Pompe di calore e terminali idronici
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- Federico Brescia
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1 Pompe di calore e terminali idronici Gian Luca Morini Dipartimento di Ingegneria Industriale CIRI Edilizia & Costruzioni
2 Contenuti per impianti di condizionamento Scambio termico convettivo e radiante Terminali radianti: pannelli radianti a pavimento, a soffitto e verticali Radiatori, ventilconvettori e terminali ibridi Ventilconvettori e pompe di calore Il progetto NANOFANCOIL: risultati e prospettive
3 Pannelli radianti a pavimento «bassa inerzia» «alta inerzia»
4 PPD % Pannelli radianti a pavimento Temperatura del pavimento Rischio condensa in estate Temperatura massima UNI 1264 C A Temperatura pavimento [ C]
5 Pannelli radianti a pavimento Tmri Percentuale di scambio radiativo (Ta=20 C in inverno) Tp T mri [ C] T p [ C]
6 Pannelli radianti a pavimento Tmri Percentuale di scambio radiativo (Ta=26 C in estate) Tp T mri [ C] T p [ C]
7 potenza termica [W/m2] Pannelli radianti a pavimento UNI EN 1264: 120 n ( ) 8.92( ) q = K T T = T T inv inv p a p a n ( ) 7( ) q = K T T = T T est est a p a p 1.1 W m 2 W m qinv qest (Ta=26 C) (Ta=20 C) Temperatura di pelle [ C]
8 potenza termica [W/m2] Pannelli radianti a pavimento Influenza della temperatura delle pareti fredde (caso invernale): qinv qest t mri =16 C t mri =18 C t mri =20 C Temperatura di pelle [ C]
9 potenza termica [W/m2] Pannelli radianti a pavimento Influenza della temperatura delle pareti calde (caso estivo): qinv qest t mri =30 C t mri =28 C t mri =26 C Temperatura di pelle [ C]
10 Potenza termica specifica [W/m2] Temperatura di pelle [ C] Pannelli radianti a pavimento Temperatura di pelle vs temperatura acqua in ingresso (caso invernale) 4 cm di massetto; passo 10 cm: 120 UNI legno cotto Temperatura acqua ingresso [ C] 22
11 Potenza termica specifica [W/m2] Temperatura di pelle [ C] Pannelli radianti a pavimento Temperatura di pelle vs temperatura acqua in ingresso (caso estivo): Massetto: 4 cm; passo tubi: 10 cm: cotto legno Rischio condensa Temperatura acqua ingresso [ C]
