Università di Roma Tor Vergata

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1 Università di Roma Tor Vergata Facoltà di Ingegneria Dipartimento di Ingegneria Industriale Corso di: TERMOTECNICA 1 IMPIANTI DI TELERISCALDAMENTO Ing. G. Bovesecchi [email protected] (7249) Anno Accademico

2 TELERISCALDAMENTO URBANO Sono impianti che servono zone molto ampie (quartieri o città) con generazione centralizzata (uno o pochi generatori) di energia termica (in genere acqua calda pressurizzata a T>100 C, o vapore). Vantaggi: sull inquinamento, perché il numero dei generatori e abbastanza ridotto e di dimensioni notevoli per cui possono essere dotati degli impianti di controllo della combustione e di abbattimento dei fumi e degli inquinanti, e di camini adatti allo smaltimento dei fumi. Le centrali inoltre sono ai limiti o fuori dalla zona urbana. Sul costo dell energia, perché è in genere prodotta per cogenerazione, o anche solo per il rendimento della combustione nei grandi impianti rispetto ai piccoli e per l utilizzo di combustibili meno pregiati (molto meno cari ma con circa uguale potere calorifero). Il costo può anche essere la metà.

3 Svantaggi: difficoltà e costo di installazione della rete, in particolare in città storiche, dove effettuare scavi presenta sovente inconvenienti per il ritrovamento di reperti. Diverso è il caso della costruzione di una rete in quartieri di nuova costruzione, in cui può essere prevista congiuntamente agli impianti tradizionali (acqua, gas, elettricità fognature, etc.) in appositi cunicoli. Necessità di utilizzare l impianto alla potenzialità ottimale invece il carico ha punte particolari (giornaliere e notturne). Una soluzione per quest ultimo problema è la produzione di energia elettrica combinata (cogenerazione) che può bilanciare, nei periodi di bassa richiesta, la produzione di calore, ma in regime di monopolio tale soluzione può non essere redditizia (l ENEL paga poco l energia comprata rispetto a quella venduta).

4 La cogenerazione può avvenire in uno dei seguenti tre sistemi: 1. utilizzo diretto dell acqua di raffreddamento del condensatore di un impianto a vapore; è poco utilizzato a causa della scarsa versatilità dell impianto. 2. spillamento in turbina in un impianto a vapore: è il metodo più utilizzato per gli impianti a vapore. 3. sistemi turbogas, utilizzando il calore di raffreddamento dei gas dopo il passaggio in turbina.

5 TIPOLOGIA DI RETE Rete ramificata diretta (o ad albero): È la più semplice da progettare, ma presenta l inconveniente che, se si verifica un guasto in un punto, da quel punto in poi la rete non viene alimentata.

6 Ad anello: Si noti che sono sempre due tubi uno di mandata ed uno di ritorno.

7 Ad maglia: Si può passare da un tipo di rete più semplice ad un altro più complesso nel tempo per successive modifiche (ad esempio unendo due rami ad albero per formare un anello, o effettuando delle connessioni intermedie per costituire una maglia).

8 DIMENSIONAMENTO Può essere effettuato sia a perdita di carico lineare costante, sia a velocità costante. Il primo sistema è analogo a quello già visto per gli impianti di riscaldamento ad acqua, anche se chiaramente il valore di 150 Pa/m non è utilizzabile. Per determinare un valore ottimale di tale dato (caduta di pressione per unità di lunghezza delle tubazioni), si utilizza il criterio del minimo costo complessivo: si tracciano gli andamenti del costo annuo di costruzione e gestione della rete (tenendo conto anche dell ammortamento della somma impiegata per il finanziamento dell opera) in funzione dei diversi diametri e quindi diversi Δp distribuiti.

9 Cioè dato un diametro si ottiene un costo totale dei tubi, per una certa lunghezza, comprensivo della costruzione del circuito, della tubazione, dell isolamento e delle perdite di calore (il tutto tenendo conto anche dell ammortamento ai tassi del momento).

