impianti di riscaldamento

IMPIANTI DI RISCALDAMENTO
Potenza per ambiente
Dal calcolo del Cd e delle dispersioni invernali si ottiene
la potenza necessaria all’edificio (W)
Qt = Qd + Qv
Che deve essere nota anche per ogni singolo ambiente,
per il dimensionamento dei terminali.
Maggiorazioni della potenza
Il funzionamento in regime intermittente porta ad una
efficienza minore dell’impianto, che viene considerata
nella UNI 7357, imponendo una maggiorazione.
La necessità di cautelarsi da errori e da situazioni
ambientali straordinarie impone inoltre di attuare delle
ulteriori correzioni: la norma UNI 10379 suggerisce una
maggiorazione non inferiore al 20%.
Qloc → UNI 7357 → Qint → UNI 10379 → Qterm
Impianto a RADIATORI
Il radiatore, a rigore, scambia per irraggiamento solamente circa il
20-30% della potenza totale, mentre il resto viene scambiato per
convezione. La superficie utile all’irraggiamento è solo la frontale,
mentre per la convezione conta la superficie totale del radiatore.
La potenza nominale del radiatore è ottenuta secondo le normative
di prova, mediante la seguente relazione:
Dove:
Qn = c ⋅ (∆tn)n
c = parametro caratteristico del radiatore
∆tn = differenza di temperatura media tra la superficie del radiatore
e l’ambiente (nominale, normalmente 50°C)
n = esponente che dipende dallo scambio termico (4/3 in regime
turbolento
Potenza nominale
Calcolo radiatore
• Potenza dispersa dall’ambiente(magg.)/
potenza emessa dal singolo elemento
scelto = n°elementi radiatore
• Ad es. Qamb = 750 W
• Qn= 20,3 W
• n°el. = 750/20,3 =36,9 el.
Potenza a diversa temperatura
Q = Qn ⋅ (∆t /50)n
esempio
∆t = 30°c
Qn = 20,3 W
Q = 20,3 x (30/50)1,28832 = 10,5 W
(circa la metà della potenza)
Tipologie di attacchi
Accessori di montaggio
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•
•
•
Valvola
Detentore
Valvola di
sfogo aria
Supporti
tappi
Collocamento ideale dei radiatori
• I radiatori ben collocati sono posti di solito in una
rientranza della parete, o sotto una piccola mensola, in
modo che la turbolenza dell’aria venga aumentata
nella zona sopra al radiatore stesso, aumentando cosi’
lo scambio termico, e le linee di flusso vengano
piegate verso il centro della stanza.
• Il radiatore sotto la finestra inoltre irradia verso il
centro della stanza e la parete opposta, e produce un
circolo d’aria benefico.
materiali per radiatori
Acciaio
materiali per radiatori
Ghisa
alluminio
Altri tipi di corpi scaldanti
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•
Piastre radianti
Termoconvettori
Ventilconvettori (fan-coils)
Aerotermi*
Pannelli radianti (a pavimento, a parete, a soffitto)
Tubi alettati
Tubi radianti (fumi caldi)*
Unità termoventilanti*
Terminali a induzione
*terminali utilizzati soprattutto in campo industriale
Piastre radianti
Piastre metalliche saldate fra loro. All’interno scorre il fluido
termovettore.
Scambio termico prevalente per convezione naturale. Contributo
irraggiamento maggiore dei radiatori.
Facile pulibilità per la scarsa aderenza polvere.
Installati a parete o in nicchia (valide le considerazioni fatte per i
radiatori).
Realizzate generalmente in pezzo unico in acciaio. Aumento
superficie per migliorare la resa termica (doppia piastra con alette).
Termoconvettori
convez. naturale 90% + irraggiamento 10%
Costituiti da batteria alettata alloggiata in un contenitore; si innesca
un “tiraggio” naturale. Diffusione negli anni sessanta (basso costo).
Oggi sono sostituiti dai radiatori (ingombro) o i ventilconvettori
(efficienza e controllo microclima anche in estate).
Posizionamento: incassate nelle pareti (nicchia) o a vista.
Tubi alettati
Tubazione dotata di alette in cui scorre fluido termovettore.
Richiedono grandi lunghezze.
Molto utilizzati in serre, utenze industriali, scuole, ospedali, etc;
installati a vista lungo le pareti o racchiusi entro griglie sagomate.
Involucro protettivo.
Rispetto al termoconvettore rinunciano all’effetto camino.
Potenza termica misurata secondo la Norma UNI 6514 (fornita per
1m di sviluppo del tubo):
Caratteristiche fluido termovettore
Aria ambiente
Diametro tubo, passo e altezza alette.
