SOMMARIO DELLA PRESENTAZIONE

Transcript

1 Ph.D. E- mail: CORSO DI FORMAZIONE PER L ISCRIZIONE ALL ELENCO DEI PROFESSIONISTI ABILITATI AL RILASCIO DELLA CERTIFICAZIONE ENERGETICA IN REGIONE PIEMONTE CONFORME DELIBERA REGIONALE 11965/2009 MOD 5 UNI PARTE 2 IMPIANTO DI RISCALDAMENTO ACS Professore a.c. di Fisica Tecnica Fac. Architettura(UniGe) Professore a.c. di Impianti Tecnici Fac. Ingegneria (UniGe) 2011 DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 1/72 SOMMARIO DELLA PRESENTAZIONE 1. Rendimenti e sottosistemi 2. Emissione 3. Regolazione 4. Distribuzione 5. Produzione 6. Esempio di calcolo DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 2/72

2 Rendimento globale di impianto Per mantenere in un locale (sia esso isolato o meno) la temperatura ambiente di progetto, l energia Q h dispersa deve essere reintegrata dall impianto di riscaldamento. In realtà, il corpo scaldante dovrà fornire una quantità di energia maggiore di Q h, e la caldaia dovrà bruciare una quantità di energia primaria ancora maggiore di quella emessa dal corpo scaldante, in quanto i sistemi di riscaldamento reali non sono in grado di eliminare completamente alcune perdite di calore. Il miglioramento delle prestazioni termiche degli impianti di riscaldamento non può prescindere da un attenta analisi dei quattro rendimenti che li caratterizzano. η g = η e η c η d η p DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 3/72 Rendimento di emissione Il rendimento di emissione medio stagionale è definito come il rapporto fra il calore richiesto per il riscaldamento degli ambienti con un sistema di emissione teorico di riferimento in grado di fornire una temperatura ambiente perfettamente uniforme ed uguale nei vari locali ed il sistema di emissione reale, nelle stesse condizioni di temperatura ambiente e di temperatura esterna. Il rendimento di emissione individua quindi l influenza del modo di emissione del calore sulle perdite di calore dovute a trasmissione localizzata, stratificazione dell aria, movimenti dell aria, ecc. DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 4/72

3 Il rendimento di emissione risulta, nel caso esemplificato: η e =Q h /Q rh dove: Q h rappresenta la quantità di energia occorrente per riscaldare l ambiente con il sistema di emissione teorico di riferimento; Q hr rappresenta invece il fabbisogno di calore occorrente con il sistema reale di emissione, a parità di condizioni esterne e di benessere interno. Il rendimento di emissione dipende dalle maggiori perdite di calore dell involucro edilizio, causate essenzialmente da due fenomeni. 1. I moti convettivi innescati dal corpo scaldante ed il calore radiante emesso dallo stesso direttamente verso le strutture disperdenti sono causa di aumento del valore del coefficiente liminare interno; aumentano di conseguenza la trasmittanza della parete ed il calore disperso dalla stessa verso l esterno. 2. Il riscaldamento convettivo genera inevitabilmente un gradiente termico nel locale che è causa di maggiori dispersioni passive. DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 5/72 30 Maggiori perdite per surriscaldamento parete Maggiori perdite per surriscaldamento di alcune zone dell ambiente (parti in alto) DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 6/72

4 Rendimento di emissione Il rendimento di emissione risulta, nel caso esemplificato: η e =Q h /Q rh =601/669 = 0,9 dove: Q h energia occorrente per riscaldare l ambiente con il sistema di emissione teorico di riferimento; Q hr fabbisogno di calore occorrente con il sistema reale di emissione, a parità di condizioni esterne e di benessere interno Poiché non è possibile nel caso della certificazione fare un calcolo così accurato si fa riferimento alle tabelle della UNI DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 7/72 Qh= carico termico Q h=qh- recuperi DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 8/72

