Generalità sul sistema edificio / impianto di climatizzazione

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1 Generalità sul sistema edificio / impianto di climatizzazione Introduzione: E illustrata la interazione tra ambiente, edifici, impianti e fonti energetiche. La realtà edilizia italiana. Si presenta il parco edilizio, evidenziandone le tipologie costruttive, i fabbisogni energetici e le criticità. La legislazione energetica nazionale e gli indicatori di prestazione. Si introducono le principali prescrizioni di legge, i richiami normativi e gli indicatori energetici da verificare. Si evidenziano i principali termini e scambi energetici tra edificio ed ambiente, al fine di citare le principali leve di intervento per migliorare la prestazione energetica dell edilizia civile. Impianti di climatizzazione: tipologie, controllo e componenti. Sono identificate le principali tipologie impiantistiche, specificando i parametri ambientali controllati, nonché i componenti e sottosistemi presenti per ciascuna tipologia. Condizioni di progetto per il dimensionamento degli impianti. Si propongono, in forma sintetica, le principali condizioni al contorno, interne ed esterne, per la progettazione degli impianti di climatizzazione. Fabrizio Ascione 1/44

2 Introduzione L efficienza energetica in edilizia è, ad oggi, argomento di estrema attualità: Alla luce degli impegni presi, in sede nazionale ed internazionale, dall Italia. Visti i costi energetici che incidono sulla competitività commerciale di un paese. Diverse Direttive Europee - che la legislazione nazionale ha l obbligo di recepire - fissano obiettivi di risparmio energetico: Direttiva 2002/91/EU Direttiva 2010/31/EU Direttiva 2012/27/EU In particolare, la Direttiva 2012/27/EU all articolo 3 recita: Ciascun Stato dovrà stabilire un obiettivo nazionale indicativo di efficienza energetica, basato sul consumo di energia primaria o finale, sul risparmio di energia primaria o finale o sull'intensità energetica". Fabrizio Ascione 2/44

3 Introduzione SISTEMA EDIFICIO SISTEMA IMPIANTI APPROVVIGIONAMENTO Sotto-sistema di emissione Sotto-sistema di regolazione Sotto-sistema di distribuzione Sotto-sistema di generazione Fabrizio Ascione 3/44

4 Introduzione Nell ambito del modulo di Impianti Tecnologici ci si occuperà: di individuare, rispetto alle peculiarità progettuali individuate dagli allievi (destinazione d uso, tecnologia costruttiva, esigenze di controllo microclimatico), le tipologie impiantistiche maggiormente efficienti per il riscaldamento invernale e la climatizzazione estiva degli ambienti. di selezionare, rispetto alle necessità di approvviginamento energetico, (energia termica, energia elettrica) i sistemi di conversione da fonte rinnovabile maggiormente integrabili nell architettura e sfruttabili nel sito di progettazione. Fabrizio Ascione 4/44

5 La realtà edilizia Italiana Secondo il 14 Censimento generale della popolazione e delle abitazioni ISTAT, l Italia presenta quasi 13 milioni di unità edilizie. Gli edifici ed i complessi di edifici utilizzati sono (il 94.3% del totale). Di questi, sono ad uso abitativo, sono impiegati per alberghi, uffici, commercio e industria, comunicazioni e trasporti e ospitano attività ricreative e sportive, scuole, ospedali, chiese edifici risultano non utilizzati perché in costruzione, ricostruzione o in fase di consolidamento (nel 41.1% dei casi), mentre la parte rimanente risulta non utilizzata per motivi legati allo stato di decadenza, rovina e demolizione della costruzione. Fabrizio Ascione 5/44

6 La realtà edilizia Italiana La realtà edilizia residenziale italiana è raggruppabile in tipologie edilizie ricorrenti, nel seguito descritte sinteticamente. Circa il 50% degli edifici presenta strutture leggere senza alcun tipo di isolamento termico Edifici ad uso abitativo per epoca di costruzione (valori percentuali) Fabrizio Ascione 6/44

