

Differente è invece il caso di edifici con un flusso costante di visitatori, quali santuari o chiese di particolare interesse artistico: poiché in questi luoghi le persone trascorrono più tempo e vi si possono presentare in una fascia oraria decisamente più ampia è necessario garantire temperature più elevate,intorno ai 20°C, per l’intero periodo di visita. Si preferisce allora optare per impianti con funzionamento continuo ed attenuazione notturna per ottimizzare in consumi energetici.

Il controllo termoigrometrico ai fini della salvguarda delle opere d’arte

La presenza di opere d’arte non è affatto infrequente all’interno delle chiese e dei luoghi di c

ulto in genere, siano essi dipinti, affreschi, statue o particolari materiali di costruzione; accanto a questi, un’obbligatoria menzione la meritano gli organi:

questi strumenti musicali, tipici delle chiese, hanno, in molti casi, un valore inestimabile ma presentano problematiche non indifferenti. Realizzati in legno e metallo con basso modulo elastico (stagno o piombo) necessitano di duplice attenzione: non solo repentine variazioni di umidità relativa possono danneggiare il legno, ma, in aggiunta, le parti metalliche sono soggette a scorrimento a caldo (creep) anche a temperatura ambiente ed è quindi fondamentale limitare le sollecitazioni termiche.

Tipologie di impianto di riscaldamento per chiese a confronto

SISTEMI CON PEDANA RADIANTE

Il sistema a pedana riscaldante è costituito da una struttura che si appoggia semplicamente al pavimento del volume da servire ed è costituito da un “pacchetto” di isolante rigido entro cui è posata la tubazione (serpentina) di riscaldamento. Al fine di garantire una migliore adesione del pannello è necessario impiegare dei fogli, o strisce, biadesive di ancoraggio.

Questo sistema di riscaldamento consente di raggiungere potenze termiche specifiche tra i 90/120 W/mq con temperatura di mandata di circa 40/50°C.

  • Vantaggi
    I vantaggi principali sono rappresentati sia dalla economicità del sistema sia che tali sistemi sono caratterizzati da una ridotta invasività in termini di opere edili previsionali (smantellamenti, scanalature, ecc.). E’ pertanto un sistema reversibile che non altera la struttura originari e che non vincola ad un eventuale futuro smontaggio della stessa pedana.Nel caso in cui tali pedane vadano a coprire dei pavimenti di particolare bellezza, facenti parte di un progetto architettonico più complesso del luogo, è possibile rivestire superiormente la superficie del pavimento con una serigrafia che riproduce l’aspetto iniziale del pavimento limitandone l’impatto estetico della posa di tali pedane.Inoltre è possibile operare con basse temperature del fluido termovettore e quindi impiegare sistemi di produzione dell’energia termica del tipo a pompa di calore.Rispetto al sistema radiante integrato a pavimento i tempi di messa a regime sono minori in seguito alla ridotta inerzia termica di tale sistema. Non è pertanto necessario prolungare la durata di funzionamento di tale sistema oltre quello liturgico.
  • Svantaggi
    Tale sistema non è sempre in grado di garantire la potenza termica richiesta per il riscaldamento ambientale in seguito alla necessità di dovere contenere la temperatura superficiale della pedana a valori tali da non arrecare danno alla salute delle persone.Essendo una tipologia di impianto di riscaldamento solo parzialmente integrato con la struttura del pavimento, è necessario prevedere dei passaggi, con posa esterna, delle tubazioni che alimentano le serpentine di riscaldamento delle pedane. Analogamente, i collettori devono essere alloggiati in appositi incaviricavati al di sotto dei banchi ed possibilmente integrati a tali strutture.Particolare attenzione dovrà essere rivolta al raccordo tra la pedana e le altre aree di pavimento, al fine di non creare degli scalini, anche di ridotta entità, e quindi prevenire scongiurate cadute dei fedeli che transitano verso tale area (di poco) sopraelevata.Dal punto di vista della resistenza strutturale, la pedana deve garantire la resistenza allo schiacciamento. E’ pertanto necessarie prevedere degli isolanti caratterizzati da carico massimo possibilmente non inferiore a 300 kPa (30.000 kg/mq) con eventuale griglia o piastra di ripartizione del carico.

