Impianti a gas per uso domestico.

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1 Impianti a gas per uso domestico. La maggior parte degli impianti di adduzione gas nelle civili abitazioni, delle dimensioni medie di un centinaio di metri quadri, alimentano un piano cottura ed una caldaia; la caldaia serve sia da generatore dell'impianto termico che per la produzione dell'acqua calda sanitaria; quest'ultima funzione spesso e' realizzata con uno scaldino a gas in mancanza della caldaia. Ricordiamo che kilocalorie ora-watt e watt-kilocalorie ora (UNI ) 1 kcal/h = /3600 W = W - 1 W = 1/1.163 kcal/h = kcal/h. In ogni caso, la somma delle potenze di tutte le apparecchiature è generalmente inferiore o uguale a 35 kw, circa 5 kw per il piano cottura e 24 kw o 28 kw per la caldaia; il valore di 35 kw costituisce una soglia di riferimento per le norme che regolano la realizzazione degli impianti gas a servizio delle civili abitazioni, superata tale soglia, infatti, non è più sufficiente il dimensionamento dell impianto da parte dell installatore ma è necessaria la realizzazione di un progetto da parte di un professionista abilitato. Superata in ogni caso la soglia dei 116 kw è necessaria anche la denuncia dell impianto ai vigili del fuoco con la loro approvazione del progetto per la realizzazione dello stesso impianto. Nel caso di centrali termiche, spesso a servizio di condomini o abitazioni di taglia ben oltre la media, occorre denunciare impianti e centrale all INAIL ex ISPESL. Di fondamentale riferimento per gli impianti gas interni è la norma UNI CIG 7129/08 che fissa l inizio dell impianto interno gas dal punto immediatamente a valle di quello di consegna della rete distributrice del gas, il raccordo di 1

2 uscita dal contatore; nel caso di impianti alimentati da serbatoi, l impianto inizia dal raccordo di uscita della valvola del serbatoio o dei serbatoi collegati tra loro, ciò sia nel caso di gas metano o gas gpl. La norma intende per impianto l insieme di tutte le tubazioni, organi di chiusura o intercettazione, organi di regolazione e tutti i componenti accessori necessari a distribuire il gas dal punto di consegna agli apparecchi utilizzatori. Nel caso di impianti con il contatore non interno all edificio o immediatamente accanto ad esso, oltre alla chiusura generale posta a valle del contatore, occorre un altra chiusura in prossimità dell ingresso delle tubazioni in casa. Il primo elemento dell impianto è l intercettazione generale dell impianto, la cui posizione deve essere facilmente raggiungibile dall utente anche in condizioni di pericolo; la presa pressione con relativo tappo e rubinetto permette di poter controllare la pressione dell impianto quando necessario, essa deve essere posta immediatamente a valle dell intercettazione generale dell impianto. Ogni apparecchio utilizzatore del gas può essere collegato all impianto a mezzo di una tubazione rigida o flessibile costituente una derivazione con a monte una opportuna valvola di intercettazione installata a vista e facilmente raggiungibile. Sia per i nuovi impianti che per quelli esistenti una verifica ai fini della sicurezza e del corretto funzionamento degli apparecchi utilizzatori è quella della caduta di pressione tra il contatore e gli apparecchi utilizzatori. Nel caso di gas manifatturato la caduta massima di pressione deve essere non maggiore di 0,5 mbar; nel caso di gas naturale non maggiore 1,0 mbar e non maggiore 2,0 mbar nel caso di gas gpl. I principali parametri di un impianto gas, sono: 1. la potenza termica dell impianto. 2. la lunghezza delle tubazioni 3. la caduta di pressione. 4. la portata gas. 5. la velocità del gas ed il numero di REYNOLDS. La potenza termica dell impianto gas, somma dei vari carichi gas presenti in gas, può essere espressa in kw o in Kcal/h, e generalmente in un caso standard di un appartamento di un centinaio di metri quadrati si ha una potenza complessiva dell ordine di una trentina di kw corrispondenti a kcal/h. La lunghezza, la tipologia ed il diametro delle tubazioni, per l adduzione del gas metano o gas di città dal punto di consegna dell ente distributore alle apparecchiature utilizzatrici o anche per l adduzione del GPL (Gas Propano Liquido) generalmente dal serbatoio, dipendono dalla lunghezza tra i carichi ed il punto di consegna e dai vari tipi di percorso che bisogna seguire. 2