10 In un altro grafico si prende in considerazione il costo della rete e quello di pompaggio (che aumenta linearmente con le perdite di carico) in funzione della perdita di carico lineare. La somma dei due andamenti presenta un minimo, che costituisce il Δp/L ottimale.

11 Si deve tenere conto che la perdita distribuita è l 85% della perdita totale per cui:!p 0.85"!p = l Ltot Per il dimensionamento a velocità costante, si impone che la velocità massima sia compresa tra 1,5 e 2 m/s (per evitare eccessiva rumorosità), e si dimensionano le tubazioni (se ne calcola il diametro) scegliendo tra i vari diametri disponibili sul mercato quello che garantisce una velocità più simile a quella imposta. E da notare come il dimensionamento a velocità costante tende ad avere i diametri delle tubazioni più distanti dalla centrale più piccoli, e conseguentemente perdite di carico lineari più elevate.

12 ISOLAMENTO DEI TUBI E molto importante l isolamento dei tubi, di mandata e di ritorno, che può essere fatta con isolamento attorno al tubo (fig ) o addirittura riempiendo il cunicolo di materiale opportuno (fig.1.4.8) ad esempio con asfalti che al primo riscaldamento fondono e isolano e sigillano.

13 Per evitare la sollecitazione prodotta dalla dilatazione differenziale dei tubi durante il riscaldamento, è necessario inserire dei giunti elastici, e delle giunzioni a L o a Z che permettano il movimento dei tubi evitandone la rottura. Bisogna, sempre per questo motivo, tenere conto dei punti fissi dove i tubi risultano ancorati al terreno, quali ad esempio il punto intermedio di un ramo rettilineo. Se la mandata è vapore, ed il ritorno acqua (dopo condensazione negli scambiatori) bisogna prevedere la differente dimensione dei tubi (a causa della differente densità) e anche una leggera pendenza (0,5%) per raccogliere il condensato nelle tubazioni del vapore (scaricatori di condensa).

14 FLUIDI TERMOVETTORI Possono essere acqua calda (sino a 105 C 110 C), poco utilizzata perché a causa della dispersione termica la temperatura dell acqua può scendere a C e quindi nel caso di cogenerazione il fluido deve essere a spillamento diretto dell acqua di centrale per la circolazione nei circuiti derivati (questo porta ad inconvenienti perché le impurezze della centrale vanno nei singoli impianti e gli utenti risentono degli sbalzi di pressione della rete. Può essere vapore ed in questo caso il vantaggio è che il calore fornito, essenzialmente calore latente di condensazione, che è rilevante per l acqua, però sono necessari gli scaricatori di condensa (se vanno in avaria possono comportare una perdita di potenza fornita anche del 25%).

15 Inoltre i tratti di tubo hanno diametri molto diversi tra loro. Il fluido termovettore più utilizzato è l acqua surriscaldata. La pressione deve garantire il surriscaldamento dell acqua (ad esempio per acqua a 170, con ps =8 bar, bisogna che sia almeno bar tenendo conto delle perdite di carico e dei dislivelli altimetrici della rete). Un esempio di allacciamento di rete è mostrato in figura:

16 VASO DI ESPANSIONE La produzione di acqua calda può essere in un circuito chiuso fornito di vaso di espansione aperto (molto alto) o, preferibilmente, chiuso. Un sistema alternativo è la caldaia a cuscino di vapore. Per sottoraffreddare l acqua (che non deve essere satura) bisogna che ci sia un mescolamento con l acqua fredda di ritorno (non c è bisogno di vaso di espansione perché tale funzione è gia assolta dal cuscino di vapore).

17 Un altro sistema è quello costituito da un miscelatore che serve anche come vaso di espansione. Il miscelatore raccoglie il vapore della caldaia, lo raffredda (e liquefa) con l acqua fredda proveniente dal ritorno, viene miscelato, sempre con aggiunta di acqua fredda proveniente dal ritorno. E necessario un ripristino di acqua fredda per compensare il vapore prodotto.