SISTEMI AD ARIA CALDA

  • Vantaggi
    È un sistema che consente di ottenere rapidamente la messa a regime dell’area trattata nel caso di edifici di piccole dimensioni. Nel caso di edifici di grandi dimensioni, la messa in regime non è cosi immediata in quanto i volumi che le unità di trattamento aria devono ricircolare sono molto elevati. Sussiste anche la possibilità di utilizzare tale sistema anche durante il periodo di raffrescamento estivo. Non necessità né di tubazioni per il trasporto fluido termovettore né considerevoli opere edili previsionali.
  • Svantaggi
    Il principale svantaggio è dovuto alla stratificazione dell’aria calda. Fenomeno che si presenta nelle strutture caratterizzate da elevate altezze e quindi in quasi tutti i luoghi di culto di particolare pregio. Tale condizione penalizza fortemente le prestazioni dell’impianto di riscaldamento. Inoltre la stratificazione dell’aria incrementa la dispersione termica localizzata conseguendo una elevata inefficienza energetica e quindi costi di gestione elevati. La presenza di canalizzazioni, soprattutto per gli edifici a valore storico-artistico, comporta un impatto estetico non trascurabile. La movimentazione dell’aria indotta da tale impianto di riscaldamento, e delle relative polveri in esse contenute, ha un effetto degradante nei confronti delle opere d’arte. Sotto questo punto di vista, anche la stratificazione dell’aria in prossimità delle volte affrescate comporta un deterioramento di queste in seguito alla presenza di aria ad alta temperatura ed a basso valore di umidità relativa.

SISTEMI A PANCA

Questa forma di riscaldamento prevede l’applicazione di piastre riscaldanti ad acqua alimentate da circuiti tubolari. Tali piastre vengono installate sotto i sedili. Fungono come dei veri e propri radiatori a “contatto” con il corpo degli occupanti.

  • Vantaggi
    È un sistema poco invasivo e adatto a tutte quei luoghi ove siano presenti delle panche.
  • Svantaggi
    La parte superiore del corpo non viene coinvolta dal riscaldamento di tale sistema di impianto di riscaldamento. Le tubazioni del fluido termovettore devono essere inglobate all’interno delle medesime panche. In alcuni casi, soprattutto in climi rigidi, in seguito al ridotto apporto di calore che questo sistema offre, è necessario integrarlo con altri sistemi (es. Sistemi radianti elettrici, ecc…).

SISTEMI RADIANTI A GAS

I sistemi radianti gas sono caratterizzati da sistemi a combustione di gas (es. tubi radianti), ove il calore viene indirizzato verso le aree occupate mediante degli elementi riflettenti. Tali sistemi vengono collocati sulle pareti interne della struttura orientati verso le aree occupate.

  • Vantaggi
    È un sistema poco invasivo relativamente poco costoso. Non ì necessario agire sui volumi interna dell’aria in quanto il sistema di riscaldamento opera per irraggiamento.
  • Svantaggi
    Come tutti i sistemi a combustione richiede delle aperture di aerazione permanente. Tale condizione comporta un flusso di ventilazione che a sua volta incrementa le potenze termiche nel caso in cui tali aperture siano realizzate non nella parte superiore del volume del fabbricato. È necessario prevedere la posa di una rete di adduzione gas interna all’edificio nel caso in cui il bruciatore sia disaccoppiato dal sistema radiante.Il comfort offerto da tali sistemi non è ottimale in quanto il calore è viene trasferito per diretto irraggiamento da superfici che raggiungono elevati valori di temperatura.

IMPIANTI A SUPERFICI RADIANTI

Gli impianti a superfici radianti sono caratterizzati da superfici emittenti sotto alle quali passano tubi attraversati da acqua a temperatura contenuta (30-35°C) che permettono alla superficie di mantenere la temperatura desiderata.

  • Vantaggi
    Il sistema ha un impatto visivo e architettonico contenuto, comporta una riduzione dell’umidità della parete o del pavimento su cui è installato e non movimenta polveri che potrebbero depositarsi sulle superfici vicine. Inoltre, poiché lo scambio è quasi esclusivamente radiativo, le temperature si ridistribuiscono in modo omogeneo, riducendo notevolmente i gradienti verticali di temperatura.
  • Svantaggi
    Il sistema non è chiaramente utilizzabile in presenza di pavimentazione o muratura tutelate come beni artistici ed inoltre possiede un’inerzia termica molto elevata: questa lo rende inadatto al funzionamento per cicli brevi.
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Ing. Gaetano Trovato

Ing. Gaetano Trovato

Progettista e Consulente per importanti società ed enti nel settore HVAC e dell’energia, sia in ambito civile terziario che industriale ed è titolare e fondatore di STT ENGINEERING. E’ autore di numerosi articoli scientifici su riviste internazionali e nazionali nel settore HVAC, della cogenerazione e dell’efficienza energetica. Si occupa di simulazioni CFD principalmente nel settore impiantistivo e dello scambio termico e del controllo della contaminazione ambientale (cleanroom). EGE (esperto gestione energia) certificato  UNI CEI 11339 settore civile ed industriale. Perito e Consulente Tecnico di Ufficio Tribunale di Milano (isc. Settore Termotecnica ed Energia). Membro AICARR (Associazione Italiana Condizionamento dell’aria, ASCCA (Associazione Contaminazione e Controllo dell’aria), ASHRAE member (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) . Partecipa regolarmente come relatore a conferenze e convegni nel settore HVAC e dell’energia. E’ docente in corsi di progettazione termotecnica, sicurezza impianti, efficienza energetica e prevenzione legionella.
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