APPLICAZIONI & DIMENSIONAMENTO 1. INTRODUZIONE

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1 PPLIZIONI & DINSIONNTO 1. INTRODUZION Le alole di regolazione ono uelle apparecchiature in un anello di regolazione che, azionate da un egale di un controllore, goernano la uantità d'energia (utilizzando come mezzo l'acua o il apore). Queti apparecchi di controllo i troano in tutti i itemi di ricaldamento, entilazione e condizionamento dell'aria. La corretta elezione è molto importante per la controllabilità dell'anello di regolazione pecificato e per la oddifazione del cliente. L'apparecchio di regolazione (alola ed attuatore) dee eere celto in accordo ai reuiiti di progettazione dell'applicazione e dee riultare in una lineare coerenza fra il egnale in ucita e la ariabile controllata. 2. ONSIDRZIONI SUL DINSIONNTO L'PPLIZION Se il itema dee eere preparato per la conneione ad una rete di telericaldamento, i potricaldamenti ambiente (radiatori, conettori e batterie di ricaldamento) deono eere collegati con alole a 2 ie, in accordo ai itemi 1 o 2 e dimenionati per temperature d'acua di 80 /40, in bae alle temperature eterne predominanti. Nel cao in cui i poricaldamenti d'aria iano dimenionati per una temperatura di ritorno di 50, il gruppo di ricaldamento dell'aria dee eere empre collegato alla caldaia in una configurazione di bypa, con una alola a 3 ie controllata automaticamente. iò garantice una ufficiente eleata temperatura di ritorno. Se i ricaldatori dell'aria deono eere collegati ad una rete di telericaldamento, le pecifiche per la loro temperatura e preione deono eere adeguate per tale funzionamento. Se non ci ono probabilità di un ucceio collegamento ad una rete di telericaldamento, il itema dee eere dimenionato per funzionare a 80 /60 in bae alle temperature eterne predominanti. I ricaldatori deono eere collegati con alole a 2 ie, in una configurazione di bypa (itema 2), che conente il calcolo attraero la caldaia, o con una alola a 3 ie (itema 4). Selezionare la configurazione che realizza un itema meno cotoo. I potricaldamenti per aria eterna o per una micela aria eterna aria di ricircolo deono eere empre corredati di pompa di circolazione per preenire il gelo. Se ono impiegati ueti ricaldatori, dee eere intallato un termotato antigelo nella tubazione più baa dell'acua, per arretare automaticamente il entilatore di mandata e chiudere le errande di aria eterna in cao di richio di gelo.

2 2.1 Parametri aratteritici alore - K Il alore K indica la capacità di portata d'acua della alola. aratterizza il olume di portata d'acua [m3/h] miurando una preione differenziale di 1 bar. alore - Negli Stati Uniti, è normalmente uato il alore ed è relatio alla di portata [gal/min] per ottenere una preione differenziale alla alola di 1pi [lb/ in]. alore - K S K k Uando il alore - K, il alore - K è riferito alla ora H 100%. alore - Kr Il alore Kr definice il più piccolo alore di K, che oddifa le tolleranze delle caratteritiche delle alole. Qui di eguito alcuni alori di peo pecifico delle micele acua/glicole: alori eprei in ρ [kg/dm 3 ] a) icela di licolepropilene/cua (eempio: Höcht ntifrogen L) Temp. olume % di ntifrogen L 16% 25% 38% 47% 100% apacità di regolazione (Rangeability) S La rangeability S caratterizza la relazione fra alore - K e alore- Kr. S K / K r alcolo con i alori - K (Fluido cua) k / ( ) ( / k ) 2 k x ( ) Portata in [m 3 /h] Preione differenziale in [bar] b) icela licoletilene/cua (eempio: Höcht ntifrogen N) Temp. olume % di ntifrogen N 20% 27% 39% 52% 100% onerione per altri fluidi k x (ρ / ) ρ Peo pecifico in[kg/dm 3 ] Nelle applicazioni doe ono richiete le micele di acua e glicole, principalmente impiegate nei itemi di recupero di calore in applicazioni aria/acua, è necearia la conerione per le differenze di peo pecifico delle micele. Quete micele ono utilizzate per abbaare la temperatura di gelo, dello cambiatore di calore, douta all'aria eterna. N R5- -2