12 Pannelli radianti a pavimento Ruolo dell arredo
13 Pannelli radianti a pavimento Tempi di reazione Cucina in cui alle i carichi endogeni annullano le dispersioni
14 Pannelli radianti a pavimento Tempi di reazione 7 ore di dimezzamento del carico durante la giornata (7-14)
15 Pannelli radianti a pavimento Tempi di reazione Funzionamento continuo o intermittente?
16 Pannelli radianti a pavimento PRO Bassa temperatura acqua mandata Compatibili con Pompe di Calore e caldaie a condensazione Reversibili (inverno/estate) solo se accoppiati con deumidificatori (vmc) per il controllo dell umidità (scambio solo sensibile): differenza di resa (est/inv) Se a «bassa inerzia» compatibili con uso intermittente CONTRO Bassa EXTRA-POTENZA per gli avviamenti Se ad «alta inerzia» non compatibili con uso intermittente Compatibili solo con regolazioni «on-off» Interazione con arredamento (tappeti)
17 Pannelli radianti a soffitto «pannelli di cartongesso» «pannelli in MDF» «pannelli in metallo forato»
18 Pannelli radianti a soffitto Asimmetria radiante soffitto caldo soffitto freddo (Ta=20 C) PPD % 30 (Ta=26 C) Differenza di temperatura soffitto/pavimento [K] C A
![Pannelli radianti a soffitto Percentuale di scambio radiativo (Ta=20 C in inverno) Tp Tmri T p [ C] T mri [ C] 16 18](/docs-images/104/163077388/images/19-2.jpg "20 20 100 100-21 97 95 85 22 94 92 85 23 93 91 85 24 92 90 86 25 91 89 86 26 91 89 86 27 90 88 86 28 90 88 86 29 90 88")
19 Pannelli radianti a soffitto Percentuale di scambio radiativo (Ta=20 C in inverno) Tp Tmri T p [ C] T mri [ C]
20 Pannelli radianti a soffitto Percentuale di scambio radiativo (Ta=26 C in estate) Tp Tmri T p [ C] T mri [ C]
21 potenza termica [W/m2] Pannelli radianti a soffitto UNI EN 1264: n ( ) 7( ) q = K T T = T T inv inv p a p a n ( ) 8.92( ) q = K T T = T T est est a p a p W m W m qinv qest (Ta=26 C) (Ta=20 C) Temperatura di pelle [ C]
22 potenza termica [W/m2] Pannelli radianti a soffitto Influenza della temperatura delle pareti fredde (caso invernale): qinv qest t mri =16 C t mri =18 C t mri =20 C Temperatura di pelle [ C]
23 potenza termica [W/m2] Pannelli radianti a soffitto Influenza della temperatura delle pareti calde (caso estivo): qinv qest t mri =30 C t mri =28 C t mri =26 C Temperatura di pelle [ C]
24 Potenza termica specifica [W/m2] Temperatura di pelle [ C] Pannelli radianti a soffitto Temperatura acqua vs temperatura di pelle (caso estivo): Pericolo condensa MDF Cartongesso Metallico Temperatura acqua ingresso [ C]
25 Potenza termica specifica [W/m2] Temperatura di pelle [ C] Pannelli radianti a soffitto Temperatura acqua vs temperatura di pelle (caso invernale): Asimmetria radiante MDF Cartongesso Metallico Temperatura acqua ingresso [ C]
26 Pannelli radianti a soffitto Pendolazione valvola di miscelazione (T=2 min) in estate: effetto sulla T di pelle
27 Pannelli radianti a soffitto: PRO Basse temperature di funzionamento (compatibilità con PdC e condensazione) Elevata resa termica estiva Limitati moti convettivi in inverno (no movimento polvere) Buone rese invernali in presenza di pavimenti «caldi» (ospedale) Comoda installazione in fase di ristrutturazione Bassa inerzia termica (compatibile con funzionamento intermittente) Minore interazione con arredamento CONTRO Solo scambio sensibile In estate il controllo dell umidità è obbligatorio
28 Ventilconvettori Installazione a parete Ventilatore centrifugo Installazione a controsoffitto Ibrido Ventilatore tangenziale
29 Ventilconvettori Batteria di scambio termico: batteria con alette in alluminio ( mm) mandrinate su tubi di rame Ventilatore: Centrifugo o tangenziale Raccolta condensa: Scambio latente estivo Filtro
30 Ventilconvettori Regolazione potenza: Variazione portata aria (gradini o inverter) Variazione portata acqua (poco efficace) Variazione temperatura acqua di alimentazione (deumidificazione) DT bassi (<10 K) tra ingresso e uscita acqua: elevate portate d acqua
