IMPIANTI DI CONDIZIONAMENTO
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- Flaviano Piazza
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1 IMPIANTI DI CONDIZIONAMENTO CRITERI DI CALCOLO (rev.1) Ing. Attilio Pianese
2 In particolare: IL CALCOLO DEI CARICHI FRIGORIFERI METODO ASHRAE CARRIER IL CALCOLO DELLE PORTATE DI ARIA DI VENTILAZIONE (PER IMPIANTI AD ARIA).
3 CLASSIFICAZIONE DEGLI IMPIANTI DI CONDIZIONAMENTO In base al fluido termovettore che distribuisce il freddo negli ambienti: IMPIANTI A TUTT ARIA IMPIANTI AD ARIA ED ACQUA IMPIANTI A SOLA ACQUA IMPIANTI A FLUIDO FRIGORIGENO Gli impianti di condizionamento sono detti HVAC se assolvono alle funzioni: H Heating (riscaldamento) V Ventilation (ventilazione, filtrazione e trattamento dell aria ) AC Air Conditioning (condizionamento, controllo temperatura e umidità)
4 PARAMETRI DI PROGETTO I parametri di progetto generalmente assunti sono: Case di abitazione: Ti = C U.R. = 50 % Banche, negozi: Ti = C U.R. = 50 % Teatri, cinema, locali affollati: Ti = 27 U.R. = 60 % Nel caso sia prevista breve permanenza delle persone è opportuno che sia Te Ti = 4 5 C
5 CALCOLO DELLA POTENZIALITA FRIGORIFERA Somma degli apporti di calore sensibile e calore latente nell ambiente. APPORTI DI CALORE SENSIBILE: Calore solare trasmesso attraverso i vetri Calore trasmesso per convezione attraverso i vetri Calore trasmesso attraverso le pareti opache Calore sensibile prodotto dalle persone Calore sensibile prodotto da sorgenti di calore, luci, dissipazioni di potenza Calore sensibile dovuto alle infiltrazioni di aria e alla ventilazione. APPORTI DI CALORE LATENTE Calore latente delle persone Calore latente dovuto alle infiltrazioni di aria e alla ventilazione.
6 Il bilancio termico viene fatto in termini di potenze termiche (KW) a diverse ore del giorno, si deve in estate tener conto: - delle variazioni della T ambiente nelle 24 ore, - degli apporti dovuti all irraggiamento solare sulle pareti opache e trasparenti NOTA: IL GRAFICO E TRATTO DAL MANUALE AERMEC
7 ANDAMENTO DELLA TEMPERATURA GIORNALIERA Escursine termica 7,5 C 10 C 12,5 C Temperatura Ora del giorno esterna bulbo secco 6,5 5,0 3,0 0,5 0 0,5 1,0 3,5 5,0 7,0 bulbo umido 1,5 1,0 0, ,5 0,5 1,5 2,0 bulbo secco 7,5 5,5 3,0 0,5 0 0,5 1,5 3,5 6,0 8,5 bulbo umido 2,0 1,5 0, ,5 1,0 1,5 2,0 bulbo secco 8,5 5,5 3,0 0,5 0 0,5 1,5 4,0 6,5 9,0 bulbo umido 2,0 1,5 0, ,5 1,0 2,0 2,5 NOTA: ORA SOLARE
8 INTENSITA DELLA RADIAZIONE SOLARE PER VARIE ESPOSIZIONI SUD ITALIA - LUGLIO
9 CALORE ENTRANTE ATTRAVERSO I VETRI Q = potenza termica entrante attraverso il vetro. Q = K FS Fc Fw g 0 A I Kcal/h con FS = fattore per aggetti Fc = fattore per tendaggi o schermi esterni Fw = fattore di incidenza della radiazione ( 0,9 0,95) g 0 = fattore di trasparenza del vetro A = area della superficie (m 2 ) I = radianza solare sulla superficie vetrata Kcal/h m 2 K tiene conto dei fenomeni di assorbimento e successiva riemissione del calore da parte delle superfici riceventi. K 0,75 0,80 In via approssimata si può trascurare il tempo di ritardo.