3 2.2 alole micelatrici o deiatrici ome indicato precedentemente, le alole a 3 ie ono impiegate per minimizzare le ariazioni di preione e di bilanciamento delle portate nei itemi. In ogni circuito di regolazione eite un punto di micela e di deiazione. Nelle nuoe realizzazioni la alola è intallata nel punto di micela. Quando i rinnoano gli impianti, dorebbero eere mantenute le alole deiatrici, e il circuito era tato progettato originariamente in uel modo. Fig. 1. alola a 3 ie come deiatrice 1 P p P 2 2 Fig. 3. Perdite di preione in un tipico circuito con alola a 3 ie micelatrice La perdita di preione per la alola elezionata arà, per una data portata. Per la tea portata la perdita di preione attraero il carico arà c. Preione all'otturatore : p p P c P P3 Pc3 c c 0 Fig. 2. alola a3 ie come micelatrice Fig. 4. alola a 3 ie con paaggio acua dalla porta aperta Perdita di preione attraero la alola a 3 ie La preione della pompa e la perdita di preione attraero la alola a 3 ie ono oente confue. Le alole a 3 ie hanno empre un certo paaggio d'acua aperto il che ignifica che la preione totale della pompa non influice ulla alola micelatrice.. Quale perdita di preione interea l'otturatore della alola? Ignorare la perdita di preione douta alle tubazioni ed alle cure dei tubi. hiudere il paaggio della alola 1. Il fluo nella deiazione attraero la alola di bilanciamento 3 è zero. Non c'è perdita di preione in ueta linea. Queto ignifica che la tea preione predomina nel punto di deiazione ed all'otturatore. Il fluo dal punto paa attraero il carico L e la porta della alola.. Fig. 5. alola a 3 ie con paaggio acua dalla porta aperta Perdita di preione attraero l'otturatore P p p p ( p ) plug Β Α c c c P plug c + Lo teo ragionamento i applica uando la porta è chiua. Quanto opra motra che la alola a 3 ie è influenzata olo dalla perdita di preione del circuito, doe il fluo è modificato dalla alola di micela. La perdita di preione addebitabile alla alola a 3 ie è uguale alla perdita totale della ia aperta al fluo, calcolata dal punto in cui la portata è diia alla porta comune della alola (). 0-3 N R5-

4 2.3 utorità della alola L'autorità della alola dee eere calcolata olo per la parte del circuito in cui la portata è influenzata dalla alola. ioè la alola di bilanciamento 2 in Fig. 3. Non influenza l'autorità della alola. c. alola a tre ie deiatrice Porta : Tubi D + Porta :. La alola a 3 ie agice ulla portata nelle parti eguenti della rete idraulica ( eidenziate nelle figure): a. alola a tre ie deiatrice Porta : Tubi + perdita di preione attraero. Porta :. * Fig. 6. alola a tre ie deiatrice Fig. 8. alola a tre ie deiatrice β + ΑD + β + + Α d. alola a tre ie micelatrice Porta : Tubi + D. Porta :. D b. alola a tre ie micelatrice Porta : Tubi + perdita di preione attraero. Porta :. ST-D * Fig. 9. alola a tre ie micelatrice Fig. 7. alola a tre ie micelatrice β + Α + D β + + Α Per le parti eidenziate la perdita di preione in Fig. 8. e Fig. 9. Sono relatiamente piccole. L'autorità uindi delle alole a tre ie è oente icino a 1.a per mantenere la corretta caratteritica della alola di regolazione non biogna cegliere una alola con un inferiore a 3kPa. N R5- -4