7 La realtà edilizia Italiana Dal punto di vista delle prestazioni ENERGETICHE, oltre il 50% degli edifici italiani (realizzati tra il 1946 ed il 1991) presenta prestazioni molto scadenti, essendo caratterizzati da strutture leggere con livelli di isolamento minimi o, nella maggior parte dei casi, nulli. Prima del 1946, nonostante la mancanza di isolamento, gli elevati spessori delle abitazioni in muratura consentivano, almeno in parte, di sopperire alle alte conducibilità termiche dei materiali impiegati. Con l edilizia intensiva del secondo dopoguerra, abbinata all uso esteso delle strutture intelaiate in calcestruzzo armato (leggere e non isolate), è sorto quel 50% di abitazioni dalle prestazioni energetiche molto scadenti. Nonostante la legge 373/1976, fino al 1991 (anno di emanazione della legge 10), in Italia si è continuato a costruire praticamente senza alcun isolamento termico. Fabrizio Ascione 7/44

8 La realtà edilizia Italiana Con riferimento alla EU-15 (dati statistici più affidabili), l Unione Europea presenta circa milioni di m 2 di superficie edilizia, di cui il 50% in zone climatiche caratterizzate da circa 2500 gradigiorno. Isolamento medio negli edifici residenziali Europei (in mm) L Italia, in condizioni climatiche favorevoli, presenta una qualità edilizia scadente. Nella slide seguente si vede come, con una media di 2500 gradi giorno invernale (clima mediterraneo temperato), le residenze italiane presentano le medesime richieste energetiche rispetto alle abitazioni dei paesi del Nord-Europa. Fabrizio Ascione 8/44

9 La realtà edilizia Italiana Il parco edilizio nazionale, mediamente, ha una richiesta per il solo riscaldamento invernale pari a circa kwh/m 2 a di energia primaria. Per capire l entità di tale valore, si pensi che una passivhaus, pensata per i climi nordici (Germania, Olanda) richiede massimo kwh/m 2 a, ed in Italia, i limiti previste dalla legislazione vigente (per un clima medio, zona climatica C o D) variano tra i 20 ed i 60 kwh/m 2 a in funzione del rapporto di forma S/V. 300 Primary Energy Request (kwh/m 2 year) Netherlands Denmark Norway Italy Germany Sweden EU 15 Austria France Ireland Portugal Finland UK Belgium Spain Grece 1994 Primary Energy Request 2004 Primary Energy Request Fabrizio Ascione 9/44

10 13'000'000 12'000'000 11'000'000 10'000'000 9'000'000 8'000'000 7'000'000 6'000'000 5'000'000 4'000'000 3'000'000 2'000'000 1'000'000 0 La realtà edilizia Italiana Oltre all elevata richiesta energetica connessa al systems soddisfacimento di split-system) nel settore residenziale riscaldamento invernale, con la diffusione delle tecnologie a basso costo, negli ultimi anni l Italia inizia a presentare bollette energetiche estive, dovute al condizionamento dell aria, non più trascurabile. Residential buildings: increasing of the installed air-conditioning Diffusione degli impianti di condizionamento (tipo Ad oggi, dopo una crescita accentua negli ultimi anni, si prevede che al 2015 saranno installati nelle abitazioni italiane circa di condizionatori domestici. Fabrizio Ascione 10/44

11 La legislazione energetica nazionale e gli indicatori di prestazione Nel 2002, Parlamento e Commissione Europea emanano la European Energy Performance of Buildings Directive EPBD 2002/91/EEC. A partire dal D. Lgs. 192/2005, l Italia ha recepito i contenuti della EPBD. Nel Luglio 2009, con il D.P.R. 59/ 09 e il D.M. 26/06/ 09 (Linee Guida per la Certificazione Energetica degli Edifici), il nuovo quadro legislativo nazionale è stato pressoché completato. Attualmente, all interno di un quadro normativo non ancora definitivo, le verifiche richieste dalla legge italiana riguardano: 1. Prestazione energetica in regime invernale EP i 2. Prestazione energetica in regime estivo (termica) EP e,invol 3. Rendimento impianto di riscaldamento in regime invernale η g 4. Trasmittanze termiche dei componenti opachi e trasparenti U 5. Trasmittanza termica in regime periodico Y IE Tali verifiche non vanno effettuate tutte contemporaneamente, ma sono richieste e diversificate in funzione del tipo di intervento Fabrizio Ascione 11/44

