Tecnologie innovative Valvole termostatiche ed Impianto a condensazione Ing. Laurent SOCAL 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 1 La valvola termostatica E una valvola la cui apertura è proporzionale alla differenza fra: Temperatura impostata dall utente sulla ghiera Temperatura ambiente misurata Quando la temperatura ambiente è uguale alla temperatura impostata sulla ghiera, la valvola termostatica è completamente chiusa Caratteristiche del corpo valvola: k v in funzione dell errore di temperatura (quanta acqua fa passare) Pressione differenziale massima (altrimenti la valvola diventa rumorosa) Caratteristiche della testa termostatica Tecnologia del sensore: cera, liquido, gas 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 2 Ing. SOCAL - Generatori a condensazione 1
Funzionamento valvole LE PORTATE DI PROGETTO SONO MOLTO RIDOTTE IN REGOLAZIONE, SI RIDUCONO ULTERIORMENTE 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 3 Tecnologia della testa Sensore a cera tempi di reazione lunghissimi (ore) Elevata capacità termica del sensore Riscaldamento solo per conduzione Sensore a liquido tempi di reazione lunghi (molte decine di minuti) Elevata capacità termica Riscaldamento per conduzione e convezione Sensore a gas in condensazione reazione pronta Bassissima capacità termica Riscaldamento per conduzione e convezione La valvola termostatica è un regolatore P, perciò: La stabilità della regolazione (assenza di oscillazioni) dipende soprattutto dal tempo di reazione. Più breve è il tempo di reazione, più piccola potrà essere la banda proporzionale senza causare oscillazioni di temperatura 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 4 Ing. SOCAL - Generatori a condensazione 2
Valvola termostatica a liquido 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 5 Valvola termostatica a gas 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 6 Ing. SOCAL - Generatori a condensazione 3
Attenti alle norme! Prova del tempo di risposta della valvola: Ora è verificato in acqua In futuro sarà verificato in aria ventilata! Caratteristiche di rumorosità: facoltative! Tutti i gatti sono proprio grigi.??? 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 7 Banda proporzionale di progetto Affinchè nelle condizioni di progetto circoli acqua nella valvola, questa deve essere sufficientemente aperta Affinchè sia aperta, occorre accettare una differenza fra la temperatura impostata e la temperatura effettiva La BANDA PROPORZIONALE DI PROGETTO è la differenza fra temperatura impostata dall utente sulla ghiera e temperatura ambiente misurata che consente di far circolare la portata di progetto nel corpo scaldante servito Esempio: Banda proporzionale 1 C Impostazione valvola 20 C Tamb = 19 C in condizioni di progetto (-5 C esterno) Tamb = 19,0 19,5 20 C in condizioni di carico intermedie BANDA PROPORZIONALE REALE: è la differenza fra temperatura impostata e temperatura ambiente che fa circolare la portata di progetto tenuto conto della valvola installata e della prevalenza disponibile 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 8 Ing. SOCAL - Generatori a condensazione 4
Stabilità della regolazione La valvola termostatica è un regolatore P, perciò: In un sistema di regolazione, ogni inerzia nel percorso sensore attuatore produce instabilità. La stabilità della regolazione della temperatura ambiente (assenza di oscillazioni) dipende soprattutto dal tempo di reazione della testa. Più breve è il tempo di reazione, più piccola potrà essere la banda proporzionale di progetto senza causare oscillazioni di temperatura. In un sistema di regolazione, il sovradimensionamento dell attuatore porta all instabilità La banda proporzionale effettiva è sempre inferiore alla banda proporzionale di progetto: radiatore piccolo valvola termostatica obbligata su impianto esistente prevalenza disponibile maggiore di quella di progetto 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 9 Verifica del punto di lavoro della valvola Diagramma portata/prevalenza in funzione della differenza (banda proporzionale) fra temperatura ambiente desiderata (set) e temperatura ambiente effettiva in condizioni di progetto 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 10 Ing. SOCAL - Generatori a condensazione 5