5 3. DINSIONNTO Sitema 1 Sitema 5 1 Fig. 10. La batteria di prericaldamento può eere oggetta a gelo Sitema 2 Fig. 14. Sitema con circuito primario e econdario a portata cotante Sitema 6 Fig. 11. Sitema di potricaldamento in cai non oggetti a gelo Fig. 15. Sitema di ricaldamento collegato alla rete di telericaldamento Sitema 7 Sitema 3 Fig. 12. ircuito radiatore collegato alla caldaia Fig. 16. Sitema acua calda erizi collegato alla rete di telericaldamento Sitema 4 Fig. 13. Sitema con circuito primario e econdario a portata cotante -5 N R5-

6 3.1 Sitema 1, alola a 2 ie con pompa primaria Fig. 17. alola a 2 ie con pompa primaria Funzioni e caratteritiche ircuito primario : regolazione portata, temperatura cotante ircuito econdario: regolazione temperatura, portata cotante ollegato alla rete di telericaldamento con la richieta di minima temperatura di ritorno Impianto di ricaldamento con lunghi percori di tubazioni randi ricaldatori d'aria non oggetti a gelo Dimenionamento alola uilibrio termico ( t t ) ( t t ) p p r r Dimenionare la pompa per la portata nel circuito econdario e la perdita di preione totale nel circuito. H La perdita di preione nei tubi del lato primario è tracurabile. K H STD-P p 36 p 1 H ( kpa, / ) aratteritica della portata H 3-5kPa % (Logaritmica) H 5-10kPa Lineare odificata (OD.LIN) t p P L 3.2 Sitema 2, alola a 3 ie micelatrice con pompa primaria * STD-S P t Funzioni e caratteritiche ircuito primario: portata cotante ircuito econdario: portata ariabile, temperatura cotante La batteria non dee eere oggetta al gelo. on portata ariabile, ueta configurazione non fornice una temperatura uniforme nella batteria per aria. on piccole batterie eite il richio di pendolazioni con una regolazione a temperatura cotante dell'aria di mandata Dimenionamento della alola ß 0.5 eempio H c K 36 1 p ( kpa, / ) aratteritica della portata - Q% (Logaritmica) - Lineare (LIN) 3.3 Sitema 3, oiler, alola a 3 ie micelatrice Fig. 19. Portata cotante nella caldaia Funzioni e caratteritiche ircuito primario: portata ariabile, temperatura cotante ircuito econdario: Portata cotante, temperatura ariabile Sitema con caldaia locale Dimenionamento alola ß 1 F g H STD - P1 D c p P P2 STD -S t H STD -P P STD - Pc > D + H non meno di 3 kpa K 36 1 p ( kpa, / ) Fig. 18. alola a 3 ie micelatrice con pompa primaria aratteritica della portata Lineare. La reitenza del tubo D è coniderata tracurabile. N R5- -6

7 3.4 Sitema 4, Sitema con portata cotante nei circuiti primario e econdario 3.5 Sitema 5, Sitema con portata cotante nei circuiti primario e econdario Fig. 20. atteria in unità trattamento aria Funzioni e caratteritiche ircuito primario: portata cotante, regolazione temperatura ircuito econdario: portata cotante Queta configurazione per grandi batterie di raffreddamento e ricaldamento È adatta per collegamento a grandi caldaie doe ogni componente è controllato indiidualmente. ( ) ( ) t t t t g < t g g gr r g > t Dimenionamento alola Le ezioni di tubo -D e - ono parte della rete di ditribuzione in cui la portata è oggetta alla alola. utorità della alola, ß aratteritica di portata per : > 3kPa Κ 36 t gr P2 t g STD - H ( kpa, 1/ ) g P D (Lineare) * H 1 P1 STD -S t Fig. 21. Portata cotante nel circuito primario e econdario Funzioni e caratteritiche ircuito primario: portata cotante, temperatura cotante ircuito econdario: portata cotante, temperatura ariabile Le ariazioni di preione nel circuito primario non interfericono ul circuito econdario e ignifica anche che il circuito econdario non può interferire ul primario. Queta configurazione è impiegata nei grandi itemi con molteplici alole micelatrici - gruppi di bypa Dimenionamento alola La ezione di tubo D- è parte della rete di ditribuzione, in cui la portata è oggetta alla alola. La perdita di preione in D- è tracurabile, ciò ignifica che l'autorità della alola è ß 1, ma la alola dee eere calcolata per una perdita di preione di almeno 3kPa aratteritica di portata per : > 3kPa Κ P1 t g D t p g H 36 ( kpa, 1/ ) p P t (Lineare) P p P2 STD -P STD -S ilanciamento 1. hiudere il paaggio - di ed aiare le pompe P1 e P2. 2. Regolare STD-S, in modo che la portata nella batteria ia corretta 3. prire completamente il paaggio - di. 4. Regolare STD-, in modo da ottenere la portata primaria di progetto. -7 N R5-