12 La legislazione energetica nazionale e gli indicatori di prestazione La completa attuazione della nuova normativa nazionale prescriverà il calcolo della prestazione energetica complessiva dell edificio, espressa attraverso l indice di prestazione energetica globale EP gl. EP gl = EP i + EP e + EP acs + EP ill DOVE: EP i è l indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale EP acs è l indice di prestazione per la produzione dell acqua calda sanitaria EP e è l indice di prestazione energetica per la climatizzazione estiva EP ill è l indice di prestazione energetica per l illuminazione artificiale Gli indicatori EP sono espressi in kwh/(m 2 anno) o kwh/(m 3 anno). Rappresentano indicatori prestazionali chiave e devono risultare minori di un appropriato valore limite. Sulla base di questi, si procede anche all attribuzione di una classe di qualità energetica all edificio, rispetto a specifiche funzioni (riscaldamento, climatizzazione, illuminazione, acs). EP = Richiesta energetica Superficie utile Fabrizio Ascione 12/44

13 La legislazione energetica nazionale e gli indicatori di prestazione: Regime invernale La prestazione energetica in regime invernale si può semplificare come: ( ) ( ) Q = Q / η RISCALDAMENTO RISC,INVOL IMPIANTO RISC prestazione edificio efficienza impianto ( ) ( ) Q = Q + Q Q + Q η RISC,INVOL TRASMISS VENTIL ENDOGENI SOLARI UTILIZZAZ perdite di energia guadagni di energia Intervenire, in miglioramento, sulla prestazione di un edificio si può: 1. Riducendo le perdite di energia per trasmissione (migliore coibentazione). 2. Riducendo le perdite per ventilazione (recuperando energia dall aria espulsa). 3. Incrementando i guadagni gratuiti di energia. 4. Migliorarando il rendimento degli impianti di riscaldamento. Fabrizio Ascione 13/44

14 La legislazione energetica nazionale e gli indicatori di prestazione: Regime invernale ( ) ( ) Q = Q / η RISCALDAMENTO RISC,INVOL IMPIANTO RISC Fabbisogno Energetico = Fabbisogno termico / Rendimento impianto di riscaldamento Pertanto, la riduzione della richiesta energetica del sistema edificio-impianto passa sia per la riduzione del fabbisogno dell edificio (riduzione delle dispersioni) sia per l incremento dell efficienza dell impianto di riscaldamento. QRISCALDAME NTO EP = Superficie utile i 2 kwh = m anno Fabrizio Ascione 14/44

15 La legislazione energetica nazionale e gli indicatori di prestazione: Regime estivo La prestazione energetica in regime estivo si può semplificare come: Q RAFFRESCAMENTO ( Q )/( ) = η RAFFRESC, INVOL IMPIANTO RAFFRES prestazione edificio efficienza impianto Q RAFFRESC, INVOL = ( QENDOGENI + QSOLARI ) ( QTRASMISS + QVENTIL ) ηutilizzaz perdite di energia guadagni di energia In regime estivo, per migliorare la prestazione di un edificio, si può: 1. Ridurre le rientrate termiche (schermi solari, capacità termica involucro). 2. Incrementare le perdite di energia per trasmissione e radiazione notturna (radiative cooling). 3. Incrementare le perdite di energia per ventilazione (naturale notturna o meccanica controllata, geotermica superficiale). 4. Utilizzare impianti di raffrescamento efficienti. Fabrizio Ascione 15/44

16 La legislazione energetica nazionale e gli indicatori di prestazione: Regime estivo Q RAFFRESCAMENTO = COP IMPIANTO Q RAFFR, INVOL η PARCO TERMO ELETTRICO Fabbis. En. = Fabb. termico / (COP imp. di raffrescamento * rendimento elettrico paese) Anche in questo caso, la riduzione della richiesta energetica del sistema edificio-impianto passa sia per la riduzione del fabbisogno dell edificio sia per l incremento dell efficienza dell impianto di raffrescamento. QRAFFESCAME NTO EP = = Superficie utile e 2 kwh m anno Fabrizio Ascione 16/44