Negli impianti ad aria primaria (terziario): riscaldamento superfici
fredde.
UNITÀ TERMINALI A PREVALENTE
CONVEZIONE FORZATA
VENTILCONVETTORI
Simile al
termoconvettore con
incorporato un
ventilatore.
Anche raffrescamento
estivo; condensa del
vapore acqueo
(TSUPBATT < TRUG) che
deve essere
allontanato.
Presa d’aria (dal basso o frontale)
Batteria/e alettata/e (fan-coil a 2 o 4 tubi: il 4 tubi più costoso ma molto
efficiente)
Filtro aria (manutenzione e/o sostituzione)
Ventilatore (velocità selezionabili). Rumore
Custodia apparato. Lamiera verniciata o materiale plastico.
•Istallazione a terra, a soffitto (verificare il lancio per evitare stratificazioni dell’aria).
•Controllo: velocità e quindi portata, temperatura.
•Edifici con occupazione limitata: uffici, edifici aperti al pubblico.
•Oltre alla potenza termica deve essere valutata la portata (valore minimo
consigliato: 5 ricambi orari per garantire uniformità di temperatura).
•Utilizzati in impianti ad aria primaria cui è demandato compito della ventilazione.
•Posizionamento: vedi radiatori + attenzione lancio aria onde evitare fastidiose
correnti d’aria.
AEROTERMI
Corpi scaldanti costituiti da una batteria alettata su cui un ventilatore fa circolare
una determinata portata d’aria.
Contenitore e supporto all’apparato.
Alette deflettici orientabili e diffusori.
Dimensioni ridotte e grandi portate d’aria: locali ampi, quali magazzini, palestre,
autorimesse, officine, ed ambienti industriali in genere.
Alimentati ad acqua calda e vapore (raramente).
•Installati a soffitto (lancio verticale)
ed a parete (lancio orizzontale); per
ambienti molto alti si ha solo lancio
verticale con batteria che avvolge il
ventilatore.
•Controllo effetti di galleggiamento
dell’aria trattata: angolo apertura
getto (diffusore).
•Collocazione: evitare di investire
l’occupante con l getto d’aria (TMAX=
45-50°C).
•Rumorosità.
•Versione solo ricircolo o anche con
aria esterna di ricambio
(servocomando . termostato).
UNITÀ TERMINALI A PREVALENTE SCAMBIO
TERMICO RADIATIVO
PANNELLI RADIANTI
Pannelli a bassa temperatura, 30- 45°C la temperatura dell’acqua all’interno ,
sono usati per impianti di riscaldamento, ma ultimamente anche per il
raffrescamento estivo, facendo circolare nello stesso impianto acqua fredda.
Questi ultimi possono essere:
•A pavimento (i più diffusi)
•A parete
•A soffitto (soprattutto per raffrescamento)
PANNELLI RADIANTI A PAVIMENTO
Pregi:
Maggior benessere a parità di
temperatura dell’aria
Minori vincoli per l’arredamento
Temperatura del pavimento ottimale
Risparmio energetico se abbinati a
caldaie a condensazione
Taglio termico nei confronti del
terreno o di zone non riscaldate
(autorimesse, cantine)
Difetti:
Elevata inerzia termica
Maggiore spessore massetto
Interferenza con altri imp.a pav.
PANNELLI RADIANTI A PAVIMENTO
Serpentina semplice
Sono necessari giunti di dilatazione sul pavimento
PANNELLI RADIANTI A PARETE
Tutelano dalle pareti fredde (da installare quindi preferibilmente sulle pareti
esterne)
Problemi di arredabilità degli ambienti (anche quadri, mensole, armadi)
Interferenze con altri impianti (elettrici soprattutto)
PANNELLI RADIANTI A SOFFITTO
Da utilizzare preferibilmente se debbono fare anche il raffrescamento
Esiste anche la versione a secco (controsoffitto)
Possibili problemi di stratificazione in riscaldamento (si perde il contributo
convettivo)
In raffrescamento è necessario controllare l’umidità (temperatura di rugiada)
(osservazione valida anche per pavimento e parete)
STRISCE RADIANTI A SOFFITTO
Simile al pannello radiante ma operante con temperature più elevate
Estensione ridotta.
Installazione a soffitto.
Costituiti da piastra sagomata in acciaio o alluminio (s=1-1,5 mm).
Ad essa sono collegati i tubi in cui scorre il fluido termovettore.
Nella parte superiore il pannello è isolato termicamente.
TUBI RADIANTI
Operante con temperature più elevate. Sono alimentati a gas, nei tubi
girano i fumi della combustione i quali scaldano il tubo stesso fino a
temperature molto elevate (superiori a 150°C)
Estensione ridotta. Nella parte superiore il pannello è isolato
termicamente e dotato di riflettore.