8 3.6 Sitema 6, alola a 2 ie con pompa primaria acua/acua H P Fig. 22. Scambiatore di calore, itema di ricaldamento Funzioni e caratteritiche t P Regolazione della portata. Sitema di ricaldamento (gruppi radiatori e ricaldatori d'aria) collegato alla rete di telericaldamento con una richieta di minima temperatura di ritorno. È neceario uno cambiatore di calore fra i circuiti primario e econdario e la preione tatica e la temperatura del lato primario non ono compatibili con le apparecchiature del circuito econdario. Piccoli ricaldatori d'aria non oggetti al gelo Funzioni e caratteritiche Regolazione della portata. odulazione della preione in ecceo Sitema di acua calda erizi collegato alla rete di telericaldamento Sitema con richieta di minima temperatura primaria di ritorno Dimenionamento alola Η Κ 36 ( kpa, 1/ ) β p 05. Η aratteritica alola: Q% (Logaritmica) Dimenionamento alola Η Κ 36 ( kpa, 1/ ) β p 05. Η aratteritica della portata: Q% (Logaritmica) 3.7 Sitema 7, alola a 2 ie con pompa primaria acua/acua erizi Fig. 23. Scambiatore di calore, acua calda N R5- -8

9 oefficiente portata alola 4. SPI DI LOLO 4.1 Formule Ricaldamento: cua Ρ 418. w Τ Ρ 116. Τ ria Ρ 13. Τ apore 159. Ρ Definizioni e Unità di miura: Ρ kw m 3 /h w 1/ Α m 3 /h kg/h Temperature (alori tandard): Scambiatore di calore, primario, telericaldamento Τ 40K Scambiatore di calore, altro Τ 20Κ Scambiatore di calore, radiatori, itemi a baa portata (80-30K) Τ 50Κ Scambiatore di calore, batterie di raffreddamento Τ 5 10Κ Richiete di calore delle reidenze: Nuoi edifici 40 W/m 2 area abitata difici ben iolati 50 W m 2 area abitata difici non molto iolati 60 W/m 2 area abitata difici caramente iolati 100 W/m 2 area abitata cantine 15 W/m 2 area abitata alcolo del filaggio della alola utilizzando il metodo della temperatura: t g t g Fig. 24. alcolo del filaggio della alola utilizzando il metodo della temperatura b Α Liuidi K apore apore aturo apore urrical dato p Dp 117. Κ PRDIT DI PRSSION RITI 05. p p 1 Κ k Κ p 1 k t Κ Κ PRDIT DI PRSSION SU-RITI < 05. p p p2 K oefficiente di portata, m 3 /h con 1 bar oefficiente di portata, galloni US/min con 1pi p 1 Preione prima della alola, bar aolute p 2 Preione dopo la alola, bar aolute p Perdita di preione attraero la alola, p 1 - p 2, bar p Peo pecifico, kg/dm 3 (notare le unità) Portata di liuidi, m 3 /h Portata di apore, kg/h t Temperatura apore urricaldato, k Fattore di correzione per apore urricaldato alole collegate in parallelo Κ Κ + Κ + Κ 1 2 alole collegate in erie ( Κ ) ( Κ ) ( Κ ) enerale Quando i progetta un itema H, oente eite dell'incertezza riguardo l'ampiezza della perdita di preione attraero i ari componenti. Le eguenti informazioni dorebbero eere ufficienti per una tima approimata, ebbene dorebbero eere empre conultate le pecifiche dei cotruttori per effettuare dei calcoli corretti. 4.3 uida per una tima rapida Le eguenti ono le perdite di preione comunemente incontrate: g t t g t t r r b t t r t t g g Ρ perdita di preione ul lato primario degli cambiatori di calore. S perdita di preione ul lato econdario degli cambiatori di calore.