31 Ventilconvettori T Circuito a portata variabile T Ventilatore è regolato in base alla temperatura ambiente Può essere spento se l acqua arriva troppo fredda Se non si interrompe il flusso d acqua nella batteria: si ha un bypass tra mandata e ritorno Emissione termica non nulla della batteria (circ. naturale)
32 Ventilconvettori T Circuito a portata costante T Ventilatore è regolato in base alla temperatura ambiente Può essere spento se l acqua arriva troppo fredda Se uso una valvola a tre vie il circuito di alimentazione rimane a portata costante
33 Ventilconvettori ibridi Il trend attuale Abbinamento a pompe di calore (bassa temperatura di mandata). Capacità di funzionamento reversibile (inverno/estate) e del controllo dell umidità in estate Sovradimensionamento delle batterie di scambio in modo da avere una resa statica compatibile con le dispersioni a regime dei locali Utilizzo della ventola per ridurre i tempi della messa a regime (funz. Intermittente) Riduzione dello spessore (12 cm) per limitare l occupazione degli spazi interni Ventilatori tangenziali per la generazione di flussi uniformi lungo l intera lunghezza Riduzione del rumore utilizzando inverter per una modulazione fine della portata d aria Utilizzo microventole per muovere l aria in prossimità del setpoint Utilizzo dello scambio radiante per aiutare l emissione del calore a ventola spenta
34 Ventilconvettori ibridi Oltre alla batteria alettata viene utilizzata la superficie frontale del pannello di copertura come «pannello radiante a parete» Esistono due tipologie: A tubo radiante A microventole
35 Ventilconvettori ibridi A microventole Quando si raggiunge la temperatura ambiente di setpoint il ventilatore riduce il numero di giri fino a fermarsi. Entrano in azione delle microventole che deviano l aria calda in uscita dallo scambiatore verso il pannello anteriore riscaldandolo. Il pannello emette calore per irraggiamento. La batteria emette calore per convezione naturale.
36 Ventilconvettori ibridi Resa «statica» (senza ventilazione)= 1/5 1/10 resa nominale Es: 1515 W (resa T=50 C) 320 W (resa statica T=50 C) 2590 W (resa T=70 C) 540 W (resa statica T=70 C)
37 2 6 3 Q q = = e T T ( 4 4 ) rad rad 0 att p mri Satt 3 m Valutazione valore massimo q rad e att =1, Tp=50 C m Caso 3: Pareti e finestre «calde» con ventil radiante Superficie stato Temperatura [ C] Area [m 2 ] 1 pavimento Inattivo Par. ext. Inattivo Par. int. Inattivo Par. int. Inattivo Par. ext. Inattivo soffitto Inattivo finestra inattivo finestra inattivo ventil attivo m q T mri N in j= 1 = = 19.5C Nin S j= 1 = ST j rad,max 2 j j 202 W m
38 2 6 3 Q q = = e T T ( 4 4 ) rad rad 0 att p mri Satt 3 m Valutazione valore massimo q rad e att =1, Tp=70 C m Caso 3: Pareti e finestre «calde» con ventil radiante Superficie stato Temperatura [ C] Area [m 2 ] 1 pavimento Inattivo Par. ext. Inattivo Par. int. Inattivo Par. int. Inattivo Par. ext. Inattivo soffitto Inattivo finestra inattivo finestra inattivo ventil attivo m q T mri N in j= 1 = = 19.5C Nin S j= 1 ST j rad,max 2 j j = 370 W m
39 Ventilconvettori ibridi Resa «statica» (senza ventilazione)= 1/5-1/10 resa nominale Es: 1515 W (resa T=50 C) 320 W (resa statica T=50 C) 101 W radiativi (30-10%) 2590 W (resa T=70 C) 540 W (resa statica T=70 C) 185 W radiativi (30-10%) Il contributo radiante non varia con la potenza del ventilconvettore: Emissività pannello frontale<1 Tp<T mandata acqua Q< W
40 Cosa è richiesto ai terminali di nuova generazione Funzionare a bassa (alta in estate) temperatura dell acqua di mandata Reversibilità (inverno/estate) Silenziosità (ridotto movimento aria) Dimensioni ridotte Bassa inerzia termica (compatibile con funzionamento intermittente) Utilizzo della ridotta extra-potenza dei nuovi generatori (PdC) nelle fasi di ripresa Connessione con l utente (smartphone) Contabilizzatore integrato
41 Gian Luca Morini DIN Alma Mater Studiorum Università di Bologna CIRI Edilizia & Costruzioni
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