5 Rendimento di emissione - Calcolo dell emissione emissione teorica Come previsto dalla normativa recentemente approvata, sui cataloghi dei fabbricanti viene indicata l emissione termica nominale, riferita ad una differenza di temperatura Δt fra radiatore ed ambiente di 50 C anziché di 60 C come in precedenza. (t IN = 75 C t OUT = 65 C t media = 70 C t amb = 20 C) Nelle condizioni reali, l emissione termica varia in funzione della differenza di temperatura, secondo la legge: q = q n.(δt/50) n n variabile da 1.25 a (EN 442) dove: q è l emissione termica per elemento di corpo scaldante nelle effettive condizioni di impiego (per un determinato valore di Δt), in W; q n è l emissione termica nominale di riferimento, per elemento (riferita al Δt nominale di 50 C), in W; Δt è la differenza fra la temperatura media del corpo scaldante e la temperatura dell aria ambiente, in C: Δt = (t e + t u )/2 - t a t e è la temperatura dell acqua all ingresso nel corpo scaldante, in C; DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 9/72 t u è la temperatura dell acqua all uscita del corpo scaldante, in C; t a è la temperatura dell aria nell ambiente, in C; Esempio: calcolare il rendimento di emissione, la potenza emessa e la potenza dispersa di un radiatore su parete esterna isolata (H=2.8m), con i seguenti dati: Flusso nominale q n =800W n=1.3 (dal costruttore) Te=55 C, Tu=48 C, Ta=20 C, carico termico medio annuo 6W/m 3 (dati operativi) Calcolare inoltre il fabbisogno netto e l energia dispersa totale supponendo nulle le perdite recuperate dal sistema ACS ed un fabbisogno ideale dell edifico di kWh Soluzione: Dalla Tabella 17 UNI η e =0.94 Δt = (t e + t u )/2 t a =(55+48)/2-20=31.5 C q = q n.(δt/50) n =800(W)*(31.5/50) 1.3 =438.8W flusso emesso q disperso =q(1-η e )/η e =438.8 * (1-0.94)/0.94 =438.8* q= 28 W flusso disperso DA UNI (pag. 33) Qh= kwh fabbisogno netto Q h =Q h -Q W,rh = =262250kWh fabbisogno emissione Q l,e,h =Q h *(1-η e )/η e = Q h* (1-0.94)/0.94= Q h * Q h=16731kwh perdite di emissione Che quindi vanno aggiunte al fabbisogno DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 10/72

6 Rendimento di emissione Da quali fattori dipende e come si può migliorare? Adottare tutti quegli accorgimenti in grado di migliorarne il valore quali: bassa temperatura media di progetto del fluido termovettore; - buon isolamento termico della parete retrostante; - strato riflettente sulla parete retrostante; - mensole atte a deviare i flussi convettivi verso l interno del locale; - taglio termico delle mensole stesse; ed inoltre, negli ambienti industriali, installazione di destratificatori di temperatura. DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 11/72 Il rendimento di regolazione medio stagionale è il rapporto fra il calore richiesto per il riscaldamento degli ambienti con una regolazione teorica perfetta ed il calore richiesto per il riscaldamento degli stessi ambienti con un sistema di regolazione reale. Il regolatore teorico perfetto è quello in grado di ridurre immediatamente l emissione del corpo scaldante in presenza di un apporto di calore proveniente da fonte diversa dall impianto di riscaldamento. ESEMPIO: Calcolo dell energia dispersa, in un ora, verso l esterno, da un locale di abitazione, nel periodo medio stagionale. Rendimento di regolazione DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 12/72