17 La legislazione energetica nazionale e gli indicatori di prestazione: Note sull energia Il primo principio della termodinamica afferma il principio di conservazione dell'energia. Questa, in un sistema termodinamico, non si crea né si distrugge, ma si trasforma, passando da una forma a un'altra. Però, le varie forme di energia hanno un diverso grado di trasformabilità. Il 2 principio, secondo l enunciato di Kelvin-Plank, afferma che è impossibile costruire una macchina operante secondo un processo ciclico che trasformi tutto il calore estratto da una sorgente a temperatura uniforme e costante nel tempo in lavoro. La qualità dell energia è tanto più alta quanto questa, a parità di quantità, è in grado di indurre cambiamenti, quali il riscaldamento di un ambiente, la compressione di un gas, l innesco di una reazione chimica kj di energia elettrica hanno un elevatissimo grado di convertibilità 1000 kj di energia termica ad alta temperatura hanno un medio grado di convertibilità 1000 kj di energia termica a bassa temperatura hanno un basso grado di convertibilità Le pompe di calore e le macchine frigorifere a compressione di vapore fanno un buon uso dell energia elettrica. Non è così per gli scaldabagno, i radiatori elettrici, le stufe. Pertanto, nell ambito del corso, saranno illustrati solo i generatori efficienti di energia!!! Fabrizio Ascione 17/44

18 Controllo termo-igrometrico degli ambienti Il controllo termo-igrometrico degli ambienti, prima che per gli impianti, passa per una corretta e vincolata progettazione dell involucro. Come detto, infatti, il controllo microclimatico può essere favorito da un buon edificio. Si parla, comunemente, di controllo termo-igrometrico passivo e attivo: controllo PASSIVO: involucro controllo ATTIVO: impianto Fabrizio Ascione 18/44

19 La legislazione energetica nazionale e gli indicatori di prestazione: l involucro edilizio Una corretta progettazione dell involucro (tema non affrontato, se non per cenni, all interno del corso) deve assicurare: contenimento dei consumi energetici e buon sfruttamento degli apporti gratuiti (corretto isolamento e orientamento dell edificio); realizzazione dell involucro senza rischi di condensa; giusto tasso di ventilazione; risoluzione dei ponti termici. Tutto ciò, già introdotto a partire dalla 10/91, oggi è regolamentato da stringenti documenti legislativi, elencati nella slide seguente, emanati a partire dalla entrata in vigore della Direttiva Europea 2002/91/CE Energy Performance of Buildings Directive. Fabrizio Ascione 19/44

20 La legislazione energetica nazionale e gli indicatori di prestazione: l involucro edilizio Quadro normativo attuale Direttiva Europea 2002/91/CE 16 Dicembre 2002 D.Lgs 192/05 19 Agosto 2005 D.Lgs 311/07 2 Febbraio 2007 D.Lgs 115/08 30 Maggio 2008 D.P.R. 59/09 02 Aprile 2009 DM 20/06/09 LG certificazione energetica 26 Giugno 2009 Leggi finanziarie dal 2007 in poi Direttiva Europea 2010/31/CE 19 Maggio 2010 D.Lgs. 28/ Marzo 2011 Direttiva Europea 2012/27/CE 16 Dicembre 2012 D.M. 28/12/12 28 Dicembre 2012 Fabrizio Ascione 20/44

21 La legislazione energetica nazionale e gli indicatori di prestazione: l involucro edilizio Un involucro edilizio efficiente energeticamente: 1. Ha una bassa trasmittanza termica U, grazie ad idonei livelli di isolamento. 2. Ha un elevata capacità termica (accumula energia e attenua/sfasa la trasmissione del calore), grazie ad una massa adeguata. 3. Ha sistemi vetrati con bassa trasmittanza e buon controllo solare. 4. Prevede efficaci sistemi di schermatura, attivabili in regime estivo. 5. Contiene le perdite/rientrate termiche convettive garantendo il giusto rinnovo dell aria, anche recuperando dall aria espulsa. Un buon involucro edilizio può contribuire efficacemente al risparmio energetico e a creare condizioni favorevoli per un buon microclima. Gli impianti per il controllo microclimatico, in ogni caso, restano necessari Fabrizio Ascione 21/44