10 ollitore acua (rubinetto acua) 2 7kPa, 20kPa,max. P 10 30kPa, 50kPa,max. 4.4 alcoli empio 1 P Scambiatore di calore (rete radiatori) Scambiatore di calore (condizionatore aria) Scambiatore di calore (ciogli nee P 20kPa.max. 15kPa.max. H 100kPa 1,39 l/ 10 kpa Radiatori enza alole 05. kpa Sitemi a baa portata con radiatori con alole Dp 10 kpa Termoconettori Dp 5 20 kpa Fan coil Dp 5 20 kpa atterie Ric./Raffr. 5 20kPa aldaie cae unifamiliari 1 5kPa aldaie cae per appartamenti kPa ontatori acua, telericaldamento 15 P kpa Filtri 15 kpa Reitenza tubo tubo in rame 02. kpa/ m Reitenza tubo tubo in acciaio 04. kpa/ m Reitenza totale in una ottotazione /telericaldamento) 10 kpa Fig. 25. empio1 Per ottenere una portata di 1,39l/ nel circuito primario è necearia una perdita di preione di 10kPa. È diponibile una perdita di preione di 100kPa. alcolare il coefficiente di portata K e l'autorità β della alola. Soluzione p kPa 36 K Κ 5.27 Scegliere Κ utorità della alola, β Κ l/ 5.27 Dp kpa 6.3 β eere >0.5) STD (kpa. 1/ ) +40% % (un buon alore di β dorebbe La caduta di preione da creare nella alola di bilanciamento DH Dp Dp kPa empio 2 P H100kPa 20kPa + P100kW STD-P P STD-S Fig. 26. empio 2

11 Un prericaldatore d'aria dee fornire 100kW. Dimenionare. Dimenionare la pompa di circolazione, P. alcolare l'autorità della alola. Soluzione P T 1.16kW 100 (100-35) m 3 /h 0.37l/ La pompa P dee eere dimenionata per la portata 1.3 m 3 /h e 20kPa, più la rimanente perdita di preione nel circuito. Scegliere la pompa di dimenione maggiore più icina e compenare con STD-S empio 3, alola di regolazione La pompa P fornice una portata cotante nel circuito econdario e opperice alle perdite di preione nel circuito econdario dee eere dimenionata per l'intera perdita di preione, 100 kpa. 36 K DH utorità della alola, β 1.0 Scegliere il giuto alore di Κ Scegliere ST-P 1.33 (kpa, l / ) empio 4, Ricaldamento, circuito radiatori Richieta di calore 50 appartamenti, ciacuno con un'area media di 65 m 2. Una richieta di ricaldamento di 60W/m 2 dà P kW Similmente uno cantinato di 600m 2 con una richieta di ricaldamento di 15 W/m 2, dà 9kW. P tot kW empio 5, alola per radiatore 1 Ρ Τ (100 50) m / h 0.97l / Perdita di preione nel circuito Scambiatore di calore 35 P kpa ontatore dell'acua e tubazioni 25kPa kPa K bae - alore 3.68 Scegliere: K 4.0 aratteritica Q% (Logaritmica). utorità alola, β 90 β % % 2.9 Preione differenziale della alola) Può la alola primaria chiudere alla maima preione differenziale? È c (maimo ammiibile a caallo della alola) inferiore al maimo alore ammeo dalla combinazione attuatore, tipo di alola e dimenione della alola? Se la ripota è negatia il filaggio della alola arà ecceio (>0.05% di K ). 4.5 empi eplicatii Fluido cua empio 1 Tracciare la linea in Fig. 27. ondizioni: - Portata m³/h - Perdita di preione 0.9bar ( 90kPa) Troare: - alore di k Il punto di interezione delle due linee tracciate motra il alore di k 6.3. Riultato: Scegliere una alola con k 6.3m³/h Fluido apore empio 1 Tracciare la linea in Fig. 28. ondizioni: - aima portata di apore aturo S 370kg/h - Preione primaria alola p 1 2.8bar (aoluta) - Perdita di preione 0.6bar Troare: - alore di k Dal punto di interezione di p 1 2.8bar con 0.6bar potari orizzontalmente nell'area del alore di k. Quindi potari dalla portata di apore aturo S 370kg/h in giù erticalmente. Il punto di interezione fra la linea orizzontale e uella erticale è fra i alori di k 13.7 e 16. Riultato: Scegliere una alola con k 16.0m³/h Κ ( kpa, l / ) N R5-

