Rapporto N. H.0906.S.633 EMCP

Transcript

1 Rapporto N. H.0906.S.633 EMCP Riscaldamento di fabbricati industriali Comparazione tra i flussi termici verso il terreno in presenza di riscaldamento con pannelli radianti a soffitto e di riscaldamento a pavimento Incaricato:: HLK Stuttgart GmbH Pfaffenwaldring 6A Stuttgart Committente: EMCP Gartenstraße Groß-Umstadt Stoccarda, Prof. Dr.-Ing. M. Schmidt Dr.-Ing. Chr. Beck

2 Riscaldamento capannoni industriali: Comparazione pannelli radianti a soffitto - riscaldamento a pavimento Pagina 2/2 Indice dei contenuti 1 Descrizione dello studio Condizioni al contorno Capannone adibito a produzione industriale Dati meteorologici Composizione del pavimento / Terreno Risultati dei calcoli Riscaldamento a pavimento Riscaldamento con pannelli radianti a soffitto Conclusioni Allegato

3 Riscaldamento capannoni industriali: Comparazione pannelli radianti a soffitto - riscaldamento a pavimento Pagina 3/3 1 Definizione dello studio Nel caso di un capannone industriale, devono essere determinati i flussi termici verso il terreno ed attraverso il terreno verso l ambiente. Il capannone viene riscaldato con le stesse modalità con un sistema a pannelli radianti a soffitto e con un sistema di riscaldamento a pavimento. I calcoli di queste dispersioni termiche attraverso la soletta contro terra vengono eseguiti ipotizzando diverse condizioni per quanto concerne il terreno al di sotto del capannone. 2 Condizioni al contorno 2.1 Capannone adibito a produzione industriale La figura 1 illustra il capannone selezionato adibito a produzione industriale. La temperatura ambiente richiesta è di 18 C nei giorni lavorativi. N.4 file di lucernari: ca. 15% della superficie totale, k=3,0 W/m²K Larghezza: 1,7m Lunghezza: 89m Allineamento simmetrico Edificio confinante adiacente 10m 10m 100m 33m 10m 10m 12,5m 12,5m 50m 33m 66m 33m Tetto e pareti: k=0,35 W/m²K N.2 porte sul lato lungo, allineamento simmetrico, k=3,0 W/m²K Altezza: 3,5m Larghezza: 3m N.3 file di finestre: ca. 12% della superficie laterale, k=1,4 W/m²K Larghezza: 4m Altezza: 10m Allineamento simmetrico Pavimento: resistenza termica equivalente R = 5 m²k/w N.3 porte sul lato frontale, allineamento simmetrico, k=3,0 W/m²K Altezza: 5,5m Larghezza: 5m Zona da servire: Altezza 2m, Distanza dalla parete esterna: 1,5m Temperatura interna: 18 C (5 giorni) 14 C (fine settimana) Figura 1: capannone industriale

4 Riscaldamento capannoni industriali: Comparazione pannelli radianti a soffitto - riscaldamento a pavimento Pagina 4/4 2.2 Dati Meteorologici E stata stabilita una temperatura esterna di progetto di 12 C. 2.3 Composizione del pavimento / Terreno La figura 2 mostra, in linea di principio, la composizione del pavimento del capannone. I calcoli vengono eseguiti A) senza isolamento (6 cm) B) con isolamento (6 cm) al di sotto della soletta contro terra. Per il terreno viene fissato anche il dato relativo alla distanza dalla falda freatica (vedere tabella 1). Questo sarà poi modificato in una seconda fase. In tal modo può essere valutata l influenza di tale grandezza sul risultato. Nel caso del riscaldamento a pavimento, la temperatura della superficie del pavimento rivolta verso l alto si regola in base all emissione termica richiesta. Nel caso del riscaldamento con pannelli radianti a soffitto, il valore viene fissato a 20 C (temperatura del capannone: 18 C). Tale valore, superiore rispetto alla temperatura dell aria, tiene conto dell effetto dell irraggiamento dei pannelli radianti a soffitto sul pavimento dell edificio stesso. Tubo del riscaldamento a pavimento Diametro: 2cm Temperatura acqua: 48 C Superficie superiore del pavimento 20 C con pannelli radianti a soffitto Temperatura ambiente esterna: -12 C Trasmittanza: 22 W/m²K Calcestruzzo 25cm 15cm Isolamento 6cm Terreno 5m (10m per la variante 2) Falda freatica: 12 C Figura 2: Composizione del pavimento del capannone industriale Calcestruzzo Terreno Isolamento (PU) Densità [kg/m³] Capacità termica [J/kgK] Conduttività termica [W/mK] 2,1 2,1 o 1,5 0,031 Tabella 1: Dati relativi ai materiali utilizzati