7 Rendimento di regolazione ideale reale Il rendimento di regolazione risulta, nel caso esemplificato: dove: η c =Q h /Q hr =( )/( )=0,86 Q h rappresenta la quantità di energia occorrente per riscaldare gli ambienti con il sistema di regolazione teorico perfetto; Q hr rappresenta invece il fabbisogno di calore occorrente con il sistema di regolazione reale, a parità di condizioni esterne e di benessere interno. DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 13/72 Esempio: un sistema di regolazione perfetto riduce immediatamente la potenza del corpo scaldante, sfruttando l apporto gratuito (ad es metabolismo) 1) Il locale è mantenuto a 20 C da un corpo scaldante della potenza di 1,5 kw. 2) In seguito all ingresso nel locale di una persona, che fornisce un apporto di 95 W, il regolatore teorico perfetto riduce immediatamente l emissione del corpo scaldante a W in modo che la somma risulti sempre W e la temperatura rimanga a 20 C. 3) In presenza dello stesso evento di cui al punto 2), il sistema di regolazione reale reagisce più lentamente, solo dopo che si è verificato un aumento (indesiderato) della temperatura ambiente. DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 14/72

8 L energia termica di riferimento per il sistema di regolazione è quella nominale maggiorata delle perdite di emissione DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 15/72 Regolazione climatica centralizzata con sonda di compensazione esterna Il sistema è pilotato da una sonda che rileva la temperatura esterna T e. La grandezza che viene regolata è la temperatura di mandata T m del fluido termovettore. Principio di funzionamento: misuro la temperatura esterna Te calcolo la temp di mandata di rif T*= T m *=F(T e ) misuro la temp attuale di mandata Tm calcolo l'errore E e regolo l'impianto con l'attuatore A E=T m -T m * 0 DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 16/72

9 Rendimento di regolazione (distrib. verticale) Come migliorare il rendimento di regolazione degli impianti esistenti (un esempio) Gli impianti di riscaldamento esistenti sono in massima parte costituiti da: 1) impianti centralizzati con distribuzione a colonne montanti e regolazione climatica centrale o manuale. DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 17/72 Rendimento di regolazione Come migliorare il rendimento di regolazione degli impianti esistenti L applicazione delle valvole termostatiche e della contabilizzazione del calore indiretta consente di ottenere i seguenti vantaggi: - autonomia gestionale, con un risparmio medio di circa il 10%; - aumento del rendimento di regolazione, (con un ulteriore 15% circa di risparmio). Il risparmio energetico normalmente conseguibile è quindi dell ordine del 25%. Valvola 2 vie Valvola 3 vie DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 18/72

10 Rendimento di regolazione ( distrib orizz.) Come migliorare il rendimento di regolazione degli impianti esistenti 2) impianti centralizzati con distribuzione orizzontale e regolazione climatica centrale (eventuale regolazione di zona con valvola di zona e contatore). L applicazione delle valvole termostatiche e della contabilizzazione del calore, diretta o indiretta consente di ottenere i seguenti vantaggi: - autonomia gestionale, con un risparmio medio di circa il 10%; - aumento del rendimento di regolazione. DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 19/72 Rendimento di regolazione ( distrib orizz.) Come migliorare il rendimento di regolazione degli impianti esistenti DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 20/72

11 Rendimento di regolazione ( distrib orizz.) Come migliorare il rendimento di regolazione degli impianti esistenti DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 21/72 Rendimento di regolazione ( autonomo ) Come migliorare il rendimento di regolazione degli impianti esistenti 3) impianti individuali con generatore autonomo con regolazione manuale o con regolazione di zona a mezzo cronotermostato ambiente L applicazione delle valvole termostatiche e di un buon cronotermostato ambiente consente di ottenere i seguenti vantaggi: - aumento del rendimento di regolazione,. Il risparmio energetico normalmente conseguibile, globalmente, è dell ordine del 10 o 15%, come si può rilevare dall applicazione della norma DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 22/72

