CORPI SCALDANTI

Corso di Componenti e Impianti Termotecnici
CORPI SCALDANTI
PER IMPIANTI TERMICI AD ACQUA CALDA
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I corpi scaldanti hanno la funzione di immettere nell’ambiente da riscaldare l’energia termica
prodotta dal generatore di calore e trasmessa attraverso la rete di distribuzione, scambiando
calore con l’ambiente in parte per convenzione e in parte per irraggiamento.
Negli impianti di riscaldamento ad acqua calda vengono utilizzati i seguenti tipi di corpi scaldanti:
¾ radiatori
¾ aerotermi
¾ termoconvettori
¾ termostrisce
¾ tubi e tubi alettati
¾ ventilconvettori
NOTA: i pannelli radianti possono essere considerati come dei corpi scaldanti di tipo
distribuito.
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Radiatori
I radiatori sono corpi scaldanti (ad elementi, a piastra, a tubi o a lamelle) che
cedono calore per convenzione naturale ed irraggiamento, e rappresentano
un elemento fondamentale nel processo di cessione del calore all'ambiente; la
loro scelta e la loro ubicazione hanno forti ripercussioni sul comfort degli
occupanti e sul risparmio energetico. Non deve, però, comunque mai
trasformarsi in un fattore di disturbo per l'arredamento o la pulizia domestica.
In base al materale con cui sono costruiti possono essere suddivisi nei
seguenti tipi: in ghisa, in acciaio, in alluminio.
Ghisa
Acciaio
Alluminio
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Radiatori
in
ghisa
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Sono costituiti da elementi realizzati per fusione e
assemblati con nipples. Al tradizionale modello a
colonne si è aggiunto il modello a piastre che
presenta anteriormente un’ampia superficie
radiante e posteriormente una sezione atta a
minimizzare lo scambio termico passivo con le
pareti.
Aspetti Positivi
• non temono fenomeni corrosivi
• dilatandosi non causano rumori
• sono sempre componibili
Aspetti Negativi
•
Maggior costo, soprattutto rispetto ai radiatori in
acciaio in piastra e a colonne;
•
Elevato peso che rende difficoltosa l’installazione;
•
Fragilità che può essere causa di rotture in fase di
montaggio;
•
Elevata inerzia termica che può rendere meno
efficienti i sistemi di regolazione della temperatura
ambiente.
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Radiatori
in
acciaio
Sono realizzati mediante saldatura di lamiere stampate a due tubi. Possono
essere a piastra, a colonne, a tubi o a lamelle.
Aspetti Positivi
• Costo contenuto: i tipi a piastra e a colonne sono i radiatori più
economici;
• Limitato peso: a parità di resa termica pesano circa il 65-70% in meno dei
radiatori in ghisa;
• Facile inserimento ambientale: la vasta gamma di tipi , di forme e di colori
disponibili consente soluzioni estetiche facilmente integrabili nell’ambiente;
• Bassa inerzia termica nei tipi a piastra
Aspetti Negativi
• Elevata inerzia nel tipo a colonne e a tubi cioè nei tipi che contengono
molta acqua;
• Non sono componibili nei tipi a piastra, a lamelle e a colonne con
elementi saldati;
• Possibili fenomeni di corrosione: senza adeguati rivestimenti superficiali
questi radiatori sono facilmente esposti a corrosione esterna.
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Radiatori
in
acciaio
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Radiatori
in
alluminio
Sono costituiti da elementi realizzati per estrusione o pressofusione e
assemblati con nipples.
Aspetti Positivi
• Costo relativamente contenuto
• Leggerezza: a parità di resa termica pesano circa il 70-75% in
meno dei radiatori in ghisa;
• Componibilità
• Limitata inerzia termica.
Aspetti Negativi
• Possibili fenomeni di corrosione interna: la presenza di alcali forti
nell’acqua favorisce fenomeni di corrosione dell’alluminio: per
questo motivo è opportuno evitare addolcimenti troppo spinti ed
eventualmente ricorrere ad inibitori chimici.
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Installazione
È consigliabile installare i radiatori sotto finestra o lungo le pareti esterne
