Le reti di distribuzione degli impianti di riscaldamento

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1 Corso di IMPIANTI TECNICI er l EDILIZIA Le reti di distribuione degli iianti di riscaldaento Prof. Paolo ZAZZINI Diartiento INGEO Università G. D Annunio Pescara.lft.unich.it Prof. Paolo ZAZZINI Diartiento INGEO Università G. D Annunio Pescara -.lft.unich.it

2 Fluido terovettore Fluido terovettore: fluido che trasorta il calore dal generatore agli utiliatori attraverso la rete di distribuione costituita dalle tubaioni L acqua e l aria sono i due fluidi utiliati er la distribuione del calore. Il calore secifico dell acqua (4,86 kj/kg K) è circa quattro volte sueriore a quello dell aria (,004 kj/kg K) er cui consente di adottare ortate inferiori e diaetri delle tubaioni iù iccoli. Inoltre l acqua ha solitaente coefficienti di scabio terico convettivo iù elevati di quelli dell aria Prof. Paolo ZAZZINI Diartiento INGEO Università G. D Annunio Pescara -.lft.unich.it

3 Deterinaione della ortata di alientaione del singolo coro scaldante I valori di ingresso ed uscita dell acqua nei cori scaldanti t in e t out erettono di deterinare la ortata di alientaione con la seguente relaione: V H O Q c ( t in t essendo: Q : otena terica che il coro scaldante eroga all abiente [kw] : ortata in volue dell acqua di alientaione [ H O /s] V c: calore secifico dell acqua = 4,86 [kj/kg K] : densità dell acqua = 000 [kg/ ] ( tin tout ): differena di teeratura dell acqua tra ingresso e uscita dal coro scaldante [ C] out ) Valori di riferiento del Dt ventilconvettori radiatori, aeroteri, iastre radianti annelli radianti 5 0 C 0 5 C 4 8 C Prof. Paolo ZAZZINI Diartiento INGEO Università G. D Annunio Pescara -.lft.unich.it

4 Per una tubaione a seione circolare si ottiene: d 4 V H O essendo: d: diaetro interno del tubo () v: velocità dell acqua nei tubi (/s) La velocità dell acqua ed il quadrato del diaetro della tubaione risultano ertanto inversaente roorionali er un certo valore della ortata. Si ottiene: d 4V H O Note la ortata e la velocità del fluido il diaetro della tubaione resta autoaticaente deterinato. Allo stesso, odo note ortata e diaetro resta deterinata la velocità. Prof. Paolo ZAZZINI Diartiento INGEO Università G. D Annunio Pescara -.lft.unich.it

5 Ogni tratto di tubaione uò essere interessato da un valore diverso della ortata in funione della configuraione scelta er la rete di distribuione (onotubo, a due tubi, a collettore colanare ) e della sua collocaione all interno del circuito. Eseio di deterinaione delle ortate nei vari tratti di un circuito V V6 E V H V5 D G V V4 Mandata A C B F Ritorno Tratto A: V A V V V V V V Tratto C: V C V V V Tratto D: V D V V Tratto E: V E V Tratto B: V B V V V Tratto F: V F V V V Tratto G: V G V 5 V 6 Tratto H: V H V 6 Prof. Paolo ZAZZINI Diartiento INGEO Università G. D Annunio Pescara -.lft.unich.it

6 Materiali utiliati nelle reti di distribuione Per le reti di distribuione i ateriali utiliati ossono essere etallici (acciaio, rae) o lastici (olietilene reticolato) Tra i ateriali etallici il rae è iù costoso a consente una iù agevole installaione otendo essere iegato a ano. E coercialiato con diaetro esterno fino a. Può essere giuntato er brasatura, cioè er infiltraione tra le arti da collegare sovraoste di una lega che fonde riscaldando le suerfici stesse. Il rae uò essere facilente deforato er urto o coressione er cui richiede articolare attenione all atto dell installaione ria del getto di cls. L acciaio di solito viene utiliato er diaetri sueriori a 0, fino a 6 ( = =5,4 ) Le giunioni si effettuano ediante saldatura autogena (er fusione), entre i collegaenti con gli aarecchi di utilio vengono fatti ediante raccordi, alicati ediante filettatura e/o saldatura. Oggi olto utiliate le tubaioni in ateriale lastico (rotoli da 00-0 ) che uniscono ad una buona resistena eccanica una notevole selicità di installaione graie anche al eso ridotto. Prof. Paolo ZAZZINI Diartiento INGEO Università G. D Annunio Pescara -.lft.unich.it