12 Rendimento di distribuzione Il rendimento di distribuzione η d è il rapporto fra la somma del calore utile emesso dai corpi scaldanti e del calore disperso dalla rete di distribuzione all interno dell involucro riscaldato dell edificio ed il calore in uscita dall impianto di produzione ed immesso nella rete di distribuzione. Il rendimento di distribuzione medio stagionale caratterizza l influenza della rete di distribuzione sulla perdita passiva di energia termica (quella non ceduta agli ambienti da riscaldare). ESEMPIO: Calcolo dell energia dispersa verso l esterno, in un ora, da un locale di abitazione nel periodo medio stagionale, e del conseguente rendimento di distribuzione. DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 23/72 Rendimento di distribuzione Il rendimento di distribuzione risulta, nel caso esemplificato: η d =Q hr /(Q hr +Q dnr )=601/(601+54)=0.92 dove: Q hr è l energia termica richiesta per il riscaldamento della zona, fornita in parte dal corpo scaldante (Q rad ) ed in parte dalle tubazioni correnti all interno dell involucro riscaldato (Q dr è il calore disperso recuperato); Q dnr è l energia termica dispersa dalla rete di distribuzione corrente all esterno dell involucro riscaldato e quindi non recuperata. DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 24/72

13 Il rendimento di distribuzione risulta, nel caso esemplificato: η d =Q hr /(Q hr +Q dnr ) dove: Q hr è l energia termica richiesta per il riscaldamento della zona, fornita in parte dal corpo scaldante (Q rad ) ed in parte dalle tubazioni correnti all interno dell involucro riscaldato (Q dr è il calore disperso recuperato); Q dnr è l energia termica dispersa dalla rete di distribuzione corrente all esterno dell involucro riscaldato e quindi non recuperata. Rendimento di distribuzione DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 25/72 Rendimento di distribuzione Per ridurre le dispersioni occorre pertanto: - preferire tipologie impiantistiche che prevedano una rete di distribuzione tutta interna all involucro riscaldato; -ove non sia possibile evitare percorsi esterni all involucro riscaldato, prevedere un congruo ed accurato isolamento termico delle tubazioni; -Prevedere per quanto possibile portate modeste in modo da ridurre le dimensioni (i diametri) della rete di distribuzione; - prevedere reti di lunghezza il più possibile contenuta, evitando percorsi tortuosi e non necessari; - prevedere temperature di progetto il più possibile basse. DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 26/72

14 UNI (pag. 21) Rendimenti di distribuzione DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 27/72 La norma UNI prevede anche la presenza possibile di un sistema di accumulo, sia sull impianto di riscaldamento, sia su quello (più frequente) dell Acqua Calda sanitaria (ACS) pag. 33 DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 28/72

15 Esempio. Calcolare le perdite da un serbatoio alto 1.5m di diametro 0.6m, che operi per tutto l anno a temperatura media di 55 C in ambiente a 15 C (cantina), isolato con 5cm di isolante poliuretanico (k=0.03w/mk). Soluzione: Superficie disperdente: S=πD 2 /4x2+πD*H=3.14x0.6x0.6/4*2+3.14x0.6*1.5=3.4m 2 Trascurando le resistenze convettive si ottiene: q= 3.4m 2 /0.05m*0.03*(55-15) 1 h=81.6wh pot. termica oraria dispersa Qdisp=81.6/1000*365*24=714,8kWh Una volta calcolate tutte le dispersioni dei vari sottosistemi, si arriva al fabbisogno termico che la caldaia deve fornire all impianto di riscaldamento: una parte importante dell impianto è quindi la caldaia con il suo RENDIMENTO DI PRODUZIONE η P. DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 29/72 Rendimento di produzione Il rendimento di produzione medio stagionale è il rapporto fra il calore utile prodotto dal generatore nella stagione di riscaldamento e l energia fornita nello stesso periodo sotto forma di combustibile ed energia elettrica. DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 30/72