3 Questi ultimi possono essere interrati, a vista o sottotraccia, nella maggior parte dei casi i percorsi sono misti e richiedono specifiche e diverse precauzioni di caso in caso. DUE PAROLE SUL NUMERO DI REYNOLDS. Il moto del gas nelle tubazioni può essere di due tipi: laminare o turbolento. a) Nel caso di moto laminare i filetti di fluido scorrono l uno accanto all altro senza mescolarsi. b) Nel caso di moto turbolento i filetti di fluido si mescolano fra di loro. Nel primo caso la velocità del gas è bassa e le forze di tipo viscoso predominano sulle forze di inerzia. Nel secondo caso la velocità del gas è alta e le forze di inerzia predominano su quelle di tipo viscoso. Il numero di Reynolds è un numero adimensionale che misura il rapporto fra tali forze. Se prevalgono le forze viscose il moto è laminare: i filetti di fluido scorrono uno accanto all altro senza mescolarsi. Se viceversa prevalgono le forze di inerzia i filetti di fluido si mescolano fra di loro ed il moto assume un aspetto turbolento. Nel caso di fluidi che si muovono in tubazioni a sezione circolare il numero di Reynolds vale: V Diam V Diam NR [ numero adimensionale ] Ove: NR - numero di Reynolds [ numero adimensionale] V - velocità media del gas [ m/s ] - viscosità cinematica [ m 2 /s ] - viscosità dinamica [ N s/m 2 ] - densità del gas [ kg/m 3 ] E conveniente esprimere il numero di Reynolds in funzione della portata invece che della velocità: F ρ0 Diam ρ V Diam ρ S ρ F ρ NR [ numero puro ] μ 0 1 μ1 Diam μ1 Newton s Se misura la viscosità dinamica in c.poise, ricordando che 1 poise 0.1, si ha: 2 m F ρ0 F ρ0 NR [ numero puro ] Diam μ Diam μ Ove è la viscosità dinamica espressa in c.poise. 1 3

4 L esperienza dimostra che, per quanto riguarda il moto di fluidi all interno delle tubazioni, se il numero di Reynolds è < 2300 si instaura un regime laminare, se invece il numero di Reynols è > 2300 nella tubazione si instaura un regime turbolento. Nelle normali condizioni di esercizio di una rete il moto è praticamente sempre turbolento. (Se in alcuni tronchi si instaura un moto laminare significa che, in quelle condizioni di esercizio, la tubazione è decisamente sovradimensionata). Parametri impianto gas. I parametri fondamentali per il dimensionamento delle tubazioni, sono la portata gas e la perdita di carico, e tali parametri, adeguatamente dimensionati, permettono il corretto funzionamento delle apparecchiature. La portata è desumibile dai libretti di istruzione delle apparecchiature, mentre per le perdite di carico le norme impongono per il gas di città o metano una caduta di pressione inferiore ad un millibar rispetto al punto di consegna. Il numero di REYNOLDS descrive il tipo di scorrimento o flusso di un fluido, in particolare si ha un regime laminare (in corrispondenza di valori più bassi del numero di Reynolds) o un regime turbolento (in corrispondenza di valori più elevati del numero). Gas Metano o gas città. Con una tubazione in acciaio zincato di 3/4 di pollice, utilizzata ad esempio per un impianto a gas metano o gas di città, all esterno di un edificio ed ubicata a vista, per l alimentazione di un carico gas di 30 kw si ha una portata gas di 3,15 metri cubi per ora, una velocità di circa 2,30 metri al secondo un numero di REYNOLDS pari a indicativo di un flusso laminare (caratterizzato da valori di REYNOLDS inferiori all ordine di ) ed una caduta di pressione al limite di quella prevista dalla norma ossia 1 millibar. GPL, GAS propano liquido Nelle stesse condizioni di impianto descritto sopra, volendo utilizzare il gas GPL (gas propano liquido) si può scegliere una tubazione del diametro di 1/2 pollice, in essa la velocità del gas ed il numero di REYNOLDS, diventano rispettivamente di 1,13 metri al secondo e 6194 ed una caduta di pressione che assume un valore circa il doppio di quello sopra descritto, il tutto con un valore di portata che è di 1,17 metri cubi ora. Naturalmente l utilizzo del gas metano o gas di città o del GPL (gas propano liquido) è legato a diversi fattori quali i costi dei combustibili, la reperibilità, la gestione, il basso impatto 4