5 Riscaldamento capannoni industriali: Comparazione pannelli radianti a soffitto - riscaldamento a pavimento Pagina 5/5 3 Risultati dei calcoli 3.1 Riscaldamento a pavimento industriale La tabella 2 mostra i risultati del calcolo del flusso termico verso il terreno utilizzando i dati sopra definiti con temperatura dell acqua di 48 C e conduttività termica del terreno λ = 2,1 W/mK. La definizione di ciascun flusso termico parziale si trova alla figura A5 nell allegato al presente rapporto. I flussi termici laterali si determinano sull intera lunghezza di 100 m. I flussi termici sulla parte frontale si calcolano sulla larghezza di 50 m. La superficie del pavimento è di m². La distanza dalla falda freatica è di 5 m. Riscaldamento a pavimento senza isolamento (Temperatura dell acqua nel tubo: 48 C) Riscaldamento a pavimento con isolamento (Temperatura dell acqua nel tubo: 48 C) Flusso termico attraverso la superficie inferiore del pavimento [W] del pavimento ( calcestruzzo) [W] del pavimento ( isolamento) [W] 0 32 del pavimento ( calcestruzzo) [W] del pavimento ( isolamento) [W] 0 16 Somma [W] Tabella 2: Flussi termici calcolati con e senza isolamento termico, con una temperatura dell acqua di 48 C La riduzione del flusso termico ottenuta con l isolamento è pari a circa il 40%. La tabella 3 mostra le stesse grandezze, avendo però fissato la distanza della falda acquifera dal pavimento compresa entro i 10 m (contro i precedenti 5 m) ed una conduttività termica del terreno inferiore (λ = 1,5 W/mK invece dei precedenti 2,1 W/mK). Questo caso serve ad evidenziare fino a che punto la composizione al di sotto del capannone (falda freatica, tipo di terreno) abbia effetto sui risultati dei calcoli. Come ci si poteva aspettare, il flusso termico verso il terreno si riduce a circa il 50% del valore originario. La riduzione del flusso termico attraverso l isolamento in questo caso è pari a circa il 20%.

6 Riscaldamento capannoni industriali: Comparazione pannelli radianti a soffitto - riscaldamento a pavimento Pagina 6/6 Riscaldamento a pavimento senza isolamento (Temperatura dell acqua nel tubo: 48 C) Riscaldamento a pavimento con isolamento (Temperatura dell acqua nel tubo: 48 C) Flusso termico attraverso la superficie inferiore del pavimento [W] del pavimento ( calcestruzzo) [W] del pavimento ( isolamento) [W] 0 34 del pavimento ( calcestruzzo) [W] del pavimento ( isolamento) [W] 0 17 Somma [W] Tabella 3: Flussi termici con temperatura dell acqua di 48 C e differente composizione del terreno 3.2 Riscaldamento con pannelli radianti a soffitto La tabella 4 riporta gli stessi valori della struttura originaria del pavimento (distanza dalla falda: 5m, terreno λ = 2,1 W/mK) Pannelli radianti a soffitto senza isolamento (Temperatura del pavimento: 20 C) Pannelli radianti a soffitto con isolamento (Temperatura del pavimento: 20 C) Flusso termico attraverso la superficie inferiore del pavimento [W] del pavimento ( calcestruzzo) [W] del pavimento ( isolamento) [W] 0 28 del pavimento ( calcestruzzo) [W] del pavimento ( isolamento) [W] 0 14 Somma [W] Tabella 4: Flussi termici calcolati con e senza isolamento termico ed una temperatura del pavimento di 20 C