Installazione a soffitto a grande altezza (min 5m)
Basso costo
Possibilità di trattare
solo le zone con
presenza di persone
IMPIANTI AD ARIA
All’interno di una
unità
termoventilante
avviene il
riscaldamento
dell’aria la quale,
con l’ausilio di un
ventilatore e di una
rete di
canalizzazioni viene
inviata agli ambienti
da riscaldare
Questo tipo di
impianto verrà
trattato nel dettaglio
insieme agli impianti
di condizionamento
DISTRIBUZIONE DEL FLUIDO CALDO
impianti ad acqua
All’interno di una unità Esistono diversi modi di collegare i terminali tra
loro ed alla caldaia: per gli edifici ad uso civile principalmente vengono
utilizzati 3 tipi di distribuzione diversa:
•Monotubo
•A due tubi
•A collettori
Impianti monotubo
Si tratta di una distribuzione ad anello sul perimetro dell’ambiente da
scaldare in cui i corpi scaldanti sono posti in serie. In passato veniva
utilizzato specialmente nell’edilizia a basso costo, in quanto consente
risparmi sul costo delle tubazioni.
È difficile fornire uniformità di prestazioni tra i vari radiatori
Richiede radiatori particolari
Impianti a due tubi tradizionali
E’ il tipo di distribuzione che consente minor impiego di tubazioni senza
precludere la possibilita’ di regolare il singolo terminale, come avviene
nella monotubo. Consiste nel servire in serie e parallelo con due tubi i
diversi terminali che prendono il fluido dal tubo di mandata e lo scaricano
su quello di ritorno.
Impianti a collettori (modul)
E’ il tipo di distribuzione più utilizzato nell’edilizia residenziale.
Il fluido caldo dalla caldaia viene portato ad un collettore, dal quale
vengono alimentati i singoli terminali, con due tubi ciascuno.
Il sistema consente la regolazione ambiente per ambiente ed una ottima
equilibratura dei circuiti, cosa più difficile con gli altri sistemi.
Portata d’acqua di un circuito
Dipende dalla potenza termica necessaria al riscaldamento della
zona servita dal circuito, secondo la formula
Q = m& ⋅ c ⋅ ∆t
& è la portata massica (l/s o m3/h) (talvolta indicata con G)
Dove m
c è il calore specifico del fluido in esame (per l’acqua 4,18 kJ/kg°K)
∆t è la differenza di temperatura tra mandata e ritorno del circuito
Pertanto, individuata la potenza ed il ∆t (che dipende dal terminale)
risulta individuata anche la portata
Scelta e dimensionamento delle tubazioni
In funzione delle
portate d’acqua
necessarie
vengono
dimensionati i
tubi che possano
garantire tali
portate.
Esistono varie
modalità di
calcolo
generalmente
riassunte in
tabelle o grafici
che mettono in
relazione portata
d’acqua,
diametro del tubo
e perdita di
carico relativa.
Calcolo della prevalenza del circuito
Deriva dalla sommatoria delle perdite di carico lineari ed accidentali (curve,
derivazioni, valvole, terminali d’impianto, etc.)
elettropompe
Servono a far circolare l’acqua negli impianti di
riscaldamento. Debbono essere dimensionate in
base a:
•Portata d’acqua necessaria al circuito
•Perdita di carico dello stesso (prevalenza)
Curve caratteristiche
Possono esistere più curve
caratteristiche in funzione del
numero di giri del motore
La scelta di una pompa viene
fatta utilizzando grafici simili a
quello a destra, incrociando la
curva del circuito con una delle
curve delle pompe disponibili.
Centrale termica
Ne esistono di molto diverse a seconda della potenzialità, del tipo di
combustibile utilizzato, dell’edificio servito.
Caldaie murali
G tubo gas
9 Ventilatore
AC acqua calda
sanitaria
10 Camera stagna
AF acqua da
acquedotto
M mandata impianto
riscaldamento
R ritorno impianto
riscaldamento
11 Pressostato fumi
12 Sonda mandata
13 Termostato sicurezza
14 Vaso espansione
impianto
15 Valvola sfogo aria
16 Circolatore caldaia
1 Flussostato sanitario
2 Sonda sanitario
3 Valvola tre vie idraulica
4 Valvola gas
5 Presa pressione tubo
valvola/bruciatore
6 Bruciatore
7 Scambiatore primario
8 Cappa fumi
17 Valvola tre vie
(motorizzata)
18 Rubinetto
svuotamento impianto
19 Rubinetto
riempimento impianto
20 By-pass regolabile
21 Pressostato impianto
22 Valvola di sicurezza 3
bar
23L imitatore di flusso