5 ambientale e la possibilità di utilizzare tecnologie finalizzate alla riduzione della spesa energetica, come le caldaie a condensazione, che in generale hanno rendimenti più elevati nel caso di utilizzo del metano rispetto al GPL. Significativa la differenza tra metano e GPL anche del potere calorifico che indica la quantità massima di energia che si può ricavare bruciando completamente la quantità unitaria di riferimento, del combustibile in condizioni standard. Il potere calorifico nel caso del metano è pari a 500 kcal per metro cubo, mentre nel caso del GPL è pari a 6070 kcal per metro cubo. Per dimensionare una rete del gas, come quella necessaria per l adduzione gas al piano cottura, alla caldaia per la produzione di acqua calda sanitaria e per il riscaldamento, può essere fatto semplicemente tenendo conto alcuni parametri: a) La potenza. b) Il percorso, interno ed esterno. c) Il tipo di materiale che si vuole utilizzare. Normalmente si utilizza due tipi di gas, il gas naturale o metano, oppure il GPL. La differenza tra i due prodotti sta nel peso specifico il metano è più leggero dell'aria, viceversa per il GPL. GAS METANO E GAS GPL. I gas utilizzati per usi domestici, generalmente metano e GPL, sono completamente privi di odore per cui tutte le aziende che provvedono alla distribuzione del gas devono obbligatoriamente, per legge, odorizzarlo mediante sostanze chimiche che conferiscono il caratteristico odore sgradevole che tutti conosciamo. In ogni caso, quando si avverte odore di gas è bene contattare quanto prima il servizio di pronto intervento dell azienda che eroga il servizio di distribuzione del gas oppure i Vigili del Fuoco. I gas principalmente utilizzati per uso domestico sono essenzialmente due: il metano e il GPL. Il metano è largamente utilizzato per tutti i più comuni usi domestici e viene distribuito nelle abitazioni, direttamente in forma gassosa, tramite le condotte cittadine non necessitando, così, 5

6 di serbatoi di accumulo. Inoltre non è tossico e, essendo più leggero dell aria, in caso di perdita, si disperde facilmente. Il GPL (gas di petrolio liquefatto) è una miscela di due idrocarburi, propano e butano, di cui il primo è il componente prevalente. Il suo impiego è del tutto simile a quello del metano ma, diversamente da questo, deve essere stoccato in bombole in pressione o appositi serbatoi di accumulo per essere mantenuto allo stato liquido. Il GPL ha una densità superiore a quella dell aria per cui tende a stratificare in basso e a non si disperdersi facilmente aumentando così il rischio di esplosioni, anche gravi, in seguito ad un eventuale fuga. Indicazioni normative Le prime considerazioni riguardano la scelta del tipo di materiale per le tubazioni, che possono essere in polietilene, rame, acciaio e multistrato, con quest'ultimo da qualche anno utilizzabile anche in Italia come già accadeva da diversi anni nel resto dell' Europa. Il polietilene è destinato ai tratti di tubazioni interrate, come ad esempio quelli che corrono sotto giardini o cortili privi di pavimentazione, nei quali il filo superiore della tubazione deve essere posto ad una profondità di almeno 60 centimetri rispetto al piano di calpestio di riferimento e la stessa tubazione deve essere annegata in un letto di sabbia, con la possibilità di prevedere un ulteriore protezione mediante l intubamento del polietilene in un tubo corrugato. I tratti esterni all edificio è possibile utilizzare tubazioni in acciaio, che devono essere installate a vista ed opportunamente ancorate. Il rame è generalmente destinato ai tratti di tubazioni del gas all interno dell edificio, tubazioni che possono viaggiare sottopavimento, generalmente seguendo percorsi perimetrali alle aree e rettilinei, e devono essere allocate in una striscia di spazio, sotto il pavimento, non superiore ai 20 centimetri di distanza dalle pareti. Il multistrato può essere utilizzato sia per tratti di tubazioni interne agli edifici sia per tratti di tubazioni esterne ad essi, in questo caso deve essere opportunamente protetto dall azione dannosa dei raggi ultravioletti. È bene precisare che quando si parla di tratti interni agli edifici per tubazioni sottotraccia o interrate sono escluse le zone condominiali, nelle quali le tubazioni devono essere installate necessariamente a vista. LE REGOLE PER UNA CORRETTA VENTILAZIONE Nel caso delle cucine, l operazione del ricambio dell aria dove sono installati apparecchi a gas è regolata dalla norma Uni Cig 7129 (impianti a gas per uso domestico alimentati da rete di distribuzione). In esse, per la ventilazione dei locali, fatta eccezione per gli apparecchi stagni 6