Verifica del punto di lavoro della valvola Potenza 2 kw T = 20 C Portata = 86 kg/h Prevalenza = 2 m c.a. BP = 0,5 C OK 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 11 Partenza a freddo Valvola spalancata Prevalenza = 2 m c.a. Portata = 650 kg/h CORTO CIRCUITO IDRAULICO! 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 12 Ing. SOCAL - Generatori a condensazione 6
Preregolazione La preregolazione della valvola termostatica (limitazione della corsa di apertura dell otturatore indipendentemente dalla temperatura ambiente) va impostata in conformità al punto di lavoro di progetto della valvola A cosa serve la preregolazione? Avviamento da freddo dopo la fermata notturna Funzionamento attenuato dell impianto Prevenzione di transitori esagerati apertura finestra aumento della temperatura impostata dall utente In funzionamento, ogni radiatore dispone sempre della portata di progetto. Di più non serve!! 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 13 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 14 Ing. SOCAL - Generatori a condensazione 7
23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 15 Dimensionamento delle valvole Verifica dimensione minima quasi sempre verificata Calcolo della preregolazione Impianto esistente da dimensioni radiatori ed UNI 10200 Impianto nuovo da potenze di progetto 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 16 Ing. SOCAL - Generatori a condensazione 8
Scelta della pompa: giri fissi AL RIDURSI DELLA PORTATA CIRCOLANTE AUMENTA LA PRESSIONE DIFERENZIALE A CAVALLO DELLE VALVOLE TERMOSTATICHE 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 17 Pompe elettroniche Dispositivo a controllo elettronico parametrizzazione A giri fissi A pressione costante (per impianti a zone) A pressione proporzionale (valvole termostatiche) 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 18 Ing. SOCAL - Generatori a condensazione 9
Scelta della pompa: giri variabili SCEGLIENDO LA REGOLAZIONE A PRESSIONE PROPORZIONALE (ALLA PORTATA), LA PRESSIONE DIFFERENZIALE A CAVALLO DELLE VALVOLE TERMOSTATICHE E APPROSSIMATIVAMENTE COSTANTE. ATTENZIONE ALLA PENDENZA DELLA CARATTERISTICA DELLA POMPA 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 19 Dimensionamento della pompa Portata: potenze corpi scaldanti, DT 20 C Prevalenza (valori indicativi): 1,2 2,0 m c.a per le valvole 1,0 2,0 m c.a. per le tubazioni Perdita in caldaia + accessori totale 2 5 m c.a. (mai oltre perché altrimenti su superano i 3 m c.a. a portata nulla) Impostazione: curva a pressione proporzionale Indicare l estremo della curva che passa per il punto di lavoro Verificare che la pompa sia adatta per portata nulla 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 20 Ing. SOCAL - Generatori a condensazione 10
Pompa errata per eccesso di prevalenza 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 21 Pompa errata per eccesso di portata 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 22 Ing. SOCAL - Generatori a condensazione 11
Pompa errata per Caratteristica poco cadente 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 23 POMPA CORRETTAMENTE DIMENSIONATA 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 24 Ing. SOCAL - Generatori a condensazione 12
Procedura di progetto Potenze corpi scaldanti + DT di progetto portata di progetto, portata totale Q Scelta della banda proporzionale verifica del punto di lavoro dimensionamento della valvola Calcolo della preregolazione Calcolo delle perdite di carico DP della rete Scelta della pompa dimensionamento della pompa in base a Q e DP verifica del punto di lavoro a portata nulla determinazione della parametrizzazione Ricordarsi che L installazione di valvole termostatiche richiede una pompa elettronica correttamente parametrizzata. Corpi scaldanti con e senza valvole termostatiche: da EVITARE Convivono con difficoltà (corto circuito idraulico) Usare valvole termostatiche senza testa e con preregolazione 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 25 Uso delle valvole termostatiche Le valvole termostatiche si dovrebbero utilizzare in tutti gli impianti perché Gli apporti gratuiti e le perdite recuperabili si recuperano efficientemente solo con una regolazione per singolo ambiente Si bilancia automaticamente l impianto Il costo si ammortizza tipicamente in 3-4 anni Permettono di regolare la temperatura di ritorno dell impianto: T m = (T f +T r )/2 da cui si ricava T r = 2 x T m T f = T m (T f T m ) T m = media T f = mandata T r = ritorno e sono obbligatorie per legge (vedi DPR 412 e Dlgs 192) Richiedono molta attenzione nel loro utilizzo e nel dimensionamento della pompa di circolazione 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 26 Ing. SOCAL - Generatori a condensazione 13