16 Rendimento di produzione Il rendimento di produzione medio stagionale è dovuto al fatto che non tutta l energia fornita viene trasferita all acqua, a causa delle perdite. DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 31/72 Q d : PERDITE DI CALORE PER TRASMISSIONE DAL MANTELLO VERSO L AMBIENTE OVE E INSTALLATA LA CALDAIA Le perdite dal mantello si possono ridurre con espedienti costruttivi e progettuali: 1. con un efficace isolamento termico del mantello; 2. mantenendo bassa la temperatura media dell acqua nel generatore (ciò comporta l adozione di impianti a bassa temperatura; non tutti i generatori si prestano però per le condizioni di funzionamento che ne derivano); 3. dimensionando il generatore per l effettivo fabbisogno (un sovradimensionamento non giustificato genera un inutile aumento di costi ed un deprecabile aumento delle dispersioni passive); 4. installando i generatori in ambiente protetto (all interno dell involucro riscaldato o in apposita centrale termica). DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 32/72

17 DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 33/72 Q f : PERDITE DI COMBUSTIONE Le perdite di combustione sono presenti durante i periodi in cui il bruciatore è acceso e sono costituite dal calore sensibile contenuto nei prodotti della combustione, che vengono scaricati all esterno. Anche le perdite di combustione si possono ridurre con il concorso di più espedienti, costruttivi e progettuali: 1. migliorando la combustione, ossia riducendo l eccesso d aria, con assenza di incombusti (il limite è costituito dalla capacità del bruciatore di funzionare stabilmente con eccessi d aria molto bassi); DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 34/72

18 2. abbassando la temperatura dei fumi mediante l adozione di un sistema di scambio più efficiente (più abbondante); anche una temperatura più bassa dell acqua nel generatore contribuisce ad abbassare la temperatura dei fumi, migliorando il rendimento di combustione; nei generatori di calore tradizionali, allacciati a camini altrettanto tradizionali, il limite è costituito dalla necessità di assicurare il funzionamento del camino, il cui tiraggio, come è noto, è proporzionale, a parità di altre condizioni, alla temperatura dei fumi. DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 35/72 Q fbs : PERDITE AL CAMINO A BRUCIATORE SPENTO Le perdite al camino a bruciatore spento sono dovute al tiraggio del camino che, durante i periodi di inattività del bruciatore, aspira aria dall ambiente. Il flusso così aspirato, passando attraverso il generatore, asporta calore dalle sue strutture interne e lo convoglia al camino. Le perdite al camino a bruciatore spento possono essere ridotte con i seguenti criteri: 1. adottando bruciatori muniti di serranda in grado di chiudere accuratamente l ingresso dell aria comburente durante i periodi di fermata del bruciatore; 2. sigillando accuratamente ogni possibile ingresso d aria nel generatore; 3. abbassando la temperatura dei fumi, in modo da limitare il tiraggio; 4. inserendo regolatori di tiraggio, nel caso di tiraggio eccessivo. DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 36/72

19 Q pre : PERDITE DI PRELAVAGGIO Le perdite di prelavaggio sono dovute al flusso d aria generato dai bruciatori prima di ogni accensione, allo scopo di assicurare l assenza in camera di combustione di possibili miscele esplosive. La durata del prelavaggio è fissata dalla normativa in funzione della potenza termica bruciata e del tipo di combustibile. Le perdite di prelavaggio potrebbero risultare eccessive qualora, in relazione alle condizioni di progetto le accensioni dovessero risultare molto frequenti (per esempio in caso di bassa inerzia e di generatore sovradimensionato). Le perdite di prelavaggio possono essere ridotte, quando necessario: 1. adottando un timer che non consenta la riaccensione del bruciatore prima che sia trascorso un determinato tempo dall ultimo spegnimento (esempio: 10 o 15 ). DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 37/72 Le figure utilizzate per esemplificare le perdite di calore dei generatori raffigurano, per comodità di rappresentazione, generatori di calore di tipo centralizzato. Le teorie illustrate e gli argomenti trattati sono tuttavia applicabili a qualsiasi altro tipo di generatore, compresi i generatori autonomi a gas, i generatori di aria calda ed i radiatori a gas. Tipo B atmosferico Tipo C stagno DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 38/72