22 La legislazione energetica nazionale e gli indicatori di prestazione: l involucro edilizio Infatti, la legge italiana (D.P.R. 59/2009, attraverso richiamo al D.Lgs. 192/2005) stabilisce limiti massimi alla trasmittanza termica delle strutture, sia per l involucro opaco che trasparente. U finestre U muri U tetti U solai A B C D E F Valori massimi ammessi dalla legge per le U [W/m 2 K] Valori di strutture tipiche italiane per le U [W/m 2 K] Ancora: Il D.P.R. 59/2009 prescrive requisiti minimi di massa per gli edifici, oppure valori massimi di trasmittanza termica periodica. Il D.P.R. 59/2009 obbliga all installazione di schermi esterni o vetri a controllo solare. Il D.P.R. 412/1993 stabilisce quando è necessario adottare recupero di calore. Fabrizio Ascione 22/44

23 Controllo termo-igrometrico degli ambienti e gli impianti di climatizzazione Il benessere termo-igrometrico degli occupanti La conservazione di oggetti, materiali e cose in genere Lo svolgimento di processi industriali, cicli lavorativi, ecc. Gli impianti di climatizzazione, oggetto primario del corso, hanno il fine di mantenere ambienti confinati in determinate condizioni che assicurino a seconda dei casi: Condizionamento civile Condizionamento industriale Per molto tempo si è parlato di condizionamento termo-igrometrico distinguendolo da altri tipi di condizionamento ambientale quali l acustico e l illuminotecnico. Oggi il termine condizionamento termoigrometrico è stato sostituito da climatizzazione che esprime più chiaramente e sinteticamente il concetto di controllo di parametri attinenti il microclima degli ambienti. Fabrizio Ascione 23/44

24 Controllo termo-igrometrico degli ambienti e gli impianti di climatizzazione Per determinare le caratteristiche di un impianto di climatizzazione è quindi necessario definire i parametri che influenzano le condizioni di benessere. Questi sono comunemente fissati in sei parametri, di cui 4 connessi al funzionamento degli impianti 1. metabolismo energetico dell individuo Soggettivi 2. la resistenza termica dell abbigliamento 3. la temperatura di bulbo asciutto dell aria 4. l umidità relativa Oggettivi 5. la sua velocità media dell aria 6. la temperatura media radiante del locale Parametro controllato dagli impianti Simbolo Unità di misura Temperatura dell aria T a C Umidità relativa (grado igrometrico) U.R. (ϕ) % Purezza dell aria (area esterna di ricambio) V ae m 3 /s o m 3 /h Velocità dell aria w a m/s Fabrizio Ascione 24/44

25 Controllo termo-igrometrico degli ambienti e gli impianti di climatizzazione Anche la qualità dell aria negli ambienti confinati, che è funzione della concentrazione di contaminanti che possano arrecare danno alla salute e causare condizioni di malessere per gli occupanti, è un elemento che condiziona lo stato di benessere. Per garantire una soddisfacente qualità dell aria, nella climatizzazione vengono realizzati opportuni ricambi di aria esterna ed impiegati filtri ed assorbenti chimici. Gli impianti di climatizzazione sono pertanto finalizzati al controllo delle tre proprietà termodinamiche dell aria indoor (temperatura, umidità relativa, velocità) ed a garantire una buona qualità dell aria in ambiente allo scopo di assicurare condizioni di benessere. Ancora, è molto importante che gli impianti non generino rumore. Può accadere che un impianto ben realizzato tecnicamente pecchi per rumorosità generata da componenti o da errate valutazioni progettuali (elevata velocità dell aria nei canali, vibrazioni strutturali indotte dalle macchine, elementi di diffusione inadeguati). Il problema del rumore prodotto dagli impianti di climatizzazione e/o ventilazione è affrontato e regolato dalla norma UNI 8199 del febbraio Fabrizio Ascione 25/44

26 Impianti di climatizzazione: tipologie, controllo e componenti I principali componenti di un impianto di climatizzazione sono: Apparecchiature per la produzione dei fluidi termo-vettori (caldaie, gruppi frigoriferi, pompe di calore). Apparecchiature per il trattamento dell'aria (batterie per il riscaldamento e per il raffreddamento, umidificatori, talvolta tutti accorpati in un'unica apparecchiatura detta "unità di trattamento dell'aria - U.T.A). Apparecchiature per la distribuzione dei fluidi termo-vettori, quali canali e ventilatori (per l aria), tubazioni e pompe (per l acqua). Unità terminali: terminali aeraulici (bocchette, diffusori e griglie di estrazione) ed idraulici (radiatori, ventilconvettori pannelli e piastre radianti). Organi di regolazione. Fabrizio Ascione 26/44