7 Deterinaione delle erdite di carico nel circuito Il oto di un fluido in un circuito è sere caratteriato da erdite di energia (cadute di ressione) Le erdite di carico si dividono in: DISTRIBUITE e CONCENTRATE Perdite di carico distribuite D d : erdite di energia dovute all attrito che si svilua lungo le tubaioni Perdite di carico concentrate D c : erdite di energia dovute a singolarità o discontinuità concentrate coe valvole, raccordi, collettori, curve a goito, brusche variaioni di seione della tubaione, etc. Prof. Paolo ZAZZINI Diartiento INGEO Università G. D Annunio Pescara -.lft.unich.it

8 Le erdite di carico distribuite su un tratto di tubaione di lunghea l e diaetro d si ossono calcolare con la forula: D d f l d essendo f un fattore d attrito che diende dalle condiioni del oto e dalla rugosità del condotto Le erdite di carico concentrate si ossono calcolare, er ciascuna singolarità, nel odo seguente: D c essendo un coefficiente che diende dal tio di erdita localiata. In alternativa sono riconducibili a erdite distribuite lungo lunghee equivalenti di tubaione Lunghea equivalente: lunghea di un tratto di tubaione in cui si ha una erdita di carico distribuita equivalente a quella rodotta dalla discontinuità considerata. Prof. Paolo ZAZZINI Diartiento INGEO Università G. D Annunio Pescara -.lft.unich.it

9 Valori di er varie erdite di carico concentrate Discontinuità Sibolo Diaetro () Curva a 90,5,0 0,5 0,5 Goito a 90 Curva a U larga Curva a U stretta,0,5,0,0,0,0 Valvola 6,0,0 9,0 7,0 Raccordo a «T»,0 Diraaione,5 Restriione 0,5 Allargaento,0 Poa 5,0 Prof. Paolo ZAZZINI Diartiento INGEO Università G. D Annunio Pescara -.lft.unich.it

10 La soa delle erdite di carico distribuite e concentrate fornisce la erdita di carico totale del circuito considerato D D d D c In entrabi i casi le erdite di carico sono roorionali alla ressione v cinetica del fluido er cui anche le erdite di carico totali sono roorionali a tale terine Analisi diensionale: kg s kg s N Pa Prof. Paolo ZAZZINI Diartiento INGEO Università G. D Annunio Pescara -.lft.unich.it

11 Equaione di bilancio dell energia I vari tratti del circuito di un iianto di riscaldaento ossono essere considerati coe sistei aerti in cui è ossibile alicare il rinciio di conservaione dell energia nella fora seguente: I Princiio della Terodinaica in fora entalica er sistei aerti q h h l ' g ( ) R J kg Seione Seione L equaione scritta ette in evidena che il calore scabiato dal sistea (fluido) con l esterno equivale alla soa delle variaioni di entalia, di energia oteniale, di energia cinetica e di una certa quantità di lavoro utile, a una arte viene erso er fenoeni dissiativi (R) che sere hanno luogo in una tubaione. Prof. Paolo ZAZZINI Diartiento INGEO Università G. D Annunio Pescara -.lft.unich.it

12 Prof. Paolo ZAZZINI Diartiento INGEO Università G. D Annunio Pescara -.lft.unich.it Ricordando che: u v u h si ottiene: R g l u u q ) ( ' Considerando l acqua un fluido incoriibile, quindi a densità costante, ossiao scrivere: R g l u u q ) ( ' : : int : kg densità kg secifico volue v kg J secifica erna energia u in cui:

