i componenti degli impianti di condizionamento e ......2016/05/07 · a. frattolillo – impianti...

A. Frattolillo – Impianti Tecnici I componenti degli impianti di riscaldamento e condizionamento

DICAAR

Prof. A. Frattolillo

[email protected]

I componenti degli impianti di

condizionamento e riscaldamento

Laboratorio Integrato di Progettazione Tecnica e Strutturale

- IMPIANTI TECNICI (prof. Andrea Frattolillo)


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Il punto di partenza: il fabbisogno

Si ipotizzi un fabbisogno complessivo in un dato ambiente pari a

= 70 W/K

Considerando la stagione invernale, il valore della potenza termica massima, necessaria a

mantenere la temperatura a 20 °C corrisponde al mese in cui si registra la temperatura

esterna più bassa, quindi se nel mese di gennaio corrisponde (Cagliari) la Tgen = 9,0 °C

(che è il più basso della stagione), la potenza termica massima che l’impianto dovrà

garantire ammonta a:

P = QH,nd*ΔT = 70 [W/K] * (20-9) [K] = 70 * 11 = 770,0 [W].

Noto il valore della potenza termica da fornire al locale, si passa al dimensionamento dei

radiatori da installare


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La scelta del corpo scaldante è fondamentale per il benessere degli utenti, in coincidenza con il corretto impiego dell’energia.

La trasmissione del calore in ambiente

Conduzione: unico esempio reale la boulette, ma non praticabile in grandi ambienti

Convezione + Irraggiamento: spesso in combinazione tra loro

Il sistema a convezione per eccellenza è il riscaldamento a convettori in cui l’aria funge da fluido termovettore trasportando il calore dal corpo scaldante (batteria di scambio) al

locale, per poi tornare al corpo scaldante.


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Il sistema radiante per eccellenza è rappresentato da pannelli o tubazioni annegati nelle strutture o appesi a pareti/soffitto



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Il sistema a convezione (come per i radiatori) per contro richiede un t e causa un

gradiente termico non trascurabile, anche in locali di altezza limitata

Il sistema radiante agisce senza intermediario e limita i fenomeni di stratificazione (non esiste un sistema

unicamente radiante)



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I criteri generali

Prima di procedere al dimensionamento dei radiatori da installare in un ambiente

caratterizzato da un determinato fabbisogno di energia, è necessario introdurre ed illustrare

i principali parametri che caratterizzano questo corpo scaldante, in particolare:

• potenza termica nominale

• temperatura di progetto del fluido termovettore

• potenza termica effettiva, ottenuta moltiplicando la nominale per:

fattore correttivo per la diversa temperatura dei fluidi

fattore correttivo per effetto dell’altitudine

fattore correttivo per protezione del radiatore

fattore correttivo relativo alla tipologia di attacchi

fattore correttivo relativo alla tipologia di vernice


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La potenza termica nominale

Il parametro potenza termica nominale definisce il valore della potenza termica scambiata

da un radiatore con l’ambiente nelle condizioni standard o di prova.

Le condizioni di prova sono definite dalla norma UNI EN 442 e sono principalmente:

• temperatura dei fluidi:

- te = 85 °C (temperatura di entrata del fluido termovettore)

- tu = 75 °C (temperatura di uscita del fluido termovettore)

- ta = 20 °C (temperatura dell’aria nell’ambiente di installazione)

• caratteristiche di installazione del corpo scaldante:

- distanza dalla parete = 5 cm

- distanza dal pavimento = 12 cm

- per sporgenze al di sopra o a fianco del radiatore è consigliata

una distanza di rispetto non inferiore a 10 cm

• tipologia collocazione degli attacchi delle tubazioni:

entrata in alto – uscita in basso dallo stesso lato

• pressione atmosferica di prova: pressione al livello del mare

1 atm =101,3 kPa


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Caratteristiche di installazione dei corpi scaldanti

È consigliabile installare i radiatori sotto finestra o lungo le pareti esterne in modo da:

• contrastare meglio le correnti di aria fredda che si formano in corrispondenza di tali superfici

• migliorare le condizioni di benessere fisiologico limitando l’irraggiamento del corpo umano verso le

zone fredde

• evitare o ridurre, nell’interno del corpo scaldante, l’eventuale formazione di condensa superficiale

interna

• E' utile ricordare che :

• nel prevedere la misura dei corpi scaldanti, si deve aggiungere almeno 7 ÷ 10 cm per l'attacco e

relativa valvola

• all'altezza vanno aggiunti, in basso, almeno 10 cm per il passaggio dell'aria e per la pulizia e, in

alto, almeno 15 [cm] per consentire il libero movimento ascensionale dell'aria calda

• alla profondità vanno aggiunti almeno 3 cm di distanza dal filo della parete finita a cui si

addossa il corpo scaldante


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L’espressione per il calcolo della potenza termica nominale è data dalla:

Qn = c·(tn)n

c rappresenta una costante tipica di ciascun radiatore

Δtn rappresenta la differenza di temperatura media tra la superficie del radiatore e

l’ambiente

n è un coefficiente che dipende dallo scambio termico del corpo scaldante.