La condensazione Nella caldaia, dopo la combustione si deve trasferire il calore all acqua = RAFFREDDARE I FUMI CH 4 + 2 O 2 CO 2 + 2 H 2 O I fumi contengono vapor acqueo: In passato: non si poteva far condensare l acqua: potere calorifico inferiore (8 250 kcal/nm³ ) Oggi: possiamo far condensare i fumi: potere calorifico superiore (9 514 kcal/nm³) La caldaia a condensazione rende di più perché i fumi escono a temperatura inferiore: 30-70 C al posto di 120-160 C delle migliori caldaie tradizionali = + 3-6% sul rendimento di combustione perché condensa parte dell acqua contenuta nei fumi: fino a 10% perché le perdite a vuoto sono modeste 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 27 Composizione percentuale dei fumi di combustione del metano O 2 = 0% f.s. Combustione stechiometrica O 2 = 3% f.s. Combustione ben condotta O 2 = 6% f.s. Combustione accettabile O 2 = 9% f.s. Combustione in forte eccesso d'aria CO 2 [%] 9.46 8.21 6.93 5.62 H 2 O [%] 18.92 16.43 13.87 11.23 O 2 [%] 0.00 2.75 5.58 8.49 N 2 [%] 71.62 72.60 73.62 74.66 Punto di rugiada [ C] 59,2 56,2 52,6 48,1 SE IL BRUCIATORE MODULA SOLO IL GAS, LA CONDENSAZIONE SI ANNULLA A POTENZA RIDOTTA. 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 28 Ing. SOCAL - Generatori a condensazione 14
100 90 Massimo contenuto di vapor acqueo a pressione atmosferica Contentuo di vapor acqueo [%] 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Temperatura fumi [ C] (od aria) 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 29 Umidità [%] 100 90 80 70 60 50 40 Contenuto massimo di vapor acqueo dei fumi in funzione della temperatura Massima umidità assoluta [%] Fumi con 0% O2 f.s. Fumi con 3% O2 f.s. Fumi con 6% O2 f.s. Fumi con 9% O2 f.s. Poli. (Massima umidità assoluta [%]) 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Temperatura fumi [ C] (od aria) 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 30 Ing. SOCAL - Generatori a condensazione 15
30 25 20 Massima umidità assoluta [%] Fumi con 0% O2 f.s. Fumi con 3% O2 f.s. Fumi con 6% O2 f.s. Fumi con 9% O2 f.s. Poli. (Massima umidità assoluta [%]) Formazione di condensa Umidità [%] 15 10 5 0 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 Temperatura fumi [ C] (od aria) Al diminuire della temperatura, la percentuale di acqua nei fumi segue la curva di saturazione 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 31 Fattore di condensazione in funzione della temperatura finale dei fumi Fattore di condensazione [p.u.] 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 La quota di condensa prodotta, rispetto all umidità totale presente nei fumi, dipende esclusivamente dalla temperatura finale di scarico dei fumi e dal rapporto aria/combustibile Fumi con O2 = 0% f.s. [p.u.] Fumi con O2 = 3% f.s. [p.u.] Fumi con O2 = 6% f.s. [p.u.] Fumi con O2 = 9% f.s. [p.u.] 20 30 40 50 60 70 Temperatura finale dei fumi [ C] 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 32 Ing. SOCAL - Generatori a condensazione 16
Produzione specifica di condensa [kg/nm³ CH4 ] 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Produzione specifica di condensa in funzione della temperatura finale dei fumi e dell'eccesso d'aria La quantità di condensa prodotta, dipende esclusivamente dalla temperatura finale di scarico dei fumi e dal rapporto aria/combustibile Fumi con O2 = 0% f.s. [kg/nm³ch4] Fumi con O2 = 3% f.s. [kg/nm³ch4] Fumi con O2 = 6% f.s. [kg/nm³ch4] Fumi con O2 = 9% f.s. [kg/nm³ch4] 20 30 40 50 60 70 Temperatura finale dei fumi [ C] 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 33 12,0 10,0 8,0 Aumento del rendimento per sviluppo di calore latente in funzione della temperatura finale dei fumi e dell'eccesso d'aria Aumento rendimento con O2 = 0% f.s. [%] Aumento rendimento con O2 = 3% f.s. [%] Aumento rendimento con O2 = 6% f.s. [%] Aumento rendimento con O2 = 9% f.s. [%] 6,0 4,0 2,0 L aumento di rendimento per sviluppo di calore latente in caldaia, dipende esclusivamente dalla temperatura finale di scarico dei fumi e dal rapporto aria/combustibile 0,0 20 30 40 50 60 70 Temperatura finale dei fumi [ C] 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 34 Ing. SOCAL - Generatori a condensazione 17