7 (tipo C) con presa diretta esterna, a tiraggio naturale o forzato, tutti gli altri apparecchi necessitano di aria in quantità sufficiente per la combustione (1 m³ di gas metano richiede circa 11 m³ di aria) che deve pervenire al locale attraverso aperture permanenti, o condotti di ventilazione, con presa diretta dall esterno. La sezione libera netta di passaggio deve essere di almeno 6 cmq per ogni kw di portata termica installata, con un minimo di 100 cm2. La bocca di apertura non deve essere ostruita, deve essere protetta con griglia o rete metallica (tenendone adeguatamente conto nel calcolo della sezione netta richiesta) e deve essere prossima alla quota del pavimento. Nel caso non sia possibile realizzare l apertura nella parte bassa del locale, si rende necessario aumentare la sezione della suddetta apertura di ventilazione almeno del 50%. Oltre al fabbisogno dell aria comburente si dovrà tenere conto anche del ricambio dell aria viziata (per un locale uso cucina il ricambio orario di aria è di 3-5 volte il suo volume); di questo flusso si dovrà pure tenere conto nel calcolo della sezione di ventilazione. Nei locali in cui sono ubicati apparecchi di cottura privi sul piano di lavoro del dispositivo di sicurezza per assenza di fiamma (termocoppia), le sezioni libere di ventilazione relative ai soli suddetti apparecchi devono essere maggiorate del 100%. La sezione minima comunque in tali casi non deve essere inferiore a 200 cmq. Ai fini della sicurezza per eventuali perdite di gas, è consigliabile realizzare la maggiorazione della sezione libera di ventilazione menzionata a livello del soffitto, e avente sezione minima di 100 cmq. Per ragioni di sicurezza è consigliabile inoltre, per tutti i locali ospitanti apparecchi a metano, ricavare uno scarico a soffitto per smaltire eventuali perdite accidentali di gas. Per quanto riguarda l aerazione dei locali, gli apparecchi a gas di cui al dm 30/10/81, e individuati dalla norma come apparecchi di tipo A, ossia apparecchi che immettono i prodotti della combustione nel locale in cui sono installati e dallo stesso prelevano l aria necessaria alla combustione, hanno necessità non di una, ma di due aperture, ciascuna della sezione minima di 100 cmq, di cui una per l afflusso dell aria comburente e di ventilazione, secondo quanto sopra indicato, e l altra per lo scarico dei prodotti della combustione, situata nella parte alta di una parete esterna. Gli apparecchi di cottura devono sempre scaricare i prodotti della combustione all esterno mediante apposite cappe, che devono essere collegate a camini singoli, a canne fumarie collettive ramificate a uso esclusivo delle cappe, o direttamente all esterno. 7

8 In caso non esista la possibilità di applicazione della cappa, è consentita l installazione di un elettroventilatore la cui azione non deve influenzare la corretta evacuazione dei prodotti della combustione nel caso di apparecchi che prelevino l aria di combustione dall ambiente. In conclusione, per migliorare il microclima nei luoghi in cui si vive, si lavora, si trascorre il tempo libero, la ventilazione può svolgere un ruolo determinante senza presentare eccessive complicazioni. IL GIUNTO DIELETTRICO. Il punto della normativa prescrive che tutti i tratti interrati di tubazioni di acciaio devono essere isolati mediante giunti isolanti monoblocco (dielettrico), da posizionare alla fuoriuscita del tubo dal terreno. La funzione del giunto dielettrico è di assicurare permanentemente la separazione elettrica tra la parte interrata e quella fuori terra al fine di proteggere la parte di tubazioni a valle del giunto da eventuali correnti vaganti che potrebbero danneggiare la tubazione favorendo la corrosione (specialmente in vicinanza di impianti elettrici a corrente continua per l'alimentazione di elettrotreni e tramvie). Un'altra importante funzione del giunto dielettrico è quella di evitare che la tubazione del gas diventi un percorso privilegiato per i fulmini nel loro percorso verso terra: il giunto isola la tubazione dalla terra evitando così che la scarica atmosferica giunga in prossimità del terreno dove potrebbe fondere la tubazione del gas in polietilene causando fuoriuscite indesiderate e molto pericolose del gas stesso. Anche nel caso di installazione di tratti interrati di tubi di polietilene per gas è obbligatorio installare il giunto dielettrico alla fuoriuscita del tubo di acciaio dal terreno. Per quanto riguarda la parte interrata della tubazione il collegamento con la parte a vista deve avvenire mediante un raccordo speciale polietilene-metallo (giunto di transizione) del tipo monoblocco. Il raccordo va posizionato sottoterra. 8