10 METODO DEL CLF CLF sta per Cooling load factor e assume come riferiemnto la potenza termica entrante attraverso un infisso in legno con vetro singolo. La potenza termica entrante attraverso l infisso si calcola: Q = CLF Fc A I0 Kcal/h I0 = potenza termica entrante attraverso un infisso in legno con vetro singolo. CLF = fattore di smorzamento alle diverse ore del giorno da ricavare dalle tabelle. Fc = fattore per tendaggi o schermi esterni
11 VALORI DELLA RADIAZIONE SOLARE MASSIMA ATTRAVERSO IL VETRO - LUGLIO Radianza attraverso infissi con vetro singolo in Kcal/h m 2 Latitudine N NE E SE S SO O NO Orizzont
12 METODO DEL CLF (cooling load factor) CLF for Window Glass with Indoor Shading Devices (North Latitude and All Room Construction) Solar time, hour Orientation: North North-east East South-east South South-west West North-west Horizontal
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14 CALORE TRASMESSO ATTRAVERSO LE PARETI OPACHE Q = potenza termica entrante attraverso una parete opaca: Q = U S CLTD Kcal/h con U = trasmittanza della parete Kcal/h m 2 C S = superficie della parete m 2 CLTD = cooling load temperature difference C CLTD sono valori convenzionali e corrispondono al Teq relativo a vari fenomeni: - Irraggiamento solare della parete, - trasmissione per conduzione attraverso la parete, - trasmissione per semplice convezione con l aria esterna, - regime periodico giornaliero.
15 TABELLE DELL AERMEC.
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18 PRINCIPALI PARAMETRI DELLE PARETI OPACHE CONDUZIONE - smorzamento ε - tempo di ritardo τ o angolo di ritardo ϕ con ϕ = (2π/24) τ, dipendenti a loro volta da: ρ = densità, c = calore specifico, s = spessore, λ = conducibilità termica, D= λ/cρ diffusività (m 2 /h).
19 IRRAGGIAMENTO I = radianza (KW/m 2 ) as =coefficiente di assorbimento per la radiaz. solare θs = temperatura al sole h1 = coefficiente di adduzione esterno as / h1 = rapporto caratteristico dell irraggiamento solare a = emissività (a temperatura ambiente) La temperatura al sole θs è per definizione data: θs = θ1 + as I/ h1 con θ1 = temperatura dell aria esterna. La temperatura al sole è la temperatura fittizia che si deve attribuire all aria esterna per poter ricondurre l effetto congiunto dell irraggiamento solare e della convezione adduzione ad un unico fenomeno di convezione adduzione.
20 PARAMETRI DELLE PARETI ESPOSTE AL SOLE Materiale Coeff. a s radiazione Coefficiente a emissività Rapporto a s /h 1 solare a C Intonaci imbiancati al latte di 0,15 0,25 0,85 0,95 0,01 calce Intonaci con pitture chiare 0,2 0,5 0,85 0,95 0,01 0,025 Intonaci con pitture scure 0,5 0,65 0,85 0,95 0,025 0,035 Mattoni rossi 0,5 0,7 0,85 0,95 0,025 0,035 Cemento, pietra da taglio 0,65 0,80 0,85 0,95 0,035 0,04 Lamiera di alluminio anodizzato 0,10 0,20 0,40 0,60 0,01 Vernici all alluminio 0,20 0,40 0,40 0,60 0,015 0,025 Lamiera di acciaio zincato nuova 0,5 0,65 0,4 0,5 0,03 0,04 Lamiera di acciaio ossidato 0,65 0,8 0,60 0,70 0,035 0,045
21 DETERMINAZIONE DELLA DIFFERENZA DI TEMPERATURA EQUIVALENTE (CLTD) 1. Si determina l andamento della temperatura θs alle diverse ore del giorno. Ossia la θs = θs (t). 2. Si esegue lo sviluppo in serie di Fourier della funzione periodica θs = θs (t), approssimando la funzione con un polinomio del tipo: θs = θ0 + θ1 sin (ωt+ψ1) + θ2 sin (2ωt+ψ2) Si determinano infine le temperature equivalenti esterne: θe equiv. = θ0 + (θ1/ε1) sin (ωt +ψ1 ϕ1) + (θ2/ε2) sin (ωt +ψ2 ϕ2) +... con ω = 2π/24, il tempo t è misurato in ore.
22 METODO APPROSSIMATO In modo semplificato, trascurando l analisi armonica, si può per un risultato orientativo utilizzare la seguente: Q = U S {(θ1m θ2)+ ε {θs(t τ) θ1m} con θ1m = temperatura media esterna θs = temperatura al sole θ2 = temperatura interna. ε = 0,6 0,7 smorzamento per pareti in muratura, τ = 4 6 ore tempo di ritardo per pareti in muratura mediamente spesse.