Caldaia tradizionale: il focolare in basso provoca la circolazione naturale dell acqua in caldaia. Si ha condensazione solo se tutto il corpo caldaia è freddo 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 35 Caldaia a condensazione: il focolare è in alto. I fumi escono passando attraverso uno scambiatore in controcorrente: I fumi scendono raffreddandosi, l acqua di ritorno dall impianto sale verso il focolare riscaldandosi, la condensa precipita sul fondo 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 36 Ing. SOCAL - Generatori a condensazione 18
La temperatura finale di scarico dei fumi segue la temperatura di ritorno dell acqua in caldaia: il DT finale (visto dai fumi) è costante a parità di estensione dello scambiatore e di potenza al focolare 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 37 L effetto di uno scambiatore più esteso è quello di prolungare l avvicinamento della temperatura finale di scarico alla temperatura di ritorno dell acqua in caldaia. Il T finale fumi/acqua si riduce ed il rendimento aumenta 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 38 Ing. SOCAL - Generatori a condensazione 19
L effetto di una maggiore potenza termica al focolare è quello di richiedere una maggiore differenza fra temperatura dei fumi e temperatura dell acqua in caldaia per scambiare una maggior potenza. Il T finale fumi/acqua aumenta ed il rendimento si riduce 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 39 Aumento di rendimento [%] 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 Aumento del rendimento per recupero di calore latente in funzione del T acqua fumi - Tenore O 2 3% Aumento rendimento con DT = 5 [ C] Aumento rendimento con DT = 10 [ C] Aumento rendimento con DT = 15 [ C] Aumento rendimento con DT = 20 [ C] Limite massimo (DT = 0) [ C] 0,0 20 30 40 50 60 70 Temperatura di ritorno dell'acqua in caldaia [ C] Occorre passare dalla temperatura di scarico dei fumi alla temperatura di ritorno dell acqua per valutare l impatto delle scelte impiantistiche. Si fa traslando tutte le curve precedenti verso sinistra di un valore pari al T fumi acqua dichiarato dal costruttore alle varie potenze 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 40 Ing. SOCAL - Generatori a condensazione 20
Curva per T = 20-40! 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 41 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 42 Ing. SOCAL - Generatori a condensazione 21
Rendimento di produzione: condensazione Concetto generale: si vuole utilizzare il calore di condensazione Condizione necessaria: la temperatura di ritorno dell acqua al generatore, maggiorata del T finale fumi/acqua, deve essere inferiore al punto di rugiada. La condensazione inizia a 55 60 C ed è pressochè completa a 20 C La temperatura di ritorno dell impianto può essere ridotta: Riducendo la temperatura media richiesta: aumento di superficie dei radiatori Riducendo la portata ed aumentando il T mandata ritorno all impianto La temperatura di ritorno al generatore è almeno pari alla media delle temperature di ritorno Nel caso di generatori aventi una portata minima, la temperatura di ritorno alla caldaia può essere maggiore della temperatura di ritorno dall impianto. ATTENZIONE AI CIRCUITI CON COMPENSATORE IDRAULICO 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 43 Impianto a condensazione Procurarsi acqua fredda Temperatura di ritorno dai corpi scaldanti SCELTA DELLA TIPOLOGIA E DIMENSIONAMENTO DEI CORPI SCALDANTI Portare l acqua fredda al collettore di ritorno circuito di distribuzione Scelta dello schema idraulico appropriato Portare l acqua fredda nel generatore collegamento del generatore ai collettori della centrale termica Scelta dello schema idraulico appropriato Scelta del generatore adatto 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 44 Ing. SOCAL - Generatori a condensazione 22
Potenza radiatore in funzione della temperatura media dell'acqua Potenza emessa [W] 1600 1400 1200 1000 800 600 400 La potenza del radiatore dipende dalla temperatura media dell acqua. La potenza nominale è solo un riferimento comune 200 0 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Temperatura media dell'acqua [ C] 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 45 Situazione media per il mese di gennaio in caso di progettazione tradizionale e funzionamento 14 ore al giorno. Potenza di dimensionamento UNI 7357: 1000 W 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 46 Ing. SOCAL - Generatori a condensazione 23