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Tipologie e materiali


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Termoconvettori e ventilconvettori Sono terminali che cedono o sottraggono calore all’ambiente per convezione naturale e forzata rispettivamente. Sono costituiti essenzialmente da:

- una o due batterie alettate di scambio termico

- ventilatori centrifughi o tangenziali (solo ventilconvettori)

- un filtro dell’aria

- una bacinella di raccolta condensa

- un involucro di contenimento (mobiletto)


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Termoconvettori e ventilconvettori Si utilizzano per riscaldare e raffreddare abitazioni, uffici, sale di riunione, alberghi, ospedali, laboratori, ecc....

Per le temperature in ingresso e uscita dell’acqua dal terminale valgono le stesse considerazioni fatte per i radiatori.


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Pannelli radianti Si ottengono annegando nelle strutture murarie del pavimento o della parete dei tubi in materiale plastico (PEX) all’interno dei quali scorre acqua calda intorno ai 40°C.


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Pannelli radianti I principali vantaggi del riscaldamento a pannelli radianti rispetto all’utilizzo di radiatori o termoconvettori vanno dal risparmio energetico (10÷15%), miglior qualità dell’aria, date le basse temperature di esercizio che evitano la cottura del pulviscolo atmosferico, un miglior benessere termico e un minor impatto ambientale in quanto l’impianto risulta essere completamente nascosto.

Per contro si ha un maggior costo sia in fase di realizzazione che di progettazione.


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Pannelli radianti

Soluzione commerciale per ambienti

climatizzati con pannelli radianti a pavimento

1. Pavimentazione

2. SABBIA E CEMENTO SUPERCEM

PRONTO

3. Sistema di riscaldamento

4. Materassino fonoisolante

5. PAVIFOND REVOLUTION

6. Barriera al vapore

7. Soletta mista

Soluzione commerciale per il recupero di vecchi

solai in legno

1. Pavimentazione

2. SABBIA E CEMENTO SUPERCEM

PRONTO

3. Materassino fonoisolante

4. PAVIFOND REVOLUTION

5. BETONVER 1500

6. Barriera al vapore

7. Solaio in legno


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Esempio di Progetto impianto Termico per una abitazione di Classe A


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Terminali di erogazione

Bocchette in sistemi ad aria calda

Ventilconvettori / Termoconvettori


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Pannelli a parete


Pannelli annegati a soffitto

Pannelli isolati annegati a pavimento

Pannelli annegati a

pavimento (non tengono conto delle perdite di calore

non recuperate dal pavimento verso il terreno)


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Normalmente è fornita dal produttore insieme ai dati dimensionali del corpo

scaldante.

Il dato presente nel catalogo, solitamente espresso in Watt e Kcal/h, costituisce

il punto di partenza del calcolo dei radiatori (fermo restando che sia

precedentemente stata determinata la potenza termica necessaria ai singoli

locali da riscaldare).


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La temperatura di progetto del fluido termovettore

Generalmente il valore di questo parametro viene impostato in un intervallo compreso tra

65°C e 75°C e questo perché l’esperienza insegna che valori più elevati:

• attivano forti moti convettivi e quindi contribuiscono al formarsi di zone con aria più

calda a soffitto e più fredda a pavimento

• determinano una sensibile “cottura” del pulviscolo atmosferico e quindi causano

irritazioni all’apparato respiratorio, nonché l’annerimento delle pareti dietro e sopra i

corpi scaldanti (i cosiddetti baffi)

mentre, valori di progetto troppo bassi farebbero aumentare notevolmente il costo

dell’impianto e l’ingombro dei radiatori


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La Potenza termica effettiva

Il parametro potenza termica effettiva definisce il valore della potenza termica che viene

effettivamente scambiata dal radiatore con l’ambiente, nelle previste condizioni di posa.

Si tratta di una frazione della potenza termica “nominale”, viene calcolata applicando al

valore di quest’ultima una serie di coefficienti riduttivi, che tengono conto dell’altitudine,

della temperatura dell’acqua, della tipologia di attacchi, della verniciatura e della

tipologia di installazione:

Qeffettiva= Qnom · (FT · Falt · Finst · Fattacchi · Fvernice)

Nella pratica quindi sarà necessario provvedere in via preliminare alla determinazione del

valore numerico dei cinque coefficienti citati, quindi moltiplicarli per il valore della

potenza termica nominale.


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Il fattore correttivo FT (temperatura)

Tiene conto delle variazioni di temperatura relative rispettivamente al fluido scaldante e

all’ambiente (a numeratore), rispetto alle stesse temperature che vengono considerate

nelle condizioni standard di prova (a denominatore):

E’ quindi possibile impostare una tabella in formato excel e procedere al calcolo del

fattore FT per i vari valori di temperatura.

3,1

2080

am

T

TTF


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Il fattore correttivo FT (temperatura)

Tiene conto delle variazioni di temperatura relative rispettivamente al fluido scaldante e

all’ambiente (a numeratore), rispetto alle stesse temperature che vengono considerate

nelle condizioni standard (a denominatore):

E’ quindi possibile impostare una tabella in formato excel e procedere al calcolo del

fattore FT per i vari valori di temperatura.