23 VENTILAZIONE DEGLI AMBIENTI La quantità di aria pulita da immetter in ambiente: locali di civile abitazione: 0,5 1,0 ricambi/h medi locali soggetti ad affollamento: m 3 /h per persona calore sensibile Q1V = 0,29 n V θ calore latente 600 Kcal/Kg = calore latente di evaporazione, 1,2 Kg/m 3 = densità dell aria a 20 C, y = umidità specifica in g H 2 O/kg aria secca. Kcal/h Q2V = 600 1,2 n V y Kcal/h
24 CALORE GENERATO DALLE PERSONE Per persone a riposo, sedute o in piedi si può assumere: calore sensibile: 50 Kcal/h persona calore latente: 70 Kcal/h persona Inoltre si assumono dei fattori di contemporaneità.
25 CARICHI TERMICI INTERNI In mancanza di dati esatti, si assumono i seguenti valori: Luci: W/m 2 Computer, fotocopiatrici, macchine ufficio: W/m 2
26 Libri. BIBLIOGRAFIA PARTE I Attilio Pianese Impianti tecnici in Edilizia Dario Flaccovio Carlo Pizzetti Condizionamento dell aria e refrigerazione Hoepli ASHRAE Handbook Foundamentals. Libri/Manuali scaricabili da internet Giuliano Cammarata Impianti Termotecnici vol. 1 Università di Catania. Sito internet: AERMEC I carichi termici estivi. AERMEC Climatizzazione. Elementi di climatizzazione condizionamento dell aria. Sito internet:
27 II PARTE - GLI IMPIANTI AD ARIA CALCOLO DELLE PORTATE DI ARIA DI VENTILAZIONE
28 DEFINIZIONI Portata di ventilazione G: si intende la portata di aria che viene condizionata ed immessa attraverso l impianto di ventilazione. Portata di aria esterna G1: è la portata di aria pulita prelevata dall esterno pari al % della portata di aria condizionata. Portata di ricircolo GR: è la portata prelevata dall interno, che viene miscelata con la portata di aria pulita ed inviata all UTA (unità di trattamento aria). Portata di aria pulita G0: da non confondere con G1. Alla fine del calcolo dovrà risultare G1 G0 ed inoltre G0 G1
29 SCHEMA UNITA DI TRATTAMENTO ARIA θi, yi GR θe, ye G1 θa, ya θb, yb G
30 Ipotesi IPOTESI - TESI Calore sensibile da asportare Q1 Kcal/h Calore latente da asportare Q2 Kcal/h Condizioni termoigrometriche interne ed esterne, ossia: - Temperatura θa C - Umidità specifica ya g H2O/Kg aria Tesi Portata di aria condizionata G m 3 /h Temperatura aria in uscita dall UTA θ C Umidità specifica aria in uscita dall UTA y g H2O/Kg aria
31 EQUAZIONI CONDIZIONI NECESSARIE Si utilizzano le seguenti equazioni approssimate: Q1 = 0,29 G (θa θ) Kcal/h (1) Q2 = 0,6 1,21 G (ya y) Kcal/h (2) Le precedenti equazioni hanno 3 incognite, ammettono quindi molteplici soluzioni. Dividendo membro a membro si ottiene: y θ A A y = θ Q Q 2 1 0,29 0,6 1,21 che sul diagramma ASHRAE è l equazione di una retta passante per A e di coeff. angolare Q2/Q1
32 RAPPRESENTAZIONE 1 C A S B
33 RAPPRESENTAZIONE 2 B A
34 POTENZA DI POST RISCALDAMENTO La potenza di post riscaldamento Q3 si calcola con l espressione: Q3 = 1,21 G (i B i S ) 1,21 G [0,24 (θ B θ S )] Kcal/h con 1,21 = densità dell aria secca a 15 C (Kg/m 3 ) G = portata di aria (m 3 /h) (i B i S ) = differenza di entalpia punti B ed S (Kcal/kg aria) (θ B θ S ) = differenza delle temperature punti B ed S ( C) La portata G a rigore è riferita all aria secca. In modo più esatto si può correggere: G = G (1 + y 29/18) POTENZIALITA FRIGORIFERA TOTALE DI PROGETTO: Q = Q1 + Q2 + Q3
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