12 empio 2 Tracciare la linea in Fig. 28. ondizioni: - aima portata di apore urricaldato S 1300kg/h - Preione primaria alola p 1 1.2bar (aoluta) - Perdita di preione 0.35bar - Surricaldamento t 100 Troare: - alore di k Dal punto di interezione di p 1 1.2bar con 0.35bar potari orizzontalmente nell'area del alore di k. Quindi dalla portata di apore urricaldato S 1300kg/h eguire parallelamente le linee e muoeri in u erticalmente al punto d'interezione con la linea orizzontale per il urricaldamento t 100. Da ueto punto potari in u erticalmente. Il punto d'interezione con la linea tracciata orizzontalmente motra un alore di k 100. Riultato: Scegliere una alola con k 100m³/h

13 DIR 1 Dimenionamento ks, Fluido cua water column mmws 500, ,0 k 630 S , ,0 20, , ,0 5,0 2, ,3 4, ,0 0,5 0,2 2,5 1,6 1,0 0, ,40 0,1 0, waterflow Q (m /h) mbar waterflow Q (l/h) 0,1 0,2 0,3 0,5 1,0 5, kpa preure drop - Fig. 27. empio di dimenionamento di k S, fluido acua -13 N R5-

14 DIR 2 Dimenionamento ks, Fluido apore uperheating t in K aturated team, (kg/h) uperheated team, (kg/h) preure drop in bar prepreure abolute p 1 in bar (kpa) critical preure ratio Fig. 28. empio di dimenionamento di k S, fluido apore N R4- -14

15 LNO DI TRILI DLL PRTI DLL LOL alola orpo Stelo Otturatore Sede uarnizione tenuta telo Lubrificazione enza Silicone 5822/32 Ottone/Rg5 Ottone /PD Ottone PD *) 5823, Rg5 Ottone /PD Rg5 PD *) 5833/5832, DN25-40 Rg5 Ottone Rg5/ Ottone PD *) 5823,/33, Rg5 Ottone /PD Rg5 PD *) 5011R Rg5 Ottone PTF *) 5011S Rg5 PTF *) 5013R Rg5 Ottone Ottone / PTF *) PTF *) 5049 PN16 <DN PTF *) 5049 PN16 <DN PTF *) 5049 PN25/40 S-25 PTF *) 5329 PN16-25 PTF *) 5050 PN16 <DN PTF *) 5050 PN16 <DN PTF *) 5329 PN PTF *) 5015 PN6-25 /PD -25 PTF *) 5050 PN25/40 S-25 PTF *) *) erioni enza ilicone olo a richieta. -15 N R5-