3,1

2080

am

T

TTF


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Il fattore correttivo Falt (altitudine)

L’altitudine H relativa alla località dell’edificio incide sulla resa termica del radiatore, in

quanto la densità dell’aria e, quindi, la sua capacità di trasporto del calore diminuisce

man mano che cresce H, influendo quindi sull’emissione termica del corpo scaldante.

In particolare l’espressione che viene sovente utilizzata è:

dove:

pmare: pressione atmosferica al livello del mare = 101,3 kPa

p: pressione atmosferica della località di installazione (kPa), valutabile con:

con H espressa in m.

pp

pF

mare

marealt

3,03,1

Hp H 0113,03,101)(


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Il fattore correttivo Finst (installazione)

La trasmissione del calore dal radiatore all’ambiente viene

fortemente influenzata dalla tipologia di installazione che viene

adottata.

Si riscontrano, generalmente, quattro casi notevoli:

• installazione con mensola Finst = 0,95 – 0,97

• installazione con nicchia Finst = 0,92 – 0,94

• installazione con lamiera perforata Finst = 0,80 – 0,85

• installazione con carter aperto Finst = 0,95 – 1,00

installazione con mensola

installazione a nicchia

installazione dietro

lamiera perforata


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Il fattore correttivo Fattacchi (attacchi)

Deve essere considerato nel caso in cui le condizioni degli attacchi (intesi come ingresso

ed uscita) del radiatore siano differenti da quelle standard, per esempio quando l’entrata

e l’uscita sono entrambe in basso.

I valori del fattore correttivo variano in

funzione dell’altezza del radiatore,

in particolare:

H < 1,2 m Fattacchi = 1

1,2 ≤ H ≤ 1,8 Fattacchi = 0,95 – 0,98

H > 1,8 Fattacchi = 0,9


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Il fattore correttivo Fvernice (verniciatura)

È il fattore che serve a determinare la potenza termica di un radiatore quando, dopo la

prova di resa nominale, viene verniciato. Il suo valore tiene conto del fatto che la

verniciatura diminuisce sensibilmente l’energia termica emessa per irraggiamento

Per vernici ad olio Fvernice = 1

Per vernici a base di alluminio o bronzo Fvernice = 0,85 – 0,90


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Esempio di dimensionamento

L’ambiente in cui è stato calcolato il fabbisogno iniziale è un locale, 10 metri per 5 metri,

dotato di due finestre 2 metri per 1 metro ed una porta 2,2 metri per 1 metro.

Il locale si trova collocato al quarto piano di un edificio, a Cagliari (H50 m sul livello

del mare).

Dal catalogo si sceglie:

tenendo presenti le seguenti condizioni di installazione ed altezza:

- temperature coincidenti con le condizioni standard (T=60°C) per acqua ed aria

- altitudine località edificio 50 m sul livello del mare

- installazione con mensola

- radiatore verniciato ad olio

- attacchi standard


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Potenza nominale 233 W (condizioni standard)

Fattori correttivi:

-altitudine località edificio 50 m sul livello del mare

- installazione con mensola Finst = 0,95

- radiatore verniciato ad olio Fvernice = 1,0

- attacchi standard Fattacchi = 1,0

998,0

22,3069,131

3,101

500113,03,1013,03,1013,1

3,101

altF

Fcorr = 0,998·0,95·1·1 = 0,948


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Potenza nominale 233 W (condizioni standard)

Il corpo scaldante trasmette, dunque, meno del 95% della potenza nominale, ovvero

Peffettiva = (Pnominale * Fcorr) = 233 * 0,948 = 221[W].

Il numero dei radiatori (della tipologia scelta) da installare è quindi pari a:

4221

770

effettiva

fabbisogno

P

PN

Fcorr = 0,998·0,95·1·1 = 0,948


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Maggiorazione della potenza calcolata

Se il numero di corpi scaldanti è maggiore di UNO si definisce per ognuno di essi la

frazione di potenza che deve erogare.

Per la disposizione dei corpi scaldanti, ci si regola sistemandoli in genere lungo le

pareti esterne sotto le finestre


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Maggiorazione della potenza calcolata

Il funzionamento in regime intermittente porta ad una efficienza minore dell’impianto, che viene considerata nella UNI 7357, imponendo una maggiorazione del fabbisogno calcolato.

La necessità di cautelarsi da errori e da situazioni ambientali straordinarie impone inoltre di attuare delle ulteriori correzioni: la norma UNI 10379 suggerisce una maggiorazione non inferiore al 20%

Orientativamente se il fabbisogno è correttamente calcolato (dispersioni, ponti termici, isolamento) può essere sufficiente una maggiorazione del 10%


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Per riassumere sui corpi scaldanti

Per la determinazione della taglia e del numero dei corpi scaldanti è fondamentale il

calcolo del fabbisogno energetico.

Non è possibile determinare la struttura dell’impianto ed il numero dei suoi radiatori

tramite l’equivalenza tra il valore del volume scaldato ed un numero di potenza termica

Volumetrico!

In fase di progetto dell’impianto si selezionano i componenti dai cataloghi commerciali.

Così avviene per i generatori di calore, per le pompe e le soffianti, per le tubazioni e per i

terminali.