27 Impianti di climatizzazione: tipologie, controllo e componenti Possibili classificazioni degli impianti di climatizzazione Gli impianti di climatizzazione sono spesso classificati in base al tipo di fluido termovettore che arriva in ambiente. Impianti a tutt aria: negli ambienti è distribuita la sola aria trattata nell'u.t.a. ed inviata mediante canali nei locali, in cui è immessa con opportuni terminali di diffusione. Aria espulsa Aria esterna CENTRALE TERMICA acqua Aria di immissione aria di ricircolo sezione di miscela U.T.A. LOCALE Aria di ripresa Fabrizio Ascione 27/44

28 Impianti di climatizzazione: tipologie, controllo e componenti Aria esterna U.T.A. Aria di immissione Aria di immissione CENTRALE TERMICA Acqua Acqua RADIATORE / FAN-COIL Aria di immissione LOCALE 1 Impianti misti aria-acqua, in cui l'aria ("primaria") è solo aria esterna, in misura strettamente necessaria alle esigenze di rinnovo, mentre l'acqua è inviata ad unità terminali idrauliche presenti nei locali. LOCALE 2 RADIATORE / FAN-COIL Aria di immissione LOCALE n RADIATORE / FAN-COIL Aria espulsa Fabrizio Ascione 28/44

29 Impianti di climatizzazione: tipologie, controllo e componenti LOCALE 1 CENTRALE TERMICA Acqua RADIATORE / FAN-COIL Impianti ad acqua che veicolano nei locali solo acqua: talvolta solo acqua calda in inverno (è il caso di impianti a radiatori, a pannelli radianti, a termoconvettori, ad aerotermi, ecc.), altre volte anche acqua fredda in estate (come avviene per gli impianti a "fan-coil"). RADIATORE / FAN-COIL LOCALE 2 LOCALE n RADIATORE / FAN-COIL Fabrizio Ascione 29/44

30 Impianti di climatizzazione: tipologie, controllo e componenti Impianti a fluido frigorigeno più comunemente detti "ad espansione diretta", in cui il fluido termovettore è costituito direttamente dal fluido frigorigeno che attraversa la macchina frigorifera/pompa di calore (tipo split system). UNITA' ESTERNA UNITA' INTERNA LOCALE Fluido refrigerante Fabrizio Ascione 30/44

31 Impianti di climatizzazione: tipologie, controllo e componenti È utile ricordare quali sono i parametri microclimatici controllati dai vari tipi di impianto: 1. Solo velocità e qualità dell aria, quali gli impianti di ventilazione/estrazione forzata; 2. Solo temperatura dell aria nella stagione invernale, quali i tipici impianti di riscaldamento ad acqua calda; 3. Solo temperatura e talvolta velocità dell aria, quali gli impianti ad espansione diretta e gli impianti a fan-coil; 4. Temperatura, umidità relativa e velocità dell aria (solo in inverno), quali gli impianti a radiatori ed aria primaria o a pannelli radianti ed aria primaria; 5. Temperatura, umidità relativa e velocità dell aria, sia in inverno che in estate, quali gli impianti misti a fan-coil ed aria primaria, gli impianti ad aria per singola zona ed a portata costante e gli impianti ad aria a servizio di più zone (IMPIANTI DI CLIMATIZZAZIONE propriamente detti). Fabrizio Ascione 31/44

32 Impianti di climatizzazione: tipologie, controllo e componenti Impianti solo riscaldamento (o anche raffrescamento) a fluido termo-vettore acqua terminali di scambio termico, convettivi (fan coil) e/o radiativi (pannelli radianti, termosifoni, etc.) rete di tubazioni per l adduzione del fluido termo-vettore sistemi di controllo e regolazione centrale termica ed eventualmente frigorifera Componenti degli Impianti Fabrizio Ascione 32/44

33 Impianti di climatizzazione: tipologie, controllo e componenti Impianti ad espansione diretta di fluido frigorigeno (Split systems, Multi-Split, Impianti VRF) scambiatore interno (condensatore in inverno, evaporatore in estate) rete di distribuzione del refrigerante unità esterna moto-evaporante in inverno, moto-condensante in estate Componenti degli Impianti Fabrizio Ascione 33/44

