Ing. Marco Lucentini Università di Roma La Sapienza

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1 Coibentazione tubature Ing. Marco Lucentini Università di Roma La Sapienza

2 Intervento di coibentazione tubi utilità e caratteristiche Ridurre le dispersioni di calore lungo le tubature Caratteristiche dei tratti interessati Scoperti ed accessibili Zone interne od esterne all edificio in cui non è richiesto un apporto termico

3 Legge 42/93 (agg. D.L. 55/99) Conduttività Termica utile dell'isolante Diametro esterno della tubazione (mm) (W/m C) da 20 a da 40 a da 60 a da 80 a < >

4 Principali parametri di calcolo/ Parametro Un. misura Descrizione θ m_i C Temperatura del fluido all inizio i i del circuito i di mandata θ r_i C Temperatura del fluido all inizio del circuito di ritorno θ amb_i C Temperatura ambiente a distanza dal circuito (inizio) D m_i m Diametro della tubatura nel circuito di mandata (inizio) D r_i m Diametro della tubatura nel circuito di ritorno (inizio) θ m_f C Temperatura del fluido alla fine del circuito di mandata θ r_f C Temperatura del fluido alla fine del circuito di ritorno θ amb_f C Temperatura ambiente a distanza dal circuito (fine) D m_f m Diametro della tubatura del circuito di mandata (fine) D r_f m Diametro della tubatura del circuito di ritorno (fine) s tubo m Spessore delle tubature in funzione del diametro L non isol m Lunghezza della tratta di tubatura non isolata

5 Principali parametri di calcolo/2 λ tubo W/m C Conducibilità termica delle tubature (per metro) L isol_p m Lunghezza della tratta di tubatura già isolata s isol_p m Spessore medio isolante già presente λ isol_p W/h C Conducibilità media dell isolante già presente (per metro) L isol_d m Lunghezza della tratta di tubature che si vuole isolare s isol_d m Spessore dell isolamento scelto λ isol_d W/m C Conducibilità termica dell isolante da applicare h aria W/m 2 C Conducibilità termica dell aria a temperatura ambiente K W/m 3 C Coefficiente di conduzione termica A m 2 Superficie di scambio termico Cos isol /m Costo (per metro) dell isolante da applicare Cos inst_isol /m Costo dell istallazione i (per metro) dell isolante l da applicare Cos comb /Kg Costo del combustibile adoperato per Kg Cos tot Costi totali da sostenere per l intervento t tot h Ore totali di funzionamento dell impianto per anno Q Wh Cl Calore disperso Q & W Potenza termica dispersa Comb - Tipo di combustibile adoperato pci Wh/Kg Potere calorifico inferiore del combustibile adoperato η - Rendimento medio stagionale della caldaia

6 Esecuzione intervento Metodologia Quantità media di calore che l impianto cede all ambiente: Condizioni normali Dopo l applicazione del coibente Differenza tra i due scenari

7 Tubature esistenti θ fluido (media tra tutte le temperature dei fluidi in mandata e ritorno e all inizio ed alla fine del circuito): fluido ( θ + θ + θ θ )/ 4 θ = + m _ i r _ i m _ f r _ f θ amb (media tra tutte le temperature dell aria ambiente all inizio ed alla fine del circuito): amb ( θ θ )/ 2 θ + = amb _ i amb _ f

8 Tubature esistenti/2 Calcolo Diametro medio r 3 r r 2 medio ( D + D + D D ) / 4 D = + m _ i r _ i m _ f r _ f r + = Dmedio / 2 stubo r 2 = Dmedio / 2 r 3 = Dmedio / 2 sisol

9 Q& Potenza termica dispersa per unità di lunghezza l ( K A) ( θ ) = θ l fluido amb ( K A ) l = ln 2π ln λ ( r r ) + ( r r ) λ tubo isol h ariar 3 + r 3 r r 2

10 Tratta non isolata Tubature esistenti/3 Q& non isol = ( K A) l non isol ( θ fluido θamb ) L ( ) 2π K A l = non isol ln ( r ) 2 r + λ tubo hariar2 non isol Tratta isolata Q& isol _ p = ( K A) l isol _ p ( θ fluido θamb ) Lisol _ p ( ) 2π K A l = isol _ p ln ( r ) ( ) 2 r + ln r3 r2 + λ tubo λ isol _ p hariar 3

11 Tubature esistenti/4 Perdita totale di energia termica dovuta al sistema di riscaldamento Q tot ( Q& ) non isol + Q& isol p t tot = _

12 Applicazione dell isolamento alle tubature non isolate Procedimento analogo al precedente con sostituzione delle tratte non coibentate con quelle dove si è deciso di applicare l isolante (Q*tot) Tratta Q da isolare Qisol _ d K A & ( K A ) ( θ θ ) ( ) ( Q& ) isol _ d + Q isol p t tot * tot = & _ = l isol _ d fluido amb Lisol _ d l = 2π λ isol _ d ln( r2 r ) + ln( r3 r2 ) + λtubo isol _ d haria Spessore del coibente esperienza espressione che considera gli effetti dell aumento dello spessore sull incremento della superficie disperdente (valore ottimo in funzione del raggio della tubatura) r 3

13 Stima costi/benefici Calore risparmiato Q risp = Q tot Q * tot Il calcolo va ripetuto per ogni alternativa proposta al fine di poter effettuare dei confronti tra le diverse alternative Risparmio economico (euro/anno) Risp = Q risp Cos η pci comb