Situazione media per il mese di gennaio in caso di progettazione tradizionale e funzionamento 24 ore al giorno. Potenza di dimensionamento 1000 W 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 47 Effetto della variazione della temperatura di mandata sul T e sulle portate nei radiatori in presenza di valvole termostatiche che regolano la temperatura media del radiatore 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 48 Ing. SOCAL - Generatori a condensazione 24
Uso dei radiatori per la condensazione Come costringere il radiatore a funzionare a bassa portata ed elevata differenza di temperatura? Valvola termostatica in regolazione riduzione dei consumi elettrici riduzione del diametro dei tubi bilanciamento automatico dell impianto Riduzione dei giri pompa ed aumento temperatura di mandata Automatico, con sensore di temperatura di ritorno, anche in avviamento Non ribilancia l impianto Applicabile solo su piccoli impianti Le due soluzioni non sono compatibili fra loro 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 49 Circuito di distribuzione diretto. Le temperature agli emettitori ed al collettore di distribuzione sono identiche : Condensazione OK : Possibile 1 sola temperatura di mandata per tutte le utenze 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 50 Ing. SOCAL - Generatori a condensazione 25
Circuito di distribuzione a miscelazione La temperatura di mandata agli emettitori è inferiore alla temperatura di mandata dal collettore CONDENSAZIONE OK: la temperatura di ritorno al collettore è uguale alla temperatura di ritorno dagli emettitori CALDAIA KO: la portata prelevata dal collettore è inferiore alla portata circolante negli emettitori 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 51 Circuito di distribuzione a miscelazione, pannelli Quando si interpone una valvola miscelatrice sull alimentazione di un pannello, come carico per il generatore non c è più alcuna differenza rispetto ad un radiatore. Anzi il T è sicuramente elevato. Caso tipico: utenze miste a bassa ed alta temperatura (pannelli + scaldasalviette in bagno o acqua calda sanitaria) 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 52 Ing. SOCAL - Generatori a condensazione 26
Circuito di distribuzione a by-pass La temperatura di mandata agli emettitori è uguale alla temperatura di mandata dal collettore CONDENSAZIONE KO: La temperatura di ritorno al collettore è maggiore della temperatura di ritorno dagli emettitori CALDAIA OK: La portata prelevata dal collettore è superiore alla portata circolante negli emettitori Esempio: circuito monotubo 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 53 Circuito di generazione diretto CONDENSAZIONE OK: Temperatura e portata sono le stesse di quelle prelevate al collettore dai circuiti di distribuzione collegati 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 54 Ing. SOCAL - Generatori a condensazione 27
Circuito di generazione con pompa anticondensa Alla portata prelevata dal collettore dei circuiti di distribuzione collegati si somma la portata della pompa anticondensa La temperatura di ritorno in caldaia è maggiore di quella del collettore di ritorno della distribuzione La temperatura di ritorno in caldaia è massima ai minimi carichi 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 55 Circuito di generazione con pompa primaria La portata circolante nel generatore è determinata dalle caratteristiche della pompa primaria La temperatura di ritorno in caldaia è maggiore della media delle temperature di ritorno dei circuiti di distribuzione La temperatura di ritorno in caldaia è massima ai minimi carichi 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 56 Ing. SOCAL - Generatori a condensazione 28
Effetto del compensatore idraulico sulle temperature Circuito secondario a portata elevata Tipico nel caso di pannelli con connessione diretta Condensazione OK Circuito secondario a bassa portata Tipico nel caso di radiatori o pannelli con schema a tre vie Condensazione KO 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 57 Circuito di generazione con compensatore idraulico Circuiti di distribuzione a bassa portata La portata circolante nel generatore è determinata dalle caratteristiche della pompa primaria La temperatura di ritorno in caldaia è maggiore di quella del collettore di ritorno della distribuzione La temperatura di ritorno in caldaia è massima ai minimi carichi 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 58 Ing. SOCAL - Generatori a condensazione 29