34 Impianti di climatizzazione: tipologie, controllo e componenti Impianti a tutt aria: terminali di immissione dell aria (bocchette, griglie, diffusori a soffitto) rete aeraulica di distribuzione e ripresa dell aria unità di trattamento dell aria (UTA) centrale termica e frigorifera e rete distribuzione rete fluidi alle UTA Componenti degli Impianti Room Fabrizio Ascione 34/44

35 Impianti di climatizzazione: tipologie, controllo e componenti Componenti dell Unità di Trattamento dell Aria Aria di ripresa serrande Aria espulsa Aria esterna filtro + _ U.T.A. + Componenti degli Impianti Aria di mandata sezione di miscela con acqua liquida serranda batteria di umidificatore batteria di raffreddamento ventilatore di ripresa e deumidificazione batteria di pre-riscaldamento ventilatore di mandata post-riscaldamento separatore di gocce aria di ricircolo Fabrizio Ascione 35/44

36 Impianti di climatizzazione: tipologie, controllo e componenti Impianti misti aria-acqua: 1. terminali di immissione dell aria (bocchette, diffusori, etc.) 2. rete di di distribuzione dell aria (canali) 3. terminali idronici ad acqua (ventilconvettore, radiatori, pannelli radianti) 4. rete di distribuzione dell acqua (tubazioni) 5. unità di trattamento dell aria primaria (SOLO ESTERNA) 6. centrale termica e frigorifera Aria esterna di rinnovo e U.T.A. CENTRALE TERMICA Volume di controllo Aria di immissione i FAN-COIL r LOCALE CLIMATIZZATO Componenti degli Impianti Aria espulsa r Nelle prossime lezioni, singolarmente, ciascuno di questi componenti sarà descritto Fabrizio Ascione 36/44

37 Impianti di climatizzazione: tipologie, controllo e componenti Impianti multizona E importante evidenziare, nel caso di più locali da servire, gli impianti che hanno la capacità di controllare le condizioni termo-igrometriche separatamente locale per locale: impianti misti a fan-coil ed aria primaria, tutti gli impianti ad aria a servizio di più zone, impianti che consentono un controllo locale per locale, ma solo della temperatura dell aria in una (radiatori, inverno) o entrambe le stagioni (fan-coil, impianti ad espansione diretta, funzionali sia in inverno che in estate). Alcuni tra i principali parametri che influenzano la scelta sono: 1. dimensione del o dei locali da servire; 2. presenza di uno o più zone da servire e, nel secondo caso, numero dei locali; 3. destinazione del o dei locali; tipo di variabilità dei carichi termici nei locali. Fabrizio Ascione 37/44

38 Condizioni di progetto per il dimensionamento degli impianti Condizioni interne Condizioni esterne Le condizioni di progetto rappresentano l insieme dei valori prefissati assunti a base della progettazione dell impianto. Queste si dividono tra: Sia per le condizioni interne che per quelle esterne esistono dei riferimenti precisi: 1. Norme tecniche di buona progettazione (UNI, CEN, ISO); 2. Specifiche tecniche del committente. 3. Leggi e regolamenti di riferimento Le condizioni interne sono le condizioni di confort termoigrometrico che si vogliono garantire all interno degli ambienti. Tali condizioni, essendo legate al benessere delle persone sono espresse da valori che non mutano in funzione del luogo. Per quello che riguarda la condizioni interne dell aria vengono fissati i parametri di temperatura, umidità dell aria, purezza, velocità. Fabrizio Ascione 38/44

39 Condizioni di progetto per il dimensionamento degli impianti: condizioni interne Gli standard di benessere termo-igrometrico all interno di un ambiente confinato cambiano a seconda della stagione e in base a diverse considerazioni, alcune delle quali citate nel seguito: - Il vestiario delle persone è diverso a seconda delle stagioni. - Non si ha mai una lunga permanenza nello stesso ambiente. - Una temperatura troppo bassa d estate potrebbe provocare uno shock termico alle persone che provengono dall esterno. - Una temperatura troppo alta nella stagione di riscaldamento comporterebbe una maggiorazione significativa della richiesta energetica. Per quanto concerne il comfort termico ed igrometrico, esistono diversi criteri per valutarlo, secondo modelli statici (condizioni fissate per velocità dell aria, temperatura ed umidità relativa) o secondo approcci adattativi (cambiano le condizioni di comfort in funzione del clima esterno). Fabrizio Ascione 39/44

