Contabilizzazione Termotecnica Pompe di Industriale. Veronafiere 19 ottobre Gli atti dei convegni e più di contenuti su

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Amerigo Sarti
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1 Contabilizzazione Termotecnica Pompe di Industriale Calore Calore Veronafiere 19 ottobre 2017 Gli atti dei convegni e più di contenuti su

Fausto Arpino, Università degli Studi di Cassino Prof.

2 IL CALCOLO DELLA POTENZA TERMICA DEI CORPI SCALDANTI Università degli Studi di Cassino e del Lazio Meridionale Dipartimento di Ingegneria Civile e Meccanica Prof. Fausto Arpino, Università degli Studi di Cassino Prof. Marco Dell Isola, Università degli Studi di Cassino Prof. Renzo Marchesi, Politecnico di Milano Laboratorio di Misure Industriali 19 Ottobre Veronafiere - Centro Congressi " Palaexpo"

3 INTRODUZIONE La stima delle quantità di energia termica consumate nelle singole unità abitative è certamente un tema molto attuale e dibattuto, visti i numerosi risvolti tecnici, legislativi e di tutela del consumatore connessi a tale problematica. La Direttiva 2012/27/UE sull efficienza energetica, recepita in Italia con il D.L. 102/14, impone agli Stati membri l obbligo di installare (se tecnicamente possibile ed efficiente in termini di costi) nei condomini e negli edifici riforniti da una fonte centralizzata di riscaldamento/raffreddamento contatori individuali per misurare il consumo di energia termica per ciascuna unità abitativa. Nei casi in cui l uso di contatori individuali non sia tecnicamente possibile o efficiente la stessa Direttiva prevede che in alternativa, siano impiegati sistemi di contabilizzazione indiretti (i.e ripartitori e totalizzatori). Questi sistemi necessitano sempre della determinazione della potenza termica del corpo scaldante su cui viene installato il singolo dispositivo di contabilizzazione indiretta. 1

4 POSSIBILI APPROCCI Come determinare la potenza termica dei corpi scaldanti? La Commissione Centrale Tecnica (CCT) individua i seguenti livelli gerarchici: 1 livello: norma europea armonizzata di prodotto del corpo scaldante EN livello:in subordine norma nazionale UNI o di altro stato membro UE purché rispetti le condizioni definite dalla EN livello: in subordine prove eseguite da laboratori secondo una procedura interna dichiarata. 4 livello: in subordine metodo di calcolo validato sperimentalmente. 2

φ = φ 50 ΔT 50 n MRT: Laboratorio di Riferimento Europeo per la misura della potenza dei corpi scaldanti presso Dipartimento di Energia del Politecnico di

5 M ISURA DELLA P OTENZA T ERMICA SECONDO LA EN 442 Consente misure con un incertezza minore di ±1%. La misura è eseguita a ΔT=50 C, mentre ai fini dell allocazione dei costi è richiesta la potenza termica a ΔT=60 C. φ = φ 50 ΔT 50 n MRT: Laboratorio di Riferimento Europeo per la misura della potenza dei corpi scaldanti presso Dipartimento di Energia del Politecnico di Milano La camera di prova è a tenuta d aria ed è composta da pareti isolate, di cui 5 raffreddate ed una parete non raffreddata. Per i corpi scaldanti classificati come radiatori, l equazione caratteristica della potenza termica è: φ = k T L a H b q m c ΔT c 0+c 1 H 3

IL METODO DIMENSIONALE, UNI 10200:2015 Il metodo dimensionale, in assenza di dati sperimentali, può essere utilizzato per il calcolo della potenza termica dei corpi scaldanti (piastre radianti e

6 IL METODO DIMENSIONALE, UNI 10200:2015 Il metodo dimensionale, in assenza di dati sperimentali, può essere utilizzato per il calcolo della potenza termica dei corpi scaldanti (piastre radianti e radiatori a convezione naturale). POTENZA TERMICA (W) RIFERITA AD UN SALTO TERMICO DI 60 C POTENZA TERMICA (W) SCAMBIATA PER IRRAGGIAMENTO POTENZA TERMICA (W) SCAMBIATA PER CONVEZIONE NATURALE S m p φ ΔT60 = 314 S + C V h Superficie di scambio S = 2 (h l + p l + p h) Volume V = p h l l Coefficiente di scambio termico (W/m 3 ) caratteristico del tipo di radiatore 4

7 IL METODO DIMENSIONALE, UNI 10200:2015 Valori di C per differenti tipologie di corpi scaldanti per spessore dei mozzi, S m, compreso tra 50mm e 60mm. Tabella estratta dalla norma UNI 10200:2015. La norma individua 15 «Tipologie» di radiatori in funzione del materiale e della geometria delle colonne. Nel caso di radiatori in ghisa, si fa riferimento anche alla dimensione delle colonne e del mozzo S m. 5

8 LAVORO SVOLTO DALLA COMMISSIONE All inizio del 2016 è stata costituita, da parte del Commissione Centrale Tecnica (CCT) del Comitato Termotecnico Italiano Energia e Ambiente (CTI), la: «Commission for the validation of methodologies for the determination of the thermal output of radiators out of the scope of EN 442 and other previous standards». Obiettivi della commissione: «to check available methodologies defining, for each of them, pros and cons and the presumprive uncertainty»; «to define minimun criteria for the application of the above methodologies by laboratories». Componenti della commissione: Renzo Marchesi, Marco Dell Isola, Jörg Schmid, Fausto Arpino, Mattia Merlini. 6