20 Rendimento di produzione Le perdite di calore nei diversi tipi di generatori: generatori autonomi a gas La prima figura illustra la ripartizione del calore fornito in calore utile e perdite in un generatore tipo B. Si notino le seguenti particolarità: - la usuale presenza di una intercapedine, fra l isolamento termico della camera di combustione e dello scambiatore ed il mantello, fa sì che le perdite Q ds (da superfici non bagnate) e Q du (da superfici bagnate) non escano dal mantello propriamente detto, ma seguano il percorso indicato in figura; -la perditaq ds, presente solo durante il funzionamento del bruciatore, può essere sommata a Q f per il calcolo del rendimento medio stagionale; la perdita Q d si riduce in tal modo alla sola componente Q du ; - nel funzionamento intermittente i termostati, di ambiente e di caldaia, interrompono solitamente, tanto il funzionamento del bruciatore che quello della pompa; in tal caso, in conseguenza della costruzione leggera dello scambiatore, la perdita Q d tende a diminuire nel tempo fino ad annullarsi. In attesa che la normativa venga modificata in modo da accettare un valore di Q d funzione del tempo, si può ridurre l errore introducendo un valore di Q d molto basso (solo una frazione del Q d corrispondente al funzionamento a carico nominale); in alternativa, si può sommare la perdita Q d al termine Q f, ponendo nel calcolo il termine Q d = 0; - l energia elettrica assorbita dal bruciatore è trascurabile e quindi il termine Q e si riduce alla sola energia assorbita dalla pompa. DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 39/72 La seconda figura illustra la ripartizione del calore fornito in calore utile e perdite, in un generatore tipo C. Si notino le seguenti particolarità: - la soluzione costruttiva usuale, che prevede una camera stagna che inviluppa completamente la camera di combustione e lo scambiatore, fa sì che la perdita Q d venga completamente recuperata; in tal caso si può porre Q d = 0; - nel caso in cui lo scarico dei fumi avvenga direttamente all esterno, alla stessa quota della presa d aria, l assenza di un camino fa sì che la perdita Q fbs a bruciatore spento sia praticamente nulla; - è invece presente la perdita di prelavaggio Q pre ; per ridurre tale perdita e migliorare così l affidabilità del calcolo del rendimento medio stagionale, si raccomanda l inserimento di un timer che non consenta accensioni troppo frequenti; - il termine Q e è costituito dalla somma dell energia assorbita dal ventilatore e da quella assorbita dalla pompa. DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 40/72

21 - il termine Q d è nullo, in quanto la totalità delle perdite concorre al riscaldamento dell ambiente di installazione; - il termine Q fbs è solitamente quasi nullo: la costruzione generalmente assai leggera ed il temporizzatore che prolunga il funzionamento del ventilatore per alcuni minuti dopo lo spegnimento del bruciatore annullano in pratica questa perdita; - anche la perdita di prelavaggio Q pre risulta ridotta, in quanto il flusso d aria attraversa uno scambiatore a temperatura prossima a quella ambiente; - i termini Q e1 e Q e2, costituiti rispettivamente dall energia assorbita dal motore del bruciatore e da quello del ventilatore, incidono in modo non trascurabile sul rendimento medio stagionale. DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 41/72 La figura illustra schematicamente la ripartizione del calore fornito in calore utile e perdite, in un radiatore a gas con circuito di combustione stagno. Il suo comportamento è analogo a quello del generatore di aria calda pensile di cui alla figura precedente ed è rappresentato dal grafico della figura. DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 42/72

22 Confronto indicativo tra i rendimenti mediamente ottenibili con diversi tipi di generatore in funzione del carico termico Il valore del rendimento medio effettivo stagionale (o mensile) si calcola come media pesata dei rendimenti della caldaia al variare del carico termico reale nelle varie condizioni operative e periodi temporali corrispondenti DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 43/72 La UNI fornisce valori pre-calcolati con riferimento a condizioni di utilizzo medie, che possono essere usati, con riferimento a 7 parametri significativi, per i calcoli (pag. 24, Tab. 23) DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 44/72