14 Stima costi/benefici Costi di realizzazione Costo del materiale (Cos isol) Costo installazione (Cos inst_isol) Lunghezza tubature (L isol_d) Cos tot = ( Cos + ) isol Cos inst _ isol L isol _ d Payback (n) n=cos tot /Risp

15 Esempio progettuale di isolamento termico (CTB)

16 Si consideri un circuito di riscaldamento le cui caratteristiche principali possono essere riassunte nel seguente schema (estratto di una checklist) - Lunghezza totale del circuito 200 m - Lunghezza della tratta già coibentata 30 m - Diametro medio dei tubi (e spessore) 0,03 m (0,003 m) - Conducibilità bl dei tubi 58,5 W/m C - Temperatura media del fluido termovettore 55 C - Temperatura media ambiente 20 C - Spessore dell isolante 0,03 m - Conducibilità isolante (stimata) 0,04 W/m C - Coefficiente adduzione aria 29 W/m 2 C - Ore di utilizzo dell impianto all anno 2000 h/anno - Lunghezza della tratta tt da coibentare 50 m

17 - Spessore del materiale isolante 0,04 m - Conducibilità isolante 0,035 W/m C - Rendimento medio stagionale della 0,9 caldaia[] - Potere calorifico inferiore i del combustibile,8 kwh/kg (gasolio, densità 820 Kg/m 3 ) - Prezzo per chilogrammo di combustibile[2] 0,58 /Kg - Costo dell isolante comprensivo del costo dell installazione (per metro) [] In conformità ai valori minimi per legge stabiliti dal D.P.R. n. 42 del 26 agosto 993, attuativo della L. 0/9. [2] Listino prezzi della CCIAA di Torino, il prezzo si riferisce ad una consegna inferiore ai 5000 Kg. 4,5 /m

18 Quantità di calore dispersa nel funzionamento (K A) l-nonisol = 2,744 W/ Cm (K A) l isol_p = 0,93 W/ Cm [(K A) l isol _p L isol _p +(K A) l -nonisol L non isol ](θ fluido -θ amb )=7300 W Q tot =Q t tot = 34,6 MWh/anno

19 Intervento di coibentazione (K A) L-nonisol = 2,744 W/ Cm (K A) L isol_p =0,93W/ Cm (K A) L isol_d =0,73W/ Cm Q = [(K A) L isol_p L L isol_p + (K A) L isol_d L L isol_d +(K A) L L-nonisol ]( θ fluido -θ amb ) = 6740 W L-nonisol Q* tot = Q t tot = 3,48 MWh/anno

20 Analisi economica Risp 725 /anno Cos tot =(Cos isol +Cos inst isol ) L isol_d 620 Periodo di payback = Cos tot /Risp 0 mesi

21 Metodo approssimato: tabelle e grafici di riferimento Ipotesi semplificative tabella coefficiente di adduzione dell aria costante e pari a 29 W/m 2 C stretta tt variazione i del rapporto r 2 /r KA l non isol (W/m C) r2/r r2 * 0,0 0,05 0,02 0,025 0,03 0,035 0,04 0,045 0,05,83 2,74 3,65 4,57 5,48 6,4 7,3 8,22 9,3 05,05 83, , , , , , , ,2 92 9,2,,83 2,73 3,65 4,56 5,47 6,38 7,29 8,2 9,,5,83 2,73 3,65 4,56 5,47 6,37 7,28 8,9 9,09,2,83 2,73 3,64 4,56 5,47 6,37 7,28 8,9 9,08 25,25 83, , , , , , , , ,08,3,83 2,73 3,64 4,55 5,45 6,36 7,27 8,6 9,07,35,83 2,73 3,64 4,55 5,45 6,36 7,26 8,6 9,06,4,83 2,73 3,64 4,55 5,45 6,35 7,26 8,5 9,05 * espresso in m

22 Metodo approssimato: tabelle e grafici di riferimento Ipotesi semplificative tabella 2 coefficiente di adduzione dell aria costante e pari a 29 W/m 2 C indipendenza dai rapporti r 2 /r ed r 3 /r 2 (assunti pari a,25) KA l isol (W/m C) λisol * r3 ** 0,025 0,025 0,7 0,03 0,8 0,035 0,92 0,04,0 0,045,2 0,05,2 0,055,29 0,06,37 0,065,45 0,03 0,7 0,84 0,94,06,6,26,36,44,54 0,035 0,72 0,85 0,98,08,2,3,4,5,59 0,04 0,73 0,86 0,99,,22,34,44,55,65 0,045 0,74 0,87,3,24,36,48,58,69 0, , ,88 02,02 4,4 27,27 38,38 5,5 62,62 72,72 0,055 0,76 0,9,02,6,28,4,52,64,76 0,06 0,76 0,9,04,7,3,42,55,66,78 0,065 0,77 0,9,05,7,3,44,56,69,8 0,07 0,77 0,9,05,9,33,45,58,7,83 * espresso in Kcal/hm C ** espresso in m

23 Metodo approssimato: tabelle e grafici di riferimento Ricavati i coefficienti (KA) dalle tabelle si può ottenere direttamente la quantità di calore risparmiato con la seguente formula approssimata Q risp = θ L tubo t [( ) ( ) ] KA KA l non isol l isol Questa approssimazione, unita a quelle accennate per la realizzazione delle tabelle, comporta un errore sul calcolo del Qrisp verificato al 5% massimo.