40 Condizioni di progetto per il dimensionamento degli impianti: condizioni interne Comfort in condizioni termiche ed igrometriche fissate L argomento sarà nel dettaglio affrontato nella prossima lezione. Secondo tale approccio, si fa riferimento alla consolidata teoria di Olaf Fanger. Su un diagramma psicrometrico si rappresentano le aeree di comfort termico. Compare la T operativa, definita come la temperatura uniforme di un ambiente virtuale in cui il complesso degli scambi termici tra il soggetto e l ambiente virtuale è pari alla somma degli scambi termici per convezione e irraggiamento fra soggetto e ambiente reale. Sono le curve di isoumidità relativa, al 70% (limite superiore) e al 30% (limite inferiore). Fabrizio Ascione 40/44

41 Condizioni di progetto per il dimensionamento degli impianti: condizioni interne Alla base della Teoria Adattativa del Comfort, vi sono i seguenti riferimenti tecnico-progettuali: EN 15251: Indoor environmental input parameters for design and assessment of energy performance of buildings addressing indoor air quality, thermal environment, lighting and acoustics ASHRAE Standard Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy Temperatura interna [ C] Temp ottimale 34 Classe A 32 Classe B Classe C Temperatura esterna media mensile [ C] In questo approccio, le condizioni di comfort all interno degli ambienti variano in funzione del clima esterno, e del tipo di edificio in considerazione: - Air-conditioned, - Natural Ventilated. Laddove l utente è in grado di incidere sul microclima interno, è ammessa una banda più larga di accettazione. Fabrizio Ascione 41/44

42 Condizioni di progetto per il dimensionamento degli impianti: condizioni esterne Radiazione solare I [W/m 2 ] Temperatura dell aria Ta [ C] Umidità relativa dell aria U.R. [%] Gradi giorno GG [kd] Le condizioni esterne sono le condizioni climatiche del luogo in cui si sta progettando. Le informazioni di base riguardano: Oltre alle condizioni di progetto, interne ed esterne, per la determinazione del fabbisogno termico dei singoli ambienti è necessario conoscere tutte le caratteristiche dell involucro: Orientamento dell edificio Aree e volumi degli ambienti Stratigrafia delle strutture opache e trasparenti Proprietà termo-fisiche dei materiali e delle strutture Conduttanza unitaria superficiale interna ed esterna Fabrizio Ascione 42/44

43 Condizioni di progetto per il dimensionamento degli impianti: condizioni esterne Esempio di tabella di un progetto di impianti termici (condizioni esterne) NAPOLI Weather File Ashrae NAPLES - ITA IWEC Latitudine [deg] Longitudine [deg] Elevazione [m.s.l.m] Time Zone 1.00 Zona climatica Italiana C Temperatura invernale di progetto 2 Durata del periodo di riscaldamento 136 gg dal 16/11 al 31/03 Temperatura estiva di progetto 32 Durata del periodo di raffrescamento dal 01/06 al 15/09 Numeri di Gradi Giorno* 1034 * I gradi giorno (GG) sono adoperati per stimare il rigore del clima invernale di una località. In particolare, il valore numerico dei GG rappresenta la somma, estesa a tutti i giorni di un periodo annuale convenzionale, delle sole differenze positive (o negative) giornaliere tra la temperatura convenzionale, fissata in Italia a 20 C, e la temperatura media esterna giornaliera. Fabrizio Ascione 43/44

44 Condizioni di progetto per il dimensionamento degli impianti: esempio di tabella di sintesi Esempio di progettazione impiantistica di un edificio per uffici. Condizioni termo-igrometriche interne ed esterne (da D.P.R. 1052/77 e UNI 10339) ESTATE INVERNO T [ C] U.R. [%] T [ C] U.R. [%] ESTERNO INTERNO 26±1 50±10 20±1 50±10 Ricambi di Aria esterna (UNI 10339) Indice di affollamento convenzionale [m 2 /persona] Ricambi aria Uffici (open spaces e singoli) l/s per persona Abitazioni l/s per persona Aule l/s per persona Bar-Ristorante l/s per persona Servizi - 4 Vol/h di aria esterna FINE Fabrizio Ascione 44/44