Coibentazione tubature Ing. Marco Lucentini Università di Roma La Sapienza
Intervento di coibentazione tubi utilità e caratteristiche Ridurre le dispersioni di calore lungo le tubature Caratteristiche dei tratti interessati Scoperti ed accessibili Zone interne od esterne all edificio in cui non è richiesto un apporto termico
Legge 42/93 (agg. D.L. 55/99) Conduttività Termica utile dell'isolante Diametro esterno della tubazione (mm) (W/m C) da 20 a da 40 a da 60 a da 80 a <20 39 59 79 99 > 00 0.030 3 9 26 33 37 40 0.032 4 2 29 36 40 44 0.034 5 23 3 39 44 48 0.036 7 25 34 43 47 52 0.038 8 28 37 46 5 56 0.040 20 30 40 50 55 60 0.042 22 32 43 54 59 64 0.044 24 35 46 58 63 69 0.046 26 38 50 62 68 74 0.048 28 4 54 66 72 79 0050 0.050 30 42 56 7 77 84
Principali parametri di calcolo/ Parametro Un. misura Descrizione θ m_i C Temperatura del fluido all inizio i i del circuito i di mandata θ r_i C Temperatura del fluido all inizio del circuito di ritorno θ amb_i C Temperatura ambiente a distanza dal circuito (inizio) D m_i m Diametro della tubatura nel circuito di mandata (inizio) D r_i m Diametro della tubatura nel circuito di ritorno (inizio) θ m_f C Temperatura del fluido alla fine del circuito di mandata θ r_f C Temperatura del fluido alla fine del circuito di ritorno θ amb_f C Temperatura ambiente a distanza dal circuito (fine) D m_f m Diametro della tubatura del circuito di mandata (fine) D r_f m Diametro della tubatura del circuito di ritorno (fine) s tubo m Spessore delle tubature in funzione del diametro L non isol m Lunghezza della tratta di tubatura non isolata
Principali parametri di calcolo/2 λ tubo W/m C Conducibilità termica delle tubature (per metro) L isol_p m Lunghezza della tratta di tubatura già isolata s isol_p m Spessore medio isolante già presente λ isol_p W/h C Conducibilità media dell isolante già presente (per metro) L isol_d m Lunghezza della tratta di tubature che si vuole isolare s isol_d m Spessore dell isolamento scelto λ isol_d W/m C Conducibilità termica dell isolante da applicare h aria W/m 2 C Conducibilità termica dell aria a temperatura ambiente K W/m 3 C Coefficiente di conduzione termica A m 2 Superficie di scambio termico Cos isol /m Costo (per metro) dell isolante da applicare Cos inst_isol /m Costo dell istallazione i (per metro) dell isolante l da applicare Cos comb /Kg Costo del combustibile adoperato per Kg Cos tot Costi totali da sostenere per l intervento t tot h Ore totali di funzionamento dell impianto per anno Q Wh Cl Calore disperso Q & W Potenza termica dispersa Comb - Tipo di combustibile adoperato pci Wh/Kg Potere calorifico inferiore del combustibile adoperato η - Rendimento medio stagionale della caldaia
Esecuzione intervento Metodologia Quantità media di calore che l impianto cede all ambiente: Condizioni normali Dopo l applicazione del coibente Differenza tra i due scenari
Tubature esistenti θ fluido (media tra tutte le temperature dei fluidi in mandata e ritorno e all inizio ed alla fine del circuito): fluido ( θ + θ + θ θ )/ 4 θ = + m _ i r _ i m _ f r _ f θ amb (media tra tutte le temperature dell aria ambiente all inizio ed alla fine del circuito): amb ( θ θ )/ 2 θ + = amb _ i amb _ f
Tubature esistenti/2 Calcolo Diametro medio r 3 r r 2 medio ( D + D + D D ) / 4 D = + m _ i r _ i m _ f r _ f r + = Dmedio / 2 stubo r 2 = Dmedio / 2 r 3 = Dmedio / 2 sisol
Q& Potenza termica dispersa per unità di lunghezza l ( K A) ( θ ) = θ l fluido amb ( K A ) l = ln 2π ln λ ( r r ) + ( r r ) 2 3 2 λ tubo isol h ariar 3 + r 3 r r 2
Tratta non isolata Tubature esistenti/3 Q& non isol = ( K A) l non isol ( θ fluido θamb ) L ( ) 2π K A l = non isol ln ( r ) 2 r + λ tubo hariar2 non isol Tratta isolata Q& isol _ p = ( K A) l isol _ p ( θ fluido θamb ) Lisol _ p ( ) 2π K A l = isol _ p ln ( r ) ( ) 2 r + ln r3 r2 + λ tubo λ isol _ p hariar 3
Tubature esistenti/4 Perdita totale di energia termica dovuta al sistema di riscaldamento Q tot ( Q& ) non isol + Q& isol p t tot = _
Applicazione dell isolamento alle tubature non isolate Procedimento analogo al precedente con sostituzione delle tratte non coibentate con quelle dove si è deciso di applicare l isolante (Q*tot) Tratta Q da isolare Qisol _ d K A & ( K A ) ( θ θ ) ( ) ( Q& ) isol _ d + Q isol p t tot * tot = & _ = l isol _ d fluido amb Lisol _ d l = 2π λ isol _ d ln( r2 r ) + ln( r3 r2 ) + λtubo isol _ d haria Spessore del coibente esperienza espressione che considera gli effetti dell aumento dello spessore sull incremento della superficie disperdente (valore ottimo in funzione del raggio della tubatura) r 3
