Fan coil: come funzionano e perché preferirli ai radiatori

Principi di funzionamento e tipologie costruttive dei fan coil

I fan coil o ventilconvettori sono terminali di erogazione utilizzati per riscaldare o raffrescare un ambiente, ossia per compensare il carico termico invernale ed il carico termico estivo.

Generalmente sono costituiti da un carter metallico o di materiale plastico contenente una o due batterie di scambio termico aria/acqua, uno o più ventilatori con motore elettrico, un filtro dell’aria, dispositivi per la raccolta della condensa; scambiano calore con l’ambiente per convezione forzata.

Esistono ventilconvettori a due o a quattro tubi. Quelli a 2 tubi sono dotati di una sola batteria di scambio termico, alimentata con inversione stagionale da acqua calda o refrigerata. I ventilconvettori a quattro tubi sono invece dotati di due batterie e possono funzionare contemporaneamente sia con acqua calda che refrigerata: sono più costosi e complessi di quelli a due tubi e pertanto trovano impiego solo in circostanze particolari, rappresentate da edifici nei quali alcuni ambienti richiedano riscaldamento contemporaneamente ad altri che necessitino di essere raffrescati.

Il ventilatore preleva l’aria dall’ambiente, che viene prima filtrata e poi spinta verso la batteria di scambio termico. In regime estivo può capitare che si abbia formazione di condensa, che deve essere opportunamente raccolta e indirizzata verso l’impianto di scarico dedicato.

Sono presenti sul mercato in diverse forme costruttive, per risolvere diversi problemi di installazione. Possono essere di tipo verticale o di tipo orizzontale, esterni o da incasso, con o senza carter di copertura. Per ogni modello, esistono diverse grandezze, in grado di erogare potenze diverse termiche.

Il ventilconvettore per il riscaldamento o per il raffrescamento di un ambiente deve essere collegato ad una rete di acqua calda o refrigerata dalla quale preleva la potenza termica o frigorifera che sarà poi ceduta all’ambiente. Generalmente, i ventilconvettori funzionano con temperature dell’acqua di 45-40 °C in regime invernale e di 7-12 °C nella stagione estiva. La potenza resa all’ambiente dipende, oltre che dalle temperature di alimentazione, dalla portata d’aria che attraversa il ventilconvettore stesso.

Per evitare situazioni di discomfort locale, in fase di riscaldamento, è necessario che la temperatura dell’aria in uscita del ventilconvettore sia compresa tra 35 e 50 °C. Nella stagione estiva, è preferibile limitare il fenomeno della condensazione del vapore acqueo presente nell’aria sulla batteria fredda del ventilconvettore, mantenendo la temperatura superficiale della stessa superiore alla temperatura di rugiada dell’aria umida presente in ambiente; per questo motivo, almeno che non sia necessario eseguire una deumidificazione, si utilizzano temperature dell’acqua non troppo basse (10-15 °C o anche maggiori). In ogni caso, deve essere previsto il collegamento del ventilconvettore una rete di scarico della condensa.

Fondamentali per il risparmio energetico e per il comfort ambientale sono i sistemi di regolazione da abbinare al ventilconvettore, che possono essere di tipo manuale (agendo sull’interruttore del ventilconvettore), o automatici (con termostato elettrico on/off, con variazione discreta o continua della velocità del ventilatore, con controllo della temperatura e della portata dell’acqua circolante nella batteria di scambio).

Ventilatori con motore EC brushless

I più evoluti ventilconvettori sono equipaggiati con motori brushless a magneti permanenti dotati di inverter, grazie al quale è possibile modulare a ciclo continuo la portata dell’aria e di conseguenza anche la potenza termica e frigorifera resa.

Questa soluzione garantisce l’adeguamento della potenza erogata alla richiesta da parte dell’ambiente da climatizzare con conseguenti risparmi elettrici rispetto ai sistemi tradizionali con regolazione di tipo on/off o a 3 velocità. La modulazione continua sulla velocità del ventilatore garantisce inoltre notevoli riduzioni della potenza sonora prodotta, soprattutto per il fatto che le unità di climatizzazione opereranno in parzializzazione per la maggior parte del tempo di funzionamento.

Criteri di scelta dei terminali ambiente

Edifici ad uso saltuario

La tipologia dei terminali di erogazione deve essere individuata in modo tale da soddisfare una serie di parametri, tra cui uno fondamentale riguarda l’utilizzo dell’edificio.

Ad esempio, un edificio ad uso saltuario dovrà essere caratterizzato da un impianto che garantisca una rapida messa a regime, quindi risultano idonei gli impianti a ridotta inerzia termica, come possono essere gli impianti a tutt’aria, i ventilconvettori e gli aerotermi, mentre sono da abbandonare soluzioni quali sistemi radianti o sistemi ad attivazione della massa. Prendendo in esame gli impianti alberghieri, dove le stanze rimangono inutilizzate per lunghi periodi o per numerose ore durante la giornata e, all’arrivo dell’utilizzatore, l’impianto deve arrivare velocemente alla temperatura desiderata, la scelta dei progettisti si dirige quasi sempre verso i ventilconvettori.