Non è pensabile costruire un radiatore di superficie qualunque poiché avrebbe costi

elevatissimi. Meglio selezionare i radiatori dai cataloghi commerciali dei vari fornitori.

Questo fatto introduce tutta una serie di problemi per via della discretizzazione delle serie

commerciali dei prodotti: se occorre un radiatore da 454 W occorre selezionare fra i due

della serie commerciale disponibili di 400 e 500 W.

La collocazione in pianta dei radiatori deve essere ben studiata in funzione

dell’arredamento, del senso di apertura delle porte e della disponibilità di allacciamento

alla rete di distribuzione dell’acqua calda.


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Elementi per il montaggio


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Sistema di distribuzione

Le reti di distribuzione

dell’energia termica


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I circuiti di distribuzione dell’acqua

• La distribuzione dell’acqua negli impianti civili avviene mediante sistemi di tubazioni costituiti dal collegamento di testa di condotte aventi sezione circolare e dimensioni normalizzate.

• I tubi commerciali sono cilindrici, cavi, di materiale e spessore diverso e possono essere fra loro congiunti con differenti modalità.

• Nelle reti di tubazioni circola acqua a diversa temperatura.

• I materiali comunemente impiegati nei sistemi di tubazioni sono: acciaio nero, acciaio zincato, rame e materie plastiche.

• Acciaio nero: lega Fe-C – UNI 8863 e 7287, UNI-ISO 4200 Coeff. di dilatazione termica: 0.0125 mm/m°C.

• Acciaio zincato: spessore della zincatura compreso tra 0.15 e 0.20 mm.

• Rame: rame puro al 99.9% - UNI 5649 e 6507 - Coeff. di dilatazione termica: 0.0165 mm/m°C.

• Materiali plastici: PVC, polietilene, polipropilene, polibutene, UNI 7741, 7611, 7990, 8318, 9338 – Coeff. di dilatazione da 0.05 a 0.185 mm/m°C.


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• L’acqua è da intendersi di acquedotto, incolore, inodore, insapore, alla temperatura standard di 15°C

• solidificazione a 0°C, evaporazione a 100°C

• massa volumica (4°C) = 1 kg/dm3

• calore specifico = 4186 J/kgK = 1,163 Wh/kgK

• conducibilità termica = 0.586 W/mK

• viscosità cinematica (100°C) = 0.295 106 m2/s


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• I sistemi di tubazioni a circuito aperto trasferiscono l’acqua dalla sorgente all’utenza mettendola, in qualche punto del circuito, a contatto con l’atmosfera. I circuiti aperti possono essere: a pressione (se la pressione totale è fornita da un mezzo

meccanico, ad esempio le elettropompe), a caduta (se l’acqua proviene da un serbatoio sopraelevato rispetto all’utenza), misti (se l’acqua viene pompata ai serbatoi di raccolta e quindi distribuita a caduta)

• In un circuito chiuso, l’acqua in circolazione è teoricamente sempre la stessa. Per tale motivo sono necessarie tubazioni di andata e di ritorno. La rete di distribuzione è praticamente sempre un anello ed, a causa dei gradienti di

temperatura presenti, sarà sempre collegato ad un recipiente atto a contenere le conseguenti variazioni di volume (vaso di espansione).

Le reti di distribuzione, che uniscono la sorgente energetica alle utenze mediante sistemi di tubazioni nelle quali si muove acqua a circolazione forzata possono essere classificate in distribuzione: i) monotubo, ii) a due tubi, iii) a tre tubi, iv) a quattro tubi.


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Distribuzione monotubo • Utilizzata generalmente negli impianti di riscaldamento di tipo autonomo.

• L’alimentazione in serie è ormai sostituita dal collegamento in derivazione.

• L’acqua che entra nel primo corpo scaldante è una parte della portata totale; l’acqua che

entra nel secondo terminale è, a sua volta, parte della portata totale, risultante però dalla miscela tra l’acqua meno calda che esce dal precedente e quella parte che ha proseguito nell’anello con la temperatura iniziale.

• Le alimentazioni successive dei terminali di uno stesso anello avvengono a Delta temperature sempre minori.


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Distribuzione a due tubi • Tipologia più diffusa nel caso si voglia

trasferire ai terminali acqua calda o refrigerata.

• Indifferentemente adottata sia negli impianti unifamiliari che in quelli centralizzati, dalla più modesta alla più elevata estensione.

• Nel caso di elevate estensioni la rete di distribuzione (distribuzione orizzontale e montanti o colonne) è sempre costituita da una tubazione di mandata ed una tubazione di ritorno, che riconduce il fluido termovettore alla centrale.


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Impianti autonomi Impianti centralizzati

a distribuzione orizzontale

a montanti in traccia nei paramenti

interni o nell’intercapedine


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impianti centralizzati con distribuzione (verticale) a

colonne montanti e regolazione climatica centrale o

manuale.

Particolare del collegamento del corpo scaldante

alla colonna montante.

Gli impianti a distribuzione verticale sono regolati

localmente tramite valvole sul terminale d’impianto. E’

possibile che la distribuzione sia a vista all’interno dei locali

riscaldati, con possibile surriscaldamento dei piani inferiori

per effetto delle dispersioni dei montanti.