7 Riscaldamento capannoni industriali: Comparazione pannelli radianti a soffitto - riscaldamento a pavimento Pagina 7/7 I valori calcolati si attestano significativamente al di sotto degli analoghi valori relativi al riscaldamento a pavimento. La riduzione del flusso termico attraverso l isolamento è pari a circa il 30%. La tabella 5 riporta i valori finali, avendo fissato una profondità della falda acquifera al di sotto pavimento compresa entro i 10 m (contro i precedenti 5 m) ed una conduttività termica del terreno inferiore (λ = 1,5 W/mK invece dei precedenti 2,1 W/mK). I valori si riducono rispetto a quelli precedentemente indicati, per quanto non nelle stesse proporzioni, come già verificatosi nel caso del riscaldamento a pavimento. La riduzione del flusso termico attraverso l isolamento in questo caso è pari a circa il 16% Pannelli radianti a soffitto senza isolamento (Temperatura del pavimento: 20 C) Pannelli radianti a soffitto con isolamento (Temperatura del pavimento: 20 C) Flusso termico attraverso la superficie inferiore del pavimento [W] del pavimento ( calcestruzzo) [W] del pavimento ( isolamento) [W] 0 29 del pavimento ( calcestruzzo) [W] del pavimento ( isolamento) [W] 0 14,5 Somma [W] Tabella 5: flussi termici calcolati con una temperatura del pavimento di 20 C e diversa composizione del terreno.

8 Riscaldamento capannoni industriali: Comparazione pannelli radianti a soffitto - riscaldamento a pavimento Pagina 8/8 4 Conclusioni I flussi termici calcolati variano tra circa 20 e 90 kw, secondo il sistema di riscaldamento utilizzato e la composizione del terreno (rispettivamente conduttività termica e profondità della falda freatica). I risultati indicano inoltre che il flusso termico verso il terreno, in presenza di un sistema di riscaldamento con pannelli radianti a soffitto, è significativamente inferiore rispetto al corrispondente valore misurato per un sistema di riscaldamento a pavimento. Si evidenzia che senza isolamento termico sotto la soletta i flussi termici con un sistema di riscaldamento a pannelli radianti risultano addirittura inferiori ai valori corrispondenti misurati con un sistema di riscaldamento a pavimento con isolamento. Prendendo ad esempio il caso con conduttività del terreno λ = 2,1 W/mK e profondità della falda freatica di 5 m: Riscaldamento con pannelli radianti a soffitto, senza isolamento termico: W Riscaldamento a pavimento industriale, con isolamento termico: W Nel caso del riscaldamento a pavimento, ciò significa che, nonostante l aggiunta dell isolamento termico, si riscontra un aumento delle dispersioni di circa il 50%.

9 Riscaldamento capannoni industriali: Comparazione pannelli radianti a soffitto - riscaldamento a pavimento Pagina 9/9 5 Allegato - Andamento delle temperature nel terreno - Definizione dei flussi termici parziali sul pavimento del capannone

10 Riscaldamento capannoni industriali: Comparazione pannelli radianti a soffitto - riscaldamento a pavimento Pagina 10/10 Figura A1: Riscaldamento a pavimento senza isolamento Figura A2: Riscaldamento a pavimento con isolamento

11 Riscaldamento capannoni industriali: Comparazione pannelli radianti a soffitto - riscaldamento a pavimento Pagina 11/11 Figura A3: Riscaldamento con pannelli radianti a soffitto, pavimento del capannone senza isolamento Figura A4: Riscaldamento con pannelli radianti a soffitto, pavimento del capannone con isolamento

12 Riscaldamento capannoni industriali: Comparazione pannelli radianti a soffitto - riscaldamento a pavimento Pagina 12/12 Flusso termico attraverso la superficie laterale del pavimento ( calcestruzzo) Flusso termico attraverso la superficie frontale del pavimento (calcestruzzo o isolamento) Flusso termico attraverso la superficie laterale del pavimento ( isolamento) Calcestruzzo 25cm Isolamento 6cm Flusso termico attraverso la superficie inferiore del pavimento (calcestruzzo o isolamento) Terreno Profondità: 5 m (10m per la variante 2) Falda freatica Figura A5: Definizione dei flussi termici parziali sul pavimento del capannone