Oggi, anche nelle abitazioni, la scelta di predisporre i ventilconvettori viene anche in virtù di un ritmo di vita differente, a causa del quale la casa viene vissuta in tempi stretti, in modo discontinuo, solitamente poche ore la sera, e i classici radiatori non sono in grado di soddisfare questi rapidi cambiamenti.

Confronto tra radiatori e fan coil

Limiti dei classici radiatori

Il riscaldamento a radiatori emette calore in due modi: per convezione (circa l’80%) e per irraggiamento (il restante 20%). Il radiatore raggiunge il suo massimo rendimento per temperature dell’acqua calda di alimentazione tra 70 e 80 °C. A questi valori si produce il massimo effetto convettivo, ossia i moti d’aria si innescano e si mantengono nelle condizioni migliori per produrre il trasferimento del calore dal radiatore verso l’ambiente. Ma essi producono anche la messa in circolo delle polveri che altrimenti rimarrebbero sedimentate sul pavimento e sulle superfici dei mobili. Queste vengono portate nella zona di respirazione delle persone e vengono quindi inalate con continuità. Si può dire che tanto più attivo risulta il radiatore, ossia tanto più aumenta la sua efficienza, tanto maggiore è la circolazione di polveri nell’ambiente.

La seconda criticità è rappresentata dai ristagni d’aria e dalla stratificazione dell’aria calda sul soffitto. I ristagni d’aria si producono soprattutto quando la disposizione dei radiatori rispetto alla geometria dei locali impedisce ai moti convettivi di avvolgere tutto l’ambiente. Per conseguenza in certe zone l’aria rimane ferma, con velocità inferiore a 0,08 m/s, creando un discomfort locale. La stratificazione invece è il noto fenomeno di accumulo dell’aria calda all’altezza del soffitto con aumento della temperatura rispetto alla zona occupata. I radiatori, per effetto dell’alta temperatura di funzionamento portano a riscontrare quest’ultimo scenario. Inoltre, possono produrre ad una eccessiva riduzione dell’umidità relativa, al di sotto del limite di benessere.

Per ultimo, il limite maggiore è rappresentato dalla possibilità di poter operare solo in riscaldamento, non apportando alcun beneficio nella stagione estiva.

Punti di forza dei fan coil

Oltre a poter funzionare anche in raffrescamento, tra i punti di forza dei fan coil troviamo:

Il miglior livello di comfort: le basse temperature di alimentazione e di immissione mantengono il livello di umidità dell’aria a valori entro i limiti di benessere nella maggior parte della stagione di riscaldamento. Inoltre, nei locali la velocità dell’aria si mantiene sui valori di benessere: da 0,13 a 0,20 m/s. La costante ventilazione, insieme con il riscaldamento a bassa temperatura, offre un reale benessere in tutte le condizioni d’uso.

La maggior pulizia dell’aria e maggiore igienicità negli ambienti: un filtro depura l’aria dalle impurità, e non si producono baffi sulle pareti;

La mancanza di stratificazioni e correnti fredde: non si producono stratificazioni perchè vi è un continuo ricircolo ed efficiente rimescolamento d’aria in tutto l’ambiente. Il riscaldamento risulta poi più efficiente poiché non vi sono perdite di calore per irraggiamento verso la parete posteriore all’apparecchio. Con il ventilconvettore la temperatura risulta meglio equalizzata ed uniforme dal pavimento verso il soffitto, e da una parete all’altra del locale, migliorando il benessere.

L’assenza di inerzia termica: la messa a regime dei locali è molto rapida, dal momento dell’accensione del ventilatore. L’aria inizia ad essere ricircolata immediatamente e quindi il calore viene distribuito senza le attese dovute all’inerzia termica dei radiatori. Ciò permette una risposta eccellente alle situazioni oggi molto frequenti di abitazioni e locali usati in modo discontinuo nel corso della giornata;

Il riscaldamento avviene a temperature più basse rispetto al riscaldamento tradizionale: in questo modo anche i generatori di potenza termica risultano lavorare in maniera più efficiente, riducendo i consumi;

La facilità di installazione: grazie al peso ridotto e alla possibilità di essere collocati in posizione verticale, orizzontale a soffitto, in vista, incassati e canalizzati, risultano elementi facilmente integrabili in qualsiasi contesto architettonico;

La flessibilità impiantistica: l’impianto può essere predisposto per il condizionamento estivo con un chiller, oppure si può realizzare un impianto di riscaldamento/raffreddamento con gruppo a pompa di calore reversibile o polivalente a 4 tubi;

La mancanza di interventi sugli impianti preesistenti: il funzionamento avviene con l’utilizzo di normali circuiti idraulici.

Possiamo concludere affermando che il vantaggio assoluto  dei fan coil sta nel poter con una sola macchina sia riscaldare sia raffreddare in modo discontinuo, cioè in fasce orarie differenti e anche per brevi intervalli di tempo.