perché così:
si possono contrastare meglio le correnti di aria fredda che si formano in
corrispondenza di tali superfici;
•
si migliorano le condizioni di benessere fisiologico limitando l’irraggiamento
del corpo umano verso le zone fredde;
•
si evita o si riduce, nell’interno del corpo scaldante, l’eventuale formazione di
condensa superficiale interna.
•
Corretta installazione
Per una corretta installazione dei radiatori si devono assicurare le
seguenti distanze.
•Distanza dal pavimento 10÷12 cm
• Distanza dalla parete 4÷5 cm
• Per sporgenze al di sopra o a fianco del radiatore è consigliata
una distanza di rispetto non inferiore a 10 cm
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Potenza termica
nominale
È la potenza termica scambiata da un radiatore (o da un suo elemento) con
l’ambiente esterno nelle condizioni di prova.
Queste condizioni, con riferimento alla norma UNI 6514, possono essere così
riassunte:
• apparecchiature e strumentazione di misura come richiesto dalla norma;
• Temperatura dei fluidi:
ª te= 85 °C temp. entrata del fluido scaldante
ª tu= 75 °C temp. di uscita del fluido scaldante
ª ta= 20 °C temp. dell’aria
• installazione del corpo scaldante
ª distanza dalla parete 5 cm
ª distanza dal pavimento 10÷12 cm
• alimentazione del corpo scaldante: entrata in alto, uscita in basso
• pressione atmosferica di prova uguale a quella esistente sul livello del mare
101,3 kPa
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Temperatura di
progetto del
fluido scaldante
Normalmente conviene che i valori di questa temperatura siano compresi fra
65 ÷75 °C. Non sono consigliati valori più elevati perché:
• attivano forti moti convettivi e quindi contribuiscono al formarsi di zone con
aria più calda a soffitto e più fredda a pavimento;
• determinano una sensibile “cottura” del pulviscolo atmosferico e quindi
causano irritazioni all’apparato respiratorio, nonché l’annerimento delle pareti
dietro e sopra i corpi scaldanti (i cosiddetti baffi).
Temperature di progetto troppo basse fanno aumentare notevolmente il costo
dell’impianto e l’ingombro dei radiatori.
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Dimensionamento di un corpo scaldante
Potenza termica
effettiva di un
radiatore
È la potenza termica scambiata da un radiatore (o elemento) con
l’ambiente esterno nelle effettive condizioni di utilizzo. Il suo valore può
essere calcolato con la
Qeff= Qnon ·F
Qeff = potenza termica effettiva [W]
Qnon = potenza termica nominale [W]
F
= fattore correttivo globale, adimensionale, dato dalla:
F = Ft ·Fd·Fpr·Fat·Fvr
dove Ft
Fal
Fpr
Fat
Fvr
= fattore correttivo per la diversa temperatura del fluido
= fattore correttivo per effetto dell’altitudine
= fattore correttivo per protezione del radiatore
= fattore correttivo in relazione agli attacchi del radiatore
= fattore correttivo per effetto della verniciatura
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Fattore Ft
Diversa
temperatura dei
fluidi
È il fattore che serve a determinare la potenza termica di un radiatore quando
la temperatura ambiente (ta) e la temperatura media del fluido scaldante (tm)
sono diverse da quelle di prova. Per definizione il suo valore è dato dal
rapporto:
Ft =
Qeff'
'
Qnom
Per la determinazione del fattore Ft si considera valida (con buona
approssimazione) per temperature medie del fluido scaldante variabili da 40 a
100°C, la seguente formula:
Q ' = B ⋅ (t m − t a )
1, 3
dove:
Q’ = potenza termica del radiatore
B = costante caratteristica del radiatore
tm= temperatura media del fluido scaldante
ta= temperatura ambiente
se 40 ≤ t m ≤ 100
[1]
W
W/°C1,3
°C
°C
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Fattore Ft
Diversa
temperatura dei
fluidi
Mediante la [1] possiamo esprimere Q’eff e Q’nom come:
Q 'eff = B ⋅ (t m − t a )
1, 3
Q 'non = B ⋅ (t m − t a ) = B ⋅ (80 − 20 )
1, 3
1, 3
si ottiene pertanto:
Ft =
Q eff'
'
Q nom
B ⋅ ( t m − t a ) 1,3
=
B ⋅ ( 80 − 20 ) 1 , 3
semplificando opportunamente risulta:
 t − ta 
Ft =  m