La contabilizzazione per singolo appartamento, nonché la

termoregolazione, risultano difficili.


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Gli impianti a distribuzione orizzontale prelevano da un montante principale l’energia termica. Questa è distribuita ai singoli

terminali da una cassetta di zona. Questo elemento permette di effettuare una regolazione intermedia dell’impianto del

singolo appartamento, tramite sonda di temperatura in ambiente sul relativo termostato, nonché di effettuare una

contabilizzazione dei consumi, con l’opportuna componentistica (contacalorie).

La regolazione finale si effettua al terminale con opportune valvole sullo stesso.

Impianti centralizzati con distribuzione orizzontale e regolazione climatica centrale (eventuale

regolazione di zona con valvola di zona e contatore).

Particolare della cassetta di zona


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La distribuzione per "zona"

Distribuzione a due tubi

• Nel caso di impianti di modesta estensione, la configurazione più comune è a collettore (o a margherita).

• Esso è rappresentato da due collettori (andata e ritorno) collegati da un lato alla sorgente energetica e dall’altro ai terminali.

• Il collegamento ai terminali è costituito da tante coppie di tubi di mandata e ritorno quanti sono i terminali stessi, aventi diametri diversi e passanti sotto pavimento o sotto traccia.


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La distribuzione per "zona"

• Gli impianti a zone sono realizzati in modo che ad ogni zona dell’edificio, ad ogni piano o ad ogni singolo appartamento è dedicata una parte della rete di distribuzione. Con questo tipo di impianto è possibile gestire in maniera diversificata le varie zone, non riscaldando, ad esempio, quelle che in un dato periodo, non sono occupate

• Per questo tale tipologia impiantistica è consigliabile in tutti gli edifici nuovi o nelle ristrutturazioni, laddove esistono zone con diverse utilizzazioni come, ad esempio, nel caso di edifici destinati in parte ad uffici o negozi ed in parte a residenze.


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impianti individuali con generatore autonomo con regolazione manuale o con regolazione di zona

a mezzo cronotermostato ambiente


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Distribuzione a tre tubi

• E’ attualmente abbandonata.

• E’ stata proposta (ed in alcuni casi applicata) ad impianti di condizionamento ad o ventilconvettori, in cui l’alimentazione avveniva con due tubazioni distinte (una per il caldo ed una per il freddo), ma con ritorno unico.

• Ogni terminale era dotato di elettrovalvola a tre vie che, comandata da un sensore ambiente, sceglieva il “freddo” o il “caldo”.

• Le caratteristiche dell’impianto non compensavano il lieve risparmio di materiale.


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Distribuzione a tre tubi con “ritorno rovescio” (Tichelmann)

• E’ una configurazione di uso comune. • I terminale vengono allacciati in ordine crescente alle mandate ed in ordine

decrescente ai ritorni. • La rete è automaticamente equilibrata dal momento che le tubazioni sono di uguale

lunghezza per tutti i terminali.


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I collettori vanno installati possibilmente in

posizione baricentrale in modo da avere circuiti

di alimentazione dei terminali di lunghezza

simile.

Nei piccoli impianti autonomi il collettore è

costituito da un corpo unico modulare ottenuto

per pressofusione e vi arrivano due tubi

provenienti direttamente dal GC (mandata e

ritorno) e se ne dipartono due per ogni

terminale scaldante da alimentare.

Per altri impianti il collettore è generalmente

costruito a partire da due tubi di grosso

diametro nei quali vengono praticati dei fori per

l’innesto di tubi di diametro più piccolo che

vanno ad alimentare dei circuiti a zone anziché

i singoli terminali.


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Dimensionamento della rete di distribuzione

Stabilito il numero di corpi scaldanti la loro posizione e

il tipo di circuito si passa al dimensionamento dei

componenti.

Si fissa la differenza di temperatura tra ingresso e uscita

dell’acqua nel corpo scaldante (in genere viene posto un

ΔT=10°C che minimizza il costo dell’impianto).

Nota la temperatura di ingresso di ogni corpo scaldante

e la potenza termica da fornire (dal carico termico del

locale diviso per il numero di corpi scaldanti) si ottiene

la portata di acqua per ciascun corpo scaldante con

la relazione:

]/[

9,411019,4

,,,skg

QQ

ttc

Qm

scaldcorposcaldcorpo

uscing

scaldcorpo

w


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Dimensionamento della rete di distribuzione Si assume una perdita di carico iniziale pari a 10÷12

mm c.a./m, cioè 150 Pa/m, valore che consente di:

- ottenere un buon compromesso tra i costi di

realizzazione delle reti e i consumi di esercizio

delle pompe

- poter evitare l’insorgere di pressioni differenziali

troppo elevate lungo le reti di distribuzione.

Si parte dal corpo scaldante più lontano (che ha perciò

più perdite di carico), si calcola la lunghezza della

tubazione e si sceglie il diametro tra quelli disponibili

in commercio che dà la perdita di carico più vicina al

valore consigliato.