9 La tubazione interrata di polietilene deve essere collegata ad una tubazione metallica prima della fuoriuscita dal terreno. Questo breve tratto deve essere protetto contro la corrosione mediante adeguato rivestimento, ed in prossimità della risalita deve essere installato il giunto dielettrico, anche denominato "giunto isolante monoblocco", solitamente ad una distanza dal terreno compresa tra 0,3 e 0,6 m. Il giunto dielettrico può non essere installato nel tratto esterno di collegamento tra contatore e inizio del tratto interrato, in quanto a monte del contatore è sempre installato un giunto dielettrico a cura dell'azienda distributrice del gas. Se vi sono parti di impianto interno che rientrano nel terreno, entrambe le estremità devono essere provviste di giunto dielettrico. DIMENSIONAMENTO Ipotizzando che dal punto di consegna gas dell ente distributore ci sia un percorso, che la tubazione gas deve percorrere, di una quindicina di metri in una zona condominiale per poi raggiungere un appartamento al secondo piano di un edificio, si ottiene complessivamente una tubazione lunga poco più di 20/25 metri. Tenendo conto dei raccordi a gomito minimi necessari delle tubazioni, equivalenti a circa un metro di tubazione lineare, ai fini del progetto possiamo considerare una lunghezza complessiva di tubazione equivalente di circa 25 metri. Il tratto condominiale di tubazione installato a vista ed ubicato all esterno dell edificio potrà essere realizzato in acciaio o in multistrato opportunamente protetto come descritto sopra. Le eventuali tubazioni potranno essere ubicate all interno di un percorso ricavato ad alloggiamento nella muratura, con una sezione rettangolare eventualmente ricoperta con un pannello non a tenuta e rimovibile. Le tubazioni in multistrato potranno essere ubicate su un apposita canalina e rivestite con una tubazione di protezione dai raggi ultravioletti, canalina a sua volta ricopribile con una griglia. Per un impianto di potenza standard di riferimento di circa 28 o 30 kw termici, considerando una caldaia di 24 kw ed un piano cottura di 4 o 5 kw, la tubazione in acciaio dovrà avere un diametro di mezzo pollice, di 26 mm se realizzata in multistrato, garantendo in tal modo ai carichi gas una caduta di pressione non superiore ad un millibar. I diametri delle sezioni delle tubazioni costituenti l'impianto gas devono essere tali da garantire una fornitura di gas sufficiente a coprire la massima richiesta, limitando la perdita di pressione (perdita di carico) fra il contatore e qualsiasi apparecchio di utilizzazione a valori non maggiori di: 0,5 mbar per i gas della Ia famiglia (gas manifatturato); 1,0 mbar per i gas della IIa famiglia (gas naturale); 9

10 2,0 mbar per i gas della IIIa famiglia (gas di petrolio liquefatto GPL). Qualora a monte del contatore sia installato un regolatore di pressione, sono ammesse perdite di carico doppie di quelle sopra indicate. Se non diversamente specificato dalla normativa municipale, regionale o nazionale applicabile, il dimensionamento dell impianto interno deve essere effettuato con la seguente procedura (possono essere trascurati gli attacchi rigidi di piccola lunghezza ed i tubi flessibili): a) determinare la massima portata oraria in volume (portata volumica) in m3/h richiesta per ogni tratto di impianto in base alla portata termica nominale in kw riportata sulla targa degli apparecchi utilizzatori ed al potere calorifico inferiore o superiore; b) determinare le lunghezze virtuali dei differenti tratti della tubazione che costituiscono l impianto interno, sommando i diversi contributi dovuti alla lunghezza di tutti i tratti di tubazione e le lunghezze equivalenti di: cambi di direzione del tubo con curvature di 90 (i cambi di dire-zione realizzati con il tubo CSST con un raggio di curvatura pari ad almeno il doppio del minimo consentito e con angoli inferiori di 90 non vanno presi in considerazione ai fini del calcolo del dimensionamento), raccordi a gomito, raccordi a T e collettori (equiparati a raccordi a T), rubinetti; c) procedere al dimensionamento tratto per tratto sulla base della densità relativa del gas. 10

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