Come NON condensare con un impianto a bassa temperatura 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 59 Produzione di acqua calda sanitaria Accumulo Si può funzionare stabilmente in condensazione Miglioramento: scambiatore esterno anziché immerso nel bollitore Produzione istantanea Se non si modula la portata della pompa primaria ai bassi carichi si alza la temperatura di ritorno in caldaia 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 60 Ing. SOCAL - Generatori a condensazione 30
Produzione di acqua calda sanitaria con accumulo inerziale e scambiatore esterno 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 61 Impianto tipo a radiatori a condensazione 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 62 Ing. SOCAL - Generatori a condensazione 31
Schema tipo e dimensionamento 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 63 Criteri di dimensionamento Criteri di dimensionamento Determinare il punto di lavoro della valvola termostatica in base a Potenza del corpo scaldante (2000 W) T mandata/ritorno di progetto della rete di distribuzione portata di progetto nel radiatore con T = 20 C (86 kg/h) P di progetto in base al massimo ammissibile (2 m c.a.) Verificare che il punto di lavoro sia alla sinistra della curva corrispondente alla banda proporzionale desiderata Impostare la preregolazione della valvola sul punto di lavoro di progetto (in pratica se ne limita l apertura) Dimensionare il collegamento del singolo radiatore 86 kg/h 12 x 1,5 mm 0,4 m/s 20 mm/m Dimensionare i tratti di tubazione comuni a gruppi di radiatori in modo da avere una minima perdita di carico Dimensionare la parte di impianto comune a tutti i radiatori Dimensionare la pompa di circolazione (max e min) 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 64 Ing. SOCAL - Generatori a condensazione 32
La progettazione di un impianto a condensazione Il progetto tradizionale si limita a dimensionamento dell impianto nelle condizioni di progetto (di massima potenza erogata). calcolo dell energia (consumi) in automatico con gli stessi dati Lo scopo dell impianto diventa ora quello di funzionare con la minima temperatura di ritorno in caldaia possibile: anche la temperatura di ritorno dell acqua in caldaia deve essere calcolata e progettata Occorre completare il progetto verificando le temperatura dell acqua nell impianto nelle condizioni reali (medie) di funzionamento. Ciò richiede un attenzione particolare a: dimensionamento dei corpi scaldanti (già fatto ) scelta del sistema di regolazione ambiente schema idraulico e dimensionamento della rete di distribuzione dimensionamento della pompa di circolazione requisiti supplementari per il generatore e per i dispositivi di regolazione 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 65 Calcolo della temperatura di ritorno Partendo dai dati di energia si devono calcolare in sequenza, per ogni mese (raccomandazione CTI) Temperatura di mandata e ritorno agli emettitori Dimensionamento degli emettitori Scelta delle temperature di progetto dell impianto Temperatura di mandata e ritorno dei singoli circuiti di distribuzione (gruppi di emettitori omogenei Scelta degli schemi circuitali (diretto, miscelazione, by-pass) Temperatura di mandata e ritorno ai collettori della generazione in funzione delle temperature e portate dei circuiti di distribuzione collegati Media delle temperature dell acqua di ritorno dai circuiti di distribuzione, pesata in base alle rispettive portate Temperatura di mandata e ritorno e portata dell acqua nei generatori Scelta del circuito di generazione (diretto o con portata indipendente) 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 66 Ing. SOCAL - Generatori a condensazione 33