13 Prof. Paolo ZAZZINI Diartiento INGEO Università G. D Annunio Pescara -.lft.unich.it Iotiiao a questo unto che non ci siano scabi di calore con l esterno (q = 0) e che il sistea non subisca variaioni di energia interna, che è lausibile iotiando inie variaioni di teeratura e assena di fenoeni di cabiaento di stato. che raresenta l equaione di bilancio dell energia er un fluido incoriibile in oto in un condotto, in cui tutti i terini sono energie secifiche [J/kg] Nell equaione scritta si uò ettere in evidena il lavoro utile scabiato dal sistea con l esterno: R g l ) ( ' 0 ) ( ' R g l Si ottiene:

14 Coe è noto il lavoro utile è quello che il fluido in oto nel condotto scabia con l esterno attraverso un organo eccanico dotato di girante, tiicaente una oa di circolaione Si tratta di un lavoro subito dal fluido quindi negativo. Tenendo conto del segno eno davanti al sibolo l, il rio ebro dell equaione è dunque ositivo e uò essere indicato con il sibolo l oa che esrie il lavoro coiuto dalla oa sull unità di assa di fluido tra le seioni e. l oa g ( ) Se sono noti l oa e la ortata in assa M, si uò calcolare la otena che la oa irie al fluido oltilicandoli tra loro R J kg P oa M l oa kg s J kg J s W Prof. Paolo ZAZZINI Diartiento INGEO Università G. D Annunio Pescara -.lft.unich.it

15 Prof. Paolo ZAZZINI Diartiento INGEO Università G. D Annunio Pescara -.lft.unich.it Di fatto tutti i terini dell equaione hanno le diensioni di una ressione e si isurano in Pa e con D oa indichiao la ressione che la oa irie al fluido che rende il noe di revalena. La revalena della oa è dunque data dalla soa della variaione di ressione statica, di quella di quota, di quella cinetica e delle cadute di ressione (D), che costituiscono le erdite di carico del circuito. g oa D D ) ( Moltilicando tutti i terini dell equaione er la densità, si ottiene il lavoro er unità di volue che la oa coie sul fluido, che ha le diensioni di una ressione: R D in cui: Pa J kg kg J Pa N N J Infatti:

16 In un circuito terico, coe quello scheaticaente raresentato in figura, tra le seioni e considerando il circuito ercorso in senso orario, si ha: D oa g ( ) D oa D D La revalena della oa serve a vincere le erdite di carico del circuito, che saranno distribuite er l attrito che si svilua lungo il circuito stesso e concentrate er le discontinuità e gli organi eccanici inseriti. Prof. Paolo ZAZZINI Diartiento INGEO Università G. D Annunio Pescara -.lft.unich.it

17 Prof. Paolo ZAZZINI Diartiento INGEO Università G. D Annunio Pescara -.lft.unich.it Rirendiao l equaione generale di bilancio energetico er il fluido incoriibile in oto: 0 ) ( ' R g l Iotiiao che nel tratto di circuito considerato non agiscano oe di circolaione (l = 0) e che il fluido sia non viscoso, quindi che non coorti erdite er attrito (R = 0) In queste iotesi si ottiene: 0 ) ( 0 ) ( g g che raresenta la faosa equaione di Bernoulli valida er il oto di un fluido incoriibile e non viscoso.