Stima costi/benefici Calore risparmiato Q risp = Q tot Q * tot Il calcolo va ripetuto per ogni alternativa proposta al fine di poter effettuare dei confronti tra le diverse alternative Risparmio economico (euro/anno) Risp = Q risp Cos η pci comb
Stima costi/benefici Costi di realizzazione Costo del materiale (Cos isol) Costo installazione (Cos inst_isol) Lunghezza tubature (L isol_d) Cos tot = ( Cos + ) isol Cos inst _ isol L isol _ d Payback (n) n=cos tot /Risp
Esempio progettuale di isolamento termico (CTB)
Si consideri un circuito di riscaldamento le cui caratteristiche principali possono essere riassunte nel seguente schema (estratto di una checklist) - Lunghezza totale del circuito 200 m - Lunghezza della tratta già coibentata 30 m - Diametro medio dei tubi (e spessore) 0,03 m (0,003 m) - Conducibilità bl dei tubi 58,5 W/m C - Temperatura media del fluido termovettore 55 C - Temperatura media ambiente 20 C - Spessore dell isolante 0,03 m - Conducibilità isolante (stimata) 0,04 W/m C - Coefficiente adduzione aria 29 W/m 2 C - Ore di utilizzo dell impianto all anno 2000 h/anno - Lunghezza della tratta tt da coibentare 50 m
- Spessore del materiale isolante 0,04 m - Conducibilità isolante 0,035 W/m C - Rendimento medio stagionale della 0,9 caldaia[] - Potere calorifico inferiore i del combustibile,8 kwh/kg (gasolio, densità 820 Kg/m 3 ) - Prezzo per chilogrammo di combustibile[2] 0,58 /Kg - Costo dell isolante comprensivo del costo dell installazione (per metro) [] In conformità ai valori minimi per legge stabiliti dal D.P.R. n. 42 del 26 agosto 993, attuativo della L. 0/9. [2] Listino prezzi della CCIAA di Torino, il prezzo si riferisce ad una consegna inferiore ai 5000 Kg. 4,5 /m
Quantità di calore dispersa nel funzionamento (K A) l-nonisol = 2,744 W/ Cm (K A) l isol_p = 0,93 W/ Cm [(K A) l isol _p L isol _p +(K A) l -nonisol L non isol ](θ fluido -θ amb )=7300 W Q tot =Q t tot = 34,6 MWh/anno
Intervento di coibentazione (K A) L-nonisol = 2,744 W/ Cm (K A) L isol_p =0,93W/ Cm (K A) L isol_d =0,73W/ Cm Q = [(K A) L isol_p L L isol_p + (K A) L isol_d L L isol_d +(K A) L L-nonisol ]( θ fluido -θ amb ) = 6740 W L-nonisol Q* tot = Q t tot = 3,48 MWh/anno
Analisi economica Risp 725 /anno Cos tot =(Cos isol +Cos inst isol ) L isol_d 620 Periodo di payback = Cos tot /Risp 0 mesi
Metodo approssimato: tabelle e grafici di riferimento Ipotesi semplificative tabella coefficiente di adduzione dell aria costante e pari a 29 W/m 2 C stretta tt variazione i del rapporto r 2 /r KA l non isol (W/m C) r2/r r2 * 0,0 0,05 0,02 0,025 0,03 0,035 0,04 0,045 0,05,83 2,74 3,65 4,57 5,48 6,4 7,3 8,22 9,3 05,05 83,83 273 2,73 365 3,65 456 4,56 548 5,48 638 6,38 729 7,29 82 8,2 92 9,2,,83 2,73 3,65 4,56 5,47 6,38 7,29 8,2 9,,5,83 2,73 3,65 4,56 5,47 6,37 7,28 8,9 9,09,2,83 2,73 3,64 4,56 5,47 6,37 7,28 8,9 9,08 25,25 83,83 273 2,73 364 3,64 455 4,55 545 5,45 636 6,36 727 7,27 88 8,8 908 9,08,3,83 2,73 3,64 4,55 5,45 6,36 7,27 8,6 9,07,35,83 2,73 3,64 4,55 5,45 6,36 7,26 8,6 9,06,4,83 2,73 3,64 4,55 5,45 6,35 7,26 8,5 9,05 * espresso in m
Metodo approssimato: tabelle e grafici di riferimento Ipotesi semplificative tabella 2 coefficiente di adduzione dell aria costante e pari a 29 W/m 2 C indipendenza dai rapporti r 2 /r ed r 3 /r 2 (assunti pari a,25) KA l isol (W/m C) λisol * r3 ** 0,025 0,025 0,7 0,03 0,8 0,035 0,92 0,04,0 0,045,2 0,05,2 0,055,29 0,06,37 0,065,45 0,03 0,7 0,84 0,94,06,6,26,36,44,54 0,035 0,72 0,85 0,98,08,2,3,4,5,59 0,04 0,73 0,86 0,99,,22,34,44,55,65 0,045 0,74 0,87,3,24,36,48,58,69 0,05 076 0,76 088 0,88 02,02 4,4 27,27 38,38 5,5 62,62 72,72 0,055 0,76 0,9,02,6,28,4,52,64,76 0,06 0,76 0,9,04,7,3,42,55,66,78 0,065 0,77 0,9,05,7,3,44,56,69,8 0,07 0,77 0,9,05,9,33,45,58,7,83 * espresso in Kcal/hm C ** espresso in m
Metodo approssimato: tabelle e grafici di riferimento Ricavati i coefficienti (KA) dalle tabelle si può ottenere direttamente la quantità di calore risparmiato con la seguente formula approssimata Q risp = θ L tubo t [( ) ( ) ] KA KA l non isol l isol Questa approssimazione, unita a quelle accennate per la realizzazione delle tabelle, comporta un errore sul calcolo del Qrisp verificato al 5% massimo.