60


1,3
Può essere utile esprimere Ft anche nei casi in cui varia solo la temperatura
media (tm) del fluido scaldante, oppure solo la temperatura (ta) dell’aria
ambiente.
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Fattore Ft
Diversa
F t (t a = 20 ° C
)
 t − 20 
=  m

60


1,3
)
 80 − t a 
= 

60


1,3
temperatura dei
fluidi
F t (t m = 80 ° C
N.B.
Per la prova termica dei radiatori è, attualmente, in via di
approvazione una norma europea che prevede una temperatura
media del fluido scaldante uguale a 70 °C. In base a tale condizione
di prova, il valore del fattore correttivo Ft risulta:
1, 3
t −t 
Ft =  n a 
 50 
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Fattore Ft
Diversa
temperatura dei
Tm
fluidi
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50 0,48
52 0,51
54 0,55
56 0,59
58 0,63
60 0,67
62 0,71
64 0,75
66 0,79
68 0,83
70 0,87
72 0,91
74 0,96
76 1,00
78 1,04
80 1,09
82 1,13
84 1,18
86 1,22
88 1,27
90 1,31
92 1,36
94 1,41
96 1,45
98 1,50
100 1,55
17
0,46
0,50
0,53
0,57
0,61
0,65
0,69
0,73
0,77
0,81
0,85
0,89
0,94
0,98
1,02
1,07
1,11
1,15
1,20
1,24
1,29
1,34
1,38
1,43
1,48
1,52
18
0,44
0,48
0,51
0,55
0,59
0,63
0,67
0,71
0,75
0,79
0,83
0,87
0,91
0,96
1,00
1,04
1,09
1,13
1,18
1,22
1,27
1,31
1,36
1,41
1,45
1,50
19
0,42
0,46
0,50
0,53
0,57
0,61
0,65
0,69
0,73
0,77
0,81
0,85
0,89
0,94
0,98
1,02
1,07
1,11
1,15
1,20
1,24
1,29
1,34
1,38
1,43
1,48
20
0,41
0,44
0,48
0,51
0,55
0,59
0,63
0,67
0,71
0,75
0,79
0,83
0,87
0,91
0,96
1,00
1,04
1,09
1,13
1,18
1,22
1,27
1,31
1,36
1,41
1,45
Ta
21
0,39
0,42
0,46
0,50
0,53
0,57
0,61
0,65
0,69
0,73
0,77
0,81
0,85
0,89
0,94
0,98
1,02
1,07
1,11
1,15
1,20
1,24
1,29
1,34
1,38
1,43
22
0,37
0,41
0,44
0,48
0,51
0,55
0,59
0,63
0,67
0,71
0,75
0,79
0,83
0,87
0,91
0,96
1,00
1,04
1,09
1,13
1,18
1,22
1,27
1,31
1,36
1,41
23
0,35
0,39
0,42
0,46
0,50
0,53
0,57
0,61
0,65
0,69
0,73
0,77
0,81
0,85
0,89
0,94
0,98
1,02
1,07
1,11
1,15
1,20
1,24
1,29
1,34
1,38
24
0,34
0,37
0,41
0,44
0,48
0,51
0,55
0,59
0,63
0,67
0,71
0,75
0,79
0,83
0,87
0,91
0,96
1,00
1,04
1,09
1,13
1,18
1,22
1,27
1,31
1,36
25
0,32
0,35
0,39
0,42
0,46
0,50
0,53
0,57
0,61
0,65
0,69
0,73
0,77
0,81
0,85
0,89
0,94
0,98
1,02
1,07
1,11
1,15
1,20
1,24
1,29
1,34
ti
tu
26
0,30 55 45
0,34 57 47
0,37 59 49
0,41 61 51
0,44 63 53
0,48 65 55
0,51 67 57
0,55 69 59
0,59 71 61
0,63 73 63
0,67 75 65
0,71 77 67
0,75 79 69
0,79 81 71
0,83 83 73
0,87 85 75
0,91 87 77
0,96 89 79
1,00 91 81
1,04 93 83
1,09 95 85
1,13 97 87
1,18 99 89
1,22 101 91
1,27 103 93
1,31 105 95
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Fattore Fal
Effetto
dell’altitudine
È un fattore correttivo che tiene conto della variazione della potenza termica di
un radiatore quando esso è installato ad una altitudine diversa da quella sul
livello del mare.
Questo coefficiente tiene conto del fatto che la densità dell’aria e quindi la sua
capacità di trasporto del calore diminuisce man mano che cresce l’altitudine,
influendo quindi sull’emissione termica del corpo scaldante.
Il fattore Fal può essere calcolato mediante la:
Fal =
Po
1,3 ⋅ Po − 0,3 ⋅ P
dove Po= pressione atmosferica al livello mare kPa [pari a 101,3 kPa]
P= pressione atmosferica del luogo di installazione kPa
P può essere calcolata in funzione dell’altezza sul livello del mare H mediante
la:
P= 101,3 – (0,0113 x H)
dove H è l’altezza s.l.m espressa in m.
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Fattore Fpr
Protezione
del radiatore
Serve a determinare la potenza termica di un radiatore installato in nicchia,
sottomensola o con mobiletto. Queste protezioni limitano in modo rilevante
gli scambi termici tra radiatore e ambiente circostante.
Fpr= 0,95 - 0,97
Fpr= 0,92 - 0,94
Fpr= 0,75 - 0,85
Fpr= 0,95 - 1,00
per installazione con mensola
per installazione in nicchia
per installazione con lamiera forata
per installazione con carter aperto
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Fattore Fat
Attacchi
del radiatore
È il fattore che serve a determinare la potenza termica di un radiatore non
alimentato secondo le condizioni di prova. Il suo valore si considera solo nel
caso di radiatori con entrambi gli attacchi bassi.
Mediamente il fattore Fat - sia per attacchi bassi posti sullo stesso lato, sia per
attacchi contrapposti, può assumere i seguenti valori:
Fat= 1
per h<1,20
Fat= 0,97-0,95
1,20≤ h ≤1,80
h>1,80
Fat= 0,95-0,9
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Fattore Fvrt
Effetto
verniciatura
È il fattore che serve a determinare la potenza termica di un radiatore quando,
dopo la prova di resa nominale, viene verniciato. Il suo valore tiene conto del
fatto che la verniciatura diminuisce sensibilmente l’energia termica emessa per
irraggiamento.
Fvr = 1,00
Fvr = 0,85 - 0,90
per vernici ad olio
per vernici a base di alluminio o di bronzo
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