18 L equaione di Bernoulli affera ertanto che, se un fluido incoriibile e non viscoso si uove in un condotto, resta costante la soa delle ressioni statica, di quota e cinetica (trinoio di Bernoulli). Prof. Paolo ZAZZINI Diartiento INGEO Università G. D Annunio Pescara -.lft.unich.it te g g g g cos tan 0 ) ( Si ha:

19 Metodo di diensionaento delle reti a erdita di carico distribuita unitaria costante Esigene contrastanti: Elevate velocità coortano elevate erdite di carico elevata revalena della oa di circolaione a iccoli diaetri Basse velocità coortano al contrario iccole erdite di carico bassa revalena della oa di circolaione a grossi diaetri Si ione un valore costante della erdita distribuita er unità di lunghea (D d,u ) ritenuto ottiale in base a criteri di iniiaione del costo dell iianto, coreso tra 00 e 50 Pa/ D d f 00 50, d u Pa Prof. Paolo ZAZZINI Diartiento INGEO Università G. D Annunio Pescara -.lft.unich.it

20 Nei roblei iiantistici, la ressione viene a volte esressa in illietri di colonna d acqua. Un illietro di colonna d acqua corrisonde ad un illesio del etro di colonna d acqua. Un etro di colonna d acqua corrisonde alla ressione esercitata dal eso di una colonna d acqua alta su una suerficie ari ad etro quadro. kg kg M g V g 0 9,806 s N 9806 s A A Pa c. a Pa Pa c. a. c. a. 9,806 Pa Pa c. a ,806 Analogaente, la ortata in volue uò essere esressa in litri er ora: h 0 l h l h 0 h Prof. Paolo ZAZZINI Diartiento INGEO Università G. D Annunio Pescara -.lft.unich.it

21 Fissate la ortata e la erdita di carico distribuita unitaria, con tali valori si entra in un diagraa er il diensionaento delle reti di distribuione (solitaente fornito dai costruttori) e si deterina un unto cui corrisondono un valore del diaetro ed il corrisondente valore di velocità. E consigliabile antenere una velocità dell acqua inferiore a 0,7-0,8 /s er evitare ruori, danni alle valvole ed erosione dei tubi in rae secie in corrisondene di curve strette. Eseio: h V H O l 0 V 0 HO h h l h Si adotta il etodo a erdita di carico distribuita unitaria costante D u d, 00 Pa Pa 00 Pa c. a. 00 0, 9,806 9,806 c. a. Prof. Paolo ZAZZINI Diartiento INGEO Università G. D Annunio Pescara -.lft.unich.it

22 H 000 V O l h c. a. D d, u 0 d 4 " 5,4,5,75 v 0,4 0,6 s Da: Idraulica n. 8 Giugno Caleffi Prof. Paolo ZAZZINI Diartiento INGEO Università G. D Annunio Pescara -.lft.unich.it

23 Calcolo delle erdite di carico distribuite e concentrate Si seleiona il circuito iù sfavorito dell iianto, noralente quello che coorta il ercorso iù lungo tra andata e ritorno, e si calcolano, er esso, le erdite di carico distribuite totali D D d d, u l dove l raresenta la lunghea del circuito considerato A questo unto, sere con riferiento al circuito iù sfavorito, si deterinano tutte le erdite di carico concentrate e si soano er avere la erdita di carico concentrata totale del circuito iù sfavorito n D c D c essendo: n: nuero di erdite concentrate del circuito iù sfavorito D c : soa di tutte le erdite di carico concentrate del circuito iù sfavorito [Pa] D c,i : erdita di carico concentrata iesia [Pa] i, i Prof. Paolo ZAZZINI Diartiento INGEO Università G. D Annunio Pescara -.lft.unich.it

24 Le erdite di carico concentrate si ossono calcolare in alternativa col etodo della lunghea equivalente: D n c Dd, i Leq, i i essendo: n: nuero di erdite concentrate del circuito iù sfavorito D c : soa di tutte le erdite di carico concentrate del circuito iù sfavorito [Pa] D d,i : erdita di carico distribuita equivalente alla iesia erdita di carico concentrata del circuito iù sfavorito [Pa/] L eq,i : lunghea equivalente corrisondente alla iesia erdita di carico concentrata del circuito iù sfavorito [] Soando erdite di carico concentrate e distribuite si ottengono le erdite di carico totali del circuito iù sfavorito D tot D d D c Questo dato serve a diensionare la oa di circolaione Prof. Paolo ZAZZINI Diartiento INGEO Università G. D Annunio Pescara -.lft.unich.it