9 IL FENOMENO FISICO DELLA CONVEZIONE φ = തh A ΔT W Nu = തh L k Piastra Verticale (Churchill e Chu) h Ra = gβh3 ΔT ν 2 Pr p Nu = Ra Pr Array di piastre verticali (Churchill ed Usagi) 1 Nu = Ra = gβ b 4 ΔT ν 2 h Pr Ra 2 + Ra 7

10 IL FENOMENO FISICO DELLA CONVEZIONE La geometria scelta, seppur semplificata, è in grado di rappresentare i fenomeni fisici che intervengono nel funzionamento di un radiatore. È possibile ottenere lo stesso volume a partire da diverse combinazioni altezza x larghezza. 8

IL FENOMENO FISICO DELL IRRAGGIAMENTO φ rad = σ A ε(t S 4 T P 4 ) La superficie posteriore del radiatore scambia energia termica raggiante con una parete più calda.

11 IL FENOMENO FISICO DELL IRRAGGIAMENTO φ rad = σ A ε(t S 4 T P 4 ) La superficie posteriore del radiatore scambia energia termica raggiante con una parete più calda. Schematizzando la superficie esterna del radiatore come grigia, dalla letteratura scientifica disponibile si osserva che il valore dell emittenza della vernice per radiatori è compreso tra 0.77 e

12 IL FENOMENO FISICO DELL IRRAGGIAMENTO Assimilando lo scambio al caso di corpo grigio in cavità nera con pareti isoterme, il flusso termico raggiante non dipende dalla geometria del problema. Considerando lo scambio verso la parete posteriore (più calda) la geometria entra in gioco. 10

13 V ALIDAZIONE DEL M ETODO D IMENSIONALE: DATI P OLITO 127 radiatori in totale e per tutti sono disponibili le informazioni necessarie all applicazione del Metodo Dimensionale. L 80% ha presentato una deviazione non superiore al 5% rispetto ai dati sperimentali. Nessun radiatore ha presentato una deviazione superiore al 25%. 11

14 V ALIDAZIONE DEL M ETODO D IMENSIONALE: DATI P OLITO La potenza termica dipende quasi linearmente dal volume. Lo scostamento del metodo dimensionale rispetto alle misure aumenta con l altezza. 12

15 V ALIDAZIONE DEL M ETODO D IMENSIONALE: DATI P OLIMI 396 radiatori in totale, per 63 (16%) dei quali non è stato possibile l applicazione del Metodo Dimensionale. Il 77% ha presentato una deviazione non superiore al 15% rispetto ai dati sperimentali. 12 radiatori (4%) hanno presentato una deviazione superiore al 25%. 13

16 V ALIDAZIONE DEL M ETODO D IMENSIONALE: DATI P OLIMI La potenza termica dipende quasi linearmente dal volume, ma si nota una maggiore dispersione del dato. Lo scostamento del dato rispetto all altezza rispecchia quanto atteso dal modello fisico. 14

17 LA POTENZA TERMICA PER L ALLOCAZIONE DEI COSTI Nella contabilizzazione dell energia termica le deviazioni tra la potenza termica ottenuta da modelli di calcolo (Metodo Dimensionale) ed il dato sperimentale si possono compensare nel caso di numerosi radiatori simili installati nello stesso edificio (M. Dell Isola et al., Energy and Buildings 2017). Radiatori simili ed installazioni simili (nello stesso appartamento) Radiatori differenti ed installazioni differenti (nello stesso appartamento) 15

18 CONCLUSIONI I metodi di calcolo della potenza termica introducono inevitabilmente degli errori/approssimazioni e vanno utilizzati in assenza di dati sperimentali, ovvero per radiatori installati prima dell entrata in vigore della EN442. Lo scostamento tra la potenza termica predetta dal Metodo Dimensionale ed i dati sperimentali è in linea con quanto atteso dall applicazione delle correlazioni fisiche disponibili nella letteratura scientifica. Il Metodo Dimensionale ha presentato prestazioni accettabili: la maggior parte dei radiatori analizzati (più dell 80%) ha presentato una deviazione rispetto al dato sperimentale inferiore al 15%. Nella allocazione dei costi, la deviazione introdotta dal metodo di calcolo rispetto alle misure può essere comunque compensata nel caso di numerosi radiatori simili installati nello stesso edificio. 16

19 GRAZIE PER L ATTENZIONE Prof. Fausto Arpino Dipartimento di Ingegneria Civile e Meccanica (DiCEM) Università degli Studi di Cassino e del Lazio Meridionale f.arpino@unicas.it

V ALIDAZIONE DEL M ETODO D IMENSIONALE: DATI CTI 268 radiatori in totale, per 57 (19%) dei quali non è stato possibile l applicazione del Metodo Dimensionale.

20 V ALIDAZIONE DEL M ETODO D IMENSIONALE: DATI CTI 268 radiatori in totale, per 57 (19%) dei quali non è stato possibile l applicazione del Metodo Dimensionale. Il 73% ha presentato una deviazione non superiore al 20% rispetto ai dati sperimentali. 24 radiatori (11%) hanno presentato una deviazione superiore al 25%.

21 V ALIDAZIONE DEL M ETODO D IMENSIONALE: DATI CTI La potenza termica dipende quasi linearmente dal volume, ma si nota una maggiore dispersione del dato. Lo scostamento aumenta al crescere/diminuire dell altezza rispetto a circa 1.5m.

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