E quindi. Una caldaia a condensazione è una caldaia che può condensare, non una caldaia che condensa! Condizione necessaria per funzionare in condensazione è che la temperatura di ritorno reale in caldaia sia sufficientemente bassa da far raffreddare i fumi sotto il punto di rugiada (circa 57 C). In pratica la condensazione inizia verso i 50 C al ritorno in caldaia Le condizioni che favoriscono la condensazione sono Bassa temperatura dell acqua di ritorno in caldaia (< 50 C) Funzionamento della caldaia a bassa potenza Basso eccesso d aria (l eccesso d aria abbassa il punto di rugiada) Per questo occorre un impianto con Generatore in grado di funzionare a bassa potenza e, in presenza di radiatori o circuiti miscelati, in grado di sopportare basse portate d acqua Generatore con regolazione accurata e stabile dell eccesso d aria, in particolare alle basse potenze Utilizzo delle valvole termostatiche, per regolare ed abbassare la temperatura di ritorno dalla rete di distribuzione (oppure impianto a pannelli), sfruttando la preregolazione per garantire il corretto funzionamento anche nei transitori Schema idraulico corretto Funzionamento continuo, senza intermittenza 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 67 Tipologie di caldaie a condensazione Caratteristiche qualificanti DT finale acqua-fumi alla minima ed alla massima potenza Campo di modulazione della potenza Stabilità della regolazione dell eccesso d aria Portata minima di funzionamento espressa come: minima portata richiesta massimo T sopportabile richiesta di installazione di un compensatore idraulico Sensibilità alla qualità dell acqua Tipo di circolazione dell acqua al loro interno Livello tecnologico dei sistemi di regolazione Tipologie principali Ad elevato contenuto d acqua A basso contenuto d acqua, fusione di alluminio, corpi di acciaio ed altri A basso contenuto d acqua, tubo alettato 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 68 Ing. SOCAL - Generatori a condensazione 34
Generatori ad elevato volume d acqua La caldaia è costituita da un focolare immerso in un corpo cilindrico tradizionale ed uno scambiatore in controcorrente al di sotto. C è un notevole accumulo di calore nell acqua contenuta all interno del corpo cilindrico superiore. Contenuto d acqua oltre 1 l/kw Sono generalmente adatti al funzionamento a bassa portata ma ci sono rischi di temperatura eccessiva nella parte alta del generatore Spesso sono dotati di presa intermedia 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 69 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 70 Ing. SOCAL - Generatori a condensazione 35
Pompa antiebollizione La presa intermedia consente anche di inserire una pompa per evitare surriscaldamenti locali dei generatori ad elevato volume d acqua. 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 71 Generatori a tubo d acqua Il nome è ripreso dalla classificazione dei generatori di vapore La caldaia è costituita da un tubo, spesso alettato, ove scorre l acqua che percorre la cassa fumi in verso opposto a quello dei fumi. Non c è alcun accumulo significativo di calore all interno del corpo caldaia. Contenuto d acqua circa 0,1 l/kw La regolazione di temperatura è difficile: ogni accensione si traduce in un salto di temperatura all uscita Hanno una portata minima al di sotto della quale non si deve mai scendere 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 72 Ing. SOCAL - Generatori a condensazione 36
Ritardo acqua calda La misura di questo ritardo consente di rilevare tempestivamente condizioni di bassa portata 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 73 Temperature in un generatore a tubo d acqua 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 74 Ing. SOCAL - Generatori a condensazione 37
Generatori a basso volume d acqua La caldaia è costituita da una fusione di alluminio o da un corpo in acciaio inox sagomato, con focolare nella parte alta ed uno scambiatore in controcorrente al di sotto. Nel caso delle fusioni in alluminio, le superfici sono alettate sia lato fumi che lato acqua L acqua scorre in passaggi ricavati nel corpo di alluminio. L accumulo di calore avviene nel metallo della fusione (alettature lato fumi) Contenuto d acqua tipico 0,1-1 l/kw Alcuni modelli sono adatti al funzionamento a bassa portata (con sonde temperatura intermedie) Alcuni modelli sono dotati di presa intermedia 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 75 Circuito a doppio ritorno La presa intermedia consente di sfruttare la condensazione anche in impianti misti. La potenza da sviluppare a bassa temperatura è il 15% della potenza totale al focolare. 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 76 Ing. SOCAL - Generatori a condensazione 38
Scambiatore esterno 23/06/2007 Ing. SOCAL - Impianti a condensazione 77 Ing. SOCAL - Generatori a condensazione 39