23 Due esempi da Tab. 23 DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 45/72 Completa il calcolo del fabbisogno di energia la valutazione (stimata o rilevata) dei consumi elettrici dei vari sottosistemi (pag. 27 UNI ): DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 46/72

24 DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 47/72 (*) Esempio di calcolo semplificato secondo la norma UNI TS Riscaldamento Si parte dati dati generali, costituiti in larga parte dai risultati di calcoli precedenti sul fabbisogno termico dell edifico (secondo norma UNI TS ) (*) DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 48/72

25 Anche η rg!!!! DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 49/72 distribuzione DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 50/72

26 DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 51/72 Modulo 6 parte B: UNI_TS parte 2- ACS DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 52/72

27 ACQUA CALDA SANITARIA Come per l impianto di riscaldamento, gli elementi di calcolo essenziali seguono sempre la stessa logica: 1)Determinazione del fabbisogno Qh,W (UNI TS , punto 5.2, pag. 9-11) 2)Produzione, (accumulo), distribuzione ed erogazione dell ACS 3)Valutazione dell efficienza dei singoli sottosistemi e dell energia perduta in ciascuna delle quattro fasi precedenti (UNI TS , punto 6-9, pag ) 4)Calcolo finale del consumo di energia primaria equivalente (UNI TS , punto 6-10 ed esempio 6.11, pag ) Come si vede, nel caso dell ACS il sistema di regolazione è meno importante, in quanto in sostanza l unico parametro controllato è la temperatura di mandata dell acqua calda (40 C), regolata direttamente in caldaia. DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 53/72 ACS - FABBISOGNI N.B. Cp acqua 4186J/kg C : 4,186kJ/kg C/3600=1,162Wh/kg C ρ=1000kg/m3 - =40-15=25 C (standard, salto termico di riferimento ) I fabbisogni sono quindi stabiliti in base a Vw e G DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 54/72

28 ACS FABBISOGNI Volumi Vw Tipicamente nelle abitazioni medie di 80mq si possono stimare circa 100l/gg, ovvero circa 50l/occupante. La norma UNI TS fa riferimento (Nu) al mq di abitazione per usi civili e ad unità diverse per altri usi (per esempio Nu è il posto letto per gli ospedali) DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 55/72 Calcolare il fabbisogno di ACS di una unità immobiliare di Su=135mq, occupata da 4 persone. Dalla tabella a= x 135-0,2356 = 1.42 l/g /mq => V w = 1,42 x 153 = 191,8 l/g Secondo standard igienici: 4 persone*50l/g/persona=200 litri/giorno Energia richiesta: 4186J/kgK*200kg/G*(40-15) C=20.9MJ/G=5.8kWh/G Secondo UNI TS : Qh,W=(131,22xSu ( ) *)Wh/G mq*135mq =5577Wh/G Fabbisogno annuo: si moltiplica per 365G/anno oppure. DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 56/72

29 DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 57/72 DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 58/72

30 Una volta stabilito il fabbisogno all utenza, si ripercorre a ritroso il percorso del sistema di erogazione dell energia fino alla fonte primaria (combustibile) Riferimento: UNI TS ) Erogazione dell ACS (η w,er =0.95) 2) Distribuzione 3) Accumulo 4) Produzione (generazione) Come si vede, nel caso dell ACS il sistema di regolazione è meno importante, in quanto in sostanza l unico parametro controllato è la temperatura di mandata dell acqua calda (40 C), regolata direttamente in caldaia. Valori diversi della temperatura di ingresso rispetto ai 15 C di riferimento portano a consumi effettivi diversi, che non intervengono tuttavia ai fine del calcolo nella certificazione energetica. N.B. Non si considerano recuperi termici nei sistemi ACS, e l eventuale recupero termico ai fini del fabbisogno energetico dell edificio (riscaldamento Q h) è considerato solo se i calcoli sono effettuati con metodi analitici, NON CON IL METODO SEMPLIFICATO DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 59/72 DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 60/72