Si cerca di far restare la velocità dell’acqua tra 0,3 m/s

(per trascinare l’aria che si infiltra nei condotti sino ai

punti previsti per lo spurgo) e 2 m/s (per evitare una

rumorosità troppo elevata dell’impianto).

http://www.caleffi.com/italy/it/schematics/tabelle-e-diagrammi-perdite-di-carico-acqua


DICAAR



DICAAR


Scelto il diametro si può calcolare per ogni tratto

(notare che possono essere diverse tratto per tratto) la

perdita di carico distribuita semplicemente

moltiplicando la perdita di carico ipotizzata per la

lunghezza del circuito di mandata e ritorno (oppure in

modo più accurato mediante la formula di Darcy

Weissbach)

Quindi si passa a calcolare le perdite di carico

concentrate dovute a elementi del circuito (curve,

gomiti, ecc), oppure a componenti d’impianto

(valvole, radiatori, saracinesche, ecc).


DICAAR V

alo

ri d

el c

oef

fici

ente

di

per

dit

a l

oca

lizz

ata

x

(ret

i di

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trib

uzi

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DICAAR V

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x

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)


DICAAR P

erdit

e di

cari

co l

oca

lizz

ate

per

Sx =

1÷

15

(tem

per

atu

ra a

cqu

a =

80

°C)


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Si sommano tutte le perdite di carico calcolate,

ottenendo alla fine la perdita di carico totale su quel

ramo di circuito, che risulta anche la perdita di carico

del circuito complessivo.

Per eventuali tratti in parallelo si cerchi di mantenere

la stessa perdita di carico: perché il circuito sia

bilanciato la differenza di pressione (somma di

concentrate e distribuite) deve essere uguale (entro

~10%) a quella del ramo già dimensionato.

Il dimensionamento della pompa avviene sulla base

della portata complessiva e della perdita di carico

totale così determinate.

E’ possibile scegliere la pompa tra quelle che

presentano una curva caratteristica più adatta alle

condizioni di prevalenza/portata così determinate.


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Scelta della pompa di circolazione

Negli impianti di riscaldamento la circolazione (forzata)

dell’acqua avviene mediante pompe di circolazione azionate

da motori elettrici (elettropompe)

Eventuali reintegri vengono fatti per compensare possibili

perdite, che possono aver luogo nei giunti, nei raccordi, etc.

Le pompe di circolazione forniscono all’acqua l’energia sufficiente per

alimentare i terminali dell’impianto (corpi scaldanti) vincendo le

perdite di carico distribuite e concentrate.

Sono in commercio diverse tipologie di pompe, tra cui:

Pompe centrifughe: una girante elicoidale imprime una spinta al

fluido nella direzione dell’asse di rotazione, la stessa in cui il fluido

viene aspirato

Pompe assiali (ad elica): una girante con le pale perpendicolari all’asse

imprime una spinta centrifuga all’acqua


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Le pompe di circolazione per impianti di riscaldamento sono di solito di tipo centrifugo.

Ad ogni pompa è associabile una curva di funzionamento determinata sperimentalmente

(curva caratteristica) che mette in relazione la portata volumetrica del fluido trattato con

la prevalenza della pompa

Ad ogni valore del numero di giri corrisponde

una curva caratteristica.

Le perdite di carico del circuito dipendono dalla

pressione cinetica (quadrato della velocità), risultano,

dunque, proporzionali al quadrato della portata:

la curva del circuito è un ramo di parabola con vertice nell’origine degli assi.


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Il punto di funzionamento della pompa P viene ottenuto intersecando la curva caratteristica

della pompa con quella del circuito.

Esso di solito non coincide con il punto di funzionamento teorico P’che è dato dalla coppia

prevalenza portata calcolate nel processo di dimensionamento delle reti di distribuzione

La scelta della pompa porterà a selezionare la curva caratteristica in maniera tale che il

punto di funzionamento effettivo sia il più vicino possibile a quello teorico

Per determinare il punto di funzionamento teorico si

fa riferimento ad un valore di portata pari alla

somma VH2O [m3/s] di tutte le portate dei corpi

scaldanti alimentati dall’impianto e ad una

prevalenza pari alla perdita di carico totale p

[Pa]del circuito più sfavorito, maggiorando

entrambe del 10 % per compensare le inevitabili

approssimazioni di calcolo.

La potenza ottenuta dalla pompa (potenza ideale) si

calcola con la

Ppompa= VH2Op


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Passaggio dei montanti


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Isolamento dei canali di distribuzione

La coibentazione delle tubazioni nell’impianto di riscaldamento

assume particolare importanza nel limitare la dispersione

termica del sottosistema di distribuzione.

La dispersione termica di una tubazione, a parità di isolamento,

è influenzata da una serie di fattori, tra i quali:

• la superficie esterna del tubo

• la temperatura interna del fluido termovettore

• la temperatura esterna delle condizioni al contorno (corsello box, cantine o esterno)


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Isolamento dei canali di distribuzione

I materiali isolanti impiegati per la coibentazione delle tubazioni degli impianti di

riscaldamento sono:

• polietilene estruso (conduttività a 40 °C pari a 0,045 W/(m °C));

• lana di vetro in coppelle (conduttività a 40 °C pari a 0,039 W/(m °C));

• poliuretano espanso in coppelle (conduttività a 40 °C pari a 0,038 W/(m °C));

• polistirene estruso rigido in coppelle (conduttività a 40 °C pari a 0,040 W/(m °C))

Il D.P.R. n. 412 del 1993 fornisce, in funzione del diametro esterno e della

conduttività termica dell’isolante, lo spessore del materiale coibente (in mm) da

applicare sulle reti di distribuzione dell’impianto termico. Maggiore è la capacità di

isolamento del materiale scelto e minore sarà lo spessore da impiegare.

(D.P.R. n. 412/1993, Allegato B)


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La centrale termica


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Si definiscono centrali termiche (o locali caldaia) quei locali all’interno dei quali sono collocati i generatori di calore degli impianti di riscaldamento

Le centrali termiche


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Le centrali termiche


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La centrale termica: caratteristiche costruttive I locali devono essere destinati esclusivamente ad impianti termici.

I locali posti all’interno di fabbricati destinati anche ad altri usi devono costituire

compartimento antincendio.

Le strutture portanti devono possedere requisiti di resistenza al fuoco non inferiore a R 120,

quelle di separazione da altri ambienti non inferiori a REI (R = resistenza E = ermeticità I =

isolamento)120.

Nel caso di apparecchi di portata termica complessiva inferiore a 116 kW e ammesso che tali

caratteristiche siano ridotte a R 60 e REI 60.

Le strutture devono essere realizzate in materiali incombustibili.

L’altezza del locale d’installazione deve rispettare le misure minime, in funzione della

portata termica complessiva:

- non superiore a 116 kW: 2,00 m;

- superiore a 116 kW e sino a 350 kW: 2,30 m;

- superiore a 350 kW: 2,50 m.

La soglia del locale deve essere rialzata di almeno 0,20 m rispetto al pavimento; questa

impermeabilizzata, assieme alle pareti perimetrali costituisce un bacino di contenimento in

caso di fuoriuscita accidentale di combustibile.


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La centrale termica: caratteristiche costruttive


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La centrale termica: caratteristiche costruttive per combustibili gassosi


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La centrale termica: Decreti normativi di riferimento

D.M. 12 aprile 1996

Approvazione della regola tecnica di

prevenzione incendi per la progettazione,

la costruzione e l’esercizio degli impianti

termici alimentati da combustibili gassosi.

D.M. 23 luglio 2001

Modifiche ed integrazioni al DM 12 aprile

1996, relativamente ai nastri radianti ed ai

moduli a tubi radianti alimentati da

combustibili gassosi

D.M. 28 aprile 2005

Approvazione della regola tecnica di

prevenzione incendi per la progettazione,

la costruzione e l'esercizio degli impianti

termici alimentati da combustibili liquidi


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La centrale termica: Dimensioni indicative


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Le centrali termiche: componenti funzionali

Le apparecchiature accessorie al funzionamento dei generatori di calore e presenti nella centrale termica

sono:

- Uno o più generatori di calore

- Elettropompe di circolazione

- Collettori di distribuzione alle utenze

- Vasi di espansione

- Scambiatori di calore

- Serbatoi accumulo acqua calda sanitaria

- Sistema regolazione automatica

- Organi controllo sicurezza a norma ISPESL

- Camini

- Linea adduzione carburanti (gas e gasolio)

- Serbatoi di stoccaggio per impianti a gasolio e GPL

- Quadro elettrico


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Le centrali termiche: componenti funzionali


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Le centrali termiche La localizzazione classica della centrale termica è prevista:

- al piano cantinato,

- all’ultimo piano dell’edificio (piano di copertura)

- locali completamente separati dall’edificio stesso (soluzione più frequente nei grossi

impianti di ospedali, centri commerciali, impianti di quartiere ecc.)

Il d.m. 16/5/87 n° 246 “Norme di sicurezza

antincendi per gli edifici di civile abitazione”

fornisce le indicazioni precise riguardanti le

possibili ubicazioni delle centrali termiche in

funzione della tipologia dell’edificio e del tipo di

combustibile utilizzato.


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La localizzazione delle centrali termiche La posizione della centrale termica è vincolata in parte dalla presenza “ingombrante” delle

canne fumarie verticali che possono essere interne o esterne all’edificio.

Posizione quanto più possibile baricentrica della centrale termica rispetto all’edificio allo

scopo di ridurre i tratti orizzontali delle tubazioni che collegano la centrale stessa alle varie

utenze.

È conveniente la collocazione che la vede prossima agli spazi previsti per il passaggio delle

tubazioni stesse (cavedi, cunicoli ecc.)

Dal punto di vista funzionale, dalla centrale si diramano le tubazioni (mandata e ritorno

dell’acqua calda) che collegano le varie utenze.

La localizzazione della centrale termica, dovrà tenere conto del tipo di combustibile

utilizzato e quindi del sistema di alimentazione (liquido da serbatoio e gassoso con

collegamento al contatore principale).


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La localizzazione delle centrali termiche

Per i complessi costituiti da più edifici o comunque da utenze di grande potenzialità la soluzione più

idonea è quella di posizionare la centrale termica all’esterno dell’edificio


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La localizzazione delle centrali termiche

Installazioni in locali esterni

La norma prescrive che i locali atti ad ospitare i macchinari siano ad uso esclusivo e realizzati in

materiali incombustibili.