31 ACS Perdite nella Distribuzione La norma non definisce un metodo di calcolo del rendimento di distribuzione ηd,w, ma lo fa indirettamente sulla base della definizione, calcolando le perdite di distribuzione DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 61/72 Calcolare il rendimento di distribuzione di un sistema ACS installato nel 1965 e le relative perdite di distribuzione (energia richiesta incluse perdite di erogazione Qer=57138kWh) Perdite: Q l,w,d =0.12*57138kWh=6856,56kWh di queste vengono recuperate il 50% (coefficiente di recupero 0.5), per cui le perdite totali da compensare nel sistema di distribuzione sono Q l,,d,w =3428,28kWh Energia in ingresso al sistema di distribuzione Qd,W=Qer+perdite=60566,28kWh η d,w =Q er /Q d,w =57138/60566,28=0.9434= 1- Q l,d,w /Q er =1-3428,28/57138=1-0.06=0.94 (NB. Si può calcolare direttamente FONDAZIONE η d,w =1-0.12*0.5=0.94) FEDERICO FORTIS DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 62/72

32 ACS Perdite di Accumulo Le perdite di accumulo si considerano recuperte al 100% ai fini del fabbisogno termico dell edificio solo se l accumulo è in ambiente riscaldato e si effettuano i calcoli col metodo analitico (no metodo semplificato) DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 63/72 ACS Sistemi di Generazione (Produzione) DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 64/72

33 DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 65/72 DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 66/72

34 ACS Il calcolo del Fabbisogno di energia primaria DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 67/72 ACS Metodologie di calcolo semplificate Con fattore di carico (e relativi rendimenti) riferiti al solo fabbisogno per ACS. DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 68/72

35 ACS ESEMPIO DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 69/72 ACS ESEMPIO UNI TS = 14880!!!!! 14880!!!!! 74401!!!!! DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 70/72

36 ACS ESEMPIO UNI TS !!!!! 0.729!!!!! Esercizio: Calcolare l energia primaria consumata ed il rendimento medio stagionale di un sistema di produzione di ACS centralizzato con caldaia (ηgn=0.84) separata dall impianto di riscaldamento, che debba servire 28 appartamenti (Af=90mq) di un condominio. La potenza elettrica assorbita dagli ausiliari sia 150W, e si dimostri che il fabbisogno termico per ACS di ogni singolo appartamento nell arco dell anno è 1493kWh/anno (circa 1500kWh/anno). DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 71/72 MIGLIORAMENTI Molti dei miglioramenti possibili per ogni singolo sottosistema di un impianto di riscaldamento e produzione ACS sono già stati introdotti nel corso della presentazione dei Moduli 5 e 6. Alcuni di questi miglioramenti riguardano spesso consigli di buona pratica in fase di progettazione ed installazione di nuovi impianti (rendimenti di emissione, rendimenti di distribuzione, tecnologia caldaie). Tuttavia alcuni interventi sono anche possibili su impianti esistenti, con particolare interesse per i tecnici e gli utenti finali. Vengono qui richiamati con particolare attenzione alcuni tra i possibili interventi sui sistemi esistenti, con riguardo: - Alla sostituzione caldaia. N.B. Se non accompagnata anche dai due successivi interventi, non è sufficiente di per sé come intervento di risparmio energetico. -- al sistema di regolazione (incluse valvole termostatiche) -- ai sistemi di ripartizione e contabilizzazione calore DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 72/72

37 Grazie per l attenzione. paolo.cavalletti@unige.it Tel DEI GEOMETRI E GEOMETRI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI NOVARA 73/72