Installazione in locali inseriti nella volumetria del fabbricato servito

Gli impianti termici possono essere installati in qualsiasi locale del fabbricato che abbia almeno una

parete, di lunghezza non inferiore al 15% del perimetro, confinante con spazio scoperto o strada

pubblica o privata scoperta o, nel caso di locali interrati, con intercapedine ad uso esclusivo, di sezione

orizzontale netta non inferiore a quella richiesta per l’aerazione, larga almeno 0,6 m ed attestata

superiormente su spazio scoperto o strada scoperta.


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I rendimenti di emissione e distribuzione


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Si definisce rendimento di emissione il rapporto tra l’energia richiesta per il riscaldamento degli ambienti con un sistema di emissione in grado di fornire una temperatura ambiente con uniformità ed uguale nei vari ambienti e l’energia richiesta per il riscaldamento degli stessi ambienti con l’impianto di emissione reale. Il rendimento di emissione negli impianti di riscaldamento ad acqua calda è determinato, oltre che dalla scelta, dalla posizione dei terminali e dalla temperatura media di esercizio. Queste scelte influenzano il campo di temperatura reale negli ambienti riscaldati, determinando un aumento localizzato delle dispersioni (si pensi ad esempio alla temperatura sul retro di un radiatore, che genera una differenza di temperatura localizzata molto elevata rispetto al resto del locale). Nel caso di sistemi ad aria il rendimento di emissione è determinato dal posizionamento delle bocchette di immissione e di estrazione, nonché dalla diffusione dell’aria negli ambienti. Norme di riferimento per la determinazione della potenza termica nominale e della potenza termica

nelle diverse condizioni di impiego, per alcuni dei terminali di emissione:

- UNI EN 442 per i radiatori e termoconvettori;

- UNI EN 14037 per le strisce radianti prefabbricate montate a soffitto;

- UNI EN 1264 per i sistemi ed i componenti di riscaldamento a pavimento;

- UNI EN 1397 per i ventilconvettori ad acqua.


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Il carico termico medio annuo, espresso in W/m3 è ottenuto dividendo il fabbisogno annuo di energia termica utile Qh espresso in Wh, per il tempo

convenzionale di esercizio dei terminali di emissione, espresso in ore, e per il volume lordo riscaldato del locale o della zona espresso in metri cubi.

33

2

2

m

W

mVanno

hh

mSannom

WhQ

rr

uh


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(*) Il rendimento indicato è riferito ad una temperatura di mandata dell'acqua di 85 °C. Per parete riflettente, si incrementa il rendimento di 0,01. In presenza di parete esterna non isolata (U > 0,8

W/m2 K) si riduce il rendimento di 0,04. Per temperatura di mandata dell'acqua ≤65 °C si incrementa il rendimento di 0,03.

(**) I consumi elettrici non sono considerati e devono essere calcolati separatamente. (****) I dati forniti non tengono conto delle perdite di calore non recuperate dal pavimento verso il terreno;

queste perdite devono essere calcolate separatamente


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Tipologie di sistemi di emissione per locali con altezza MINORE di 4 m principalmente

radiativi principalmente

convettivi


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Per ambienti riscaldati di altezza maggiore di 4 m, i rendimenti di emissione dipendono non solo dal carico termico medio annuale, ma sono fortemente influenzati dalla tipologia e dalle

caratteristiche dei componenti, dalle modalità di installazione e dalle caratteristiche stesse dell'edificio.


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Tipologie di sistemi di emissione per locali con altezza MAGGIORE di 4 m

principalmente radiativi


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Terminali di erogazione Nel caso dell’aerotermo il ventilatore costituisce l’ausiliario del sistema di emissione, mentre la pompa di circolazione del fluido termovettore è l’ausiliario del sistema di distribuzione. Nel caso del generatore d’aria calda è opportuno assegnare la potenza elettrica ausiliaria del ventilatore al sistema di emissione, mentre la potenza elettrica del bruciatore al sistema di generazione. Per quanto riguarda il riscaldatore ad infrarosso, la potenza elettrica dello stesso va assegnata al sistema di emissione. I nastri radianti infine, alimentati esternamente con acqua o vapore caldo ottenuto da altro sistema, vedono assegnare al sistema di distribuzione l’eventuale presenza di un circolatore. Se si tratta invece di strisce radianti, che montano un bruciatore e quindi riscaldano le tubazioni direttamente con i fumi di combustione del gas, la potenza elettrica necessaria al funzionamento del bruciatore si associa al sistema di generazione, se possibile.


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Sottosistema di distribuzione

Nel caso di impianti autonomi e impianti centralizzati con tipologie comuni di reti di distribuzione, i valori del rendimento di distribuzione può essere ricavato da prospetti

semplificativi


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I valori dei prospetti si riferiscono a distribuzione con temperatura variabile, con temperature di mandata e ritorno di progetto di 80 °C/60 °C.

Per temperature di progetto differenti si applicano i coefficienti di correzione dei rendimenti

del prospetto seguente.

d corretto

i componenti degli impianti di condizionamento e ......2016/05/07 · a. frattolillo – impianti...

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