Carichi termici estivi - rev1.pdf
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IMPIANTI DI<br />
CONDIZIONAMENTO<br />
CRITERI DI CALCOLO (rev.1)<br />
Ing. Attilio Pianese
In particolare:<br />
IL CALCOLO DEI CARICHI FRIGORIFERI<br />
METODO ASHRAE – CARRIER<br />
IL CALCOLO DELLE PORTATE DI ARIA DI<br />
VENTILAZIONE (PER IMPIANTI AD ARIA).
CLASSIFICAZIONE DEGLI IMPIANTI DI<br />
CONDIZIONAMENTO<br />
In base al fluido termovettore che distribuisce il freddo negli<br />
ambienti:<br />
• IMPIANTI A TUTT’ARIA<br />
• IMPIANTI AD ARIA ED ACQUA<br />
• IMPIANTI A SOLA ACQUA<br />
• IMPIANTI A FLUIDO FRIGORIGENO<br />
Gli impianti di condizionamento sono detti HVAC se assolvono alle funzioni:<br />
H Heating (riscaldamento)<br />
V Ventilation (ventilazione, filtrazione e trattamento dell’aria )<br />
AC Air Conditioning (condizionamento, controllo temperatura e umidità)
PARAMETRI DI PROGETTO<br />
I parametri di progetto generalmente assunti sono:<br />
• Case di abitazione: Ti = 25 ÷ 26 °C U.R. = 50 %<br />
• Banche, negozi: Ti = 26 ÷ 27 °C U.R. = 50 %<br />
• Teatri, cinema, locali affollati: Ti = 27 U.R. = 60 %<br />
Nel caso sia prevista breve permanenza delle persone è<br />
opportuno che sia<br />
Te − Ti = 4 ÷ 5 °C
CALCOLO DELLA POTENZIALITA’<br />
FRIGORIFERA<br />
Somma degli apporti di calore sensibile e calore latente nell’ambiente.<br />
APPORTI DI CALORE SENSIBILE:<br />
• Calore solare trasmesso attraverso i vetri<br />
• Calore trasmesso per convezione attraverso i vetri<br />
• Calore trasmesso attraverso le pareti opache<br />
• Calore sensibile prodotto dalle persone<br />
• Calore sensibile prodotto da sorgenti di calore, luci, dissipazioni di potenza<br />
• Calore sensibile dovuto alle infiltrazioni di aria e alla ventilazione.<br />
APPORTI DI CALORE LATENTE<br />
• Calore latente delle persone<br />
• Calore latente dovuto alle infiltrazioni di aria e alla ventilazione.
Il bilancio termico viene fatto in termini di potenze termiche<br />
(KW) a diverse ore del giorno, si deve in estate tener conto:<br />
- delle variazioni della T ambiente nelle 24 ore,<br />
- degli apporti dovuti all’irraggiamento solare sulle pareti<br />
opache e trasparenti<br />
NOTA: IL GRAFICO E’ TRATTO DAL MANUALE AERMEC
ANDAMENTO DELLA TEMPERATURA<br />
GIORNALIERA<br />
Escursine<br />
termica<br />
7,5°C<br />
10°C<br />
12,5°C<br />
Temperatura<br />
Ora del giorno<br />
esterna 7 9 11 13 14 15 17 19 21 23<br />
bulbo secco −6,5 −5,0 −3,0 −0,5 0 −0,5 −1,0 −3,5 −5,0 −7,0<br />
bulbo umido −1,5 −1,0 −0,5 0 0 0 −0,5 −0,5 −1,5 −2,0<br />
bulbo secco −7,5 −5,5 −3,0 −0,5 0 −0,5 −1,5 −3,5 −6,0 −8,5<br />
bulbo umido −2,0 −1,5 −0,5 0 0 0 −0,5 −1,0 −1,5 −2,0<br />
bulbo secco −8,5 −5,5 −3,0 −0,5 0 −0,5 −1,5 −4,0 −6,5 −9,0<br />
bulbo umido −2,0 −1,5 −0,5 0 0 0 −0,5 −1,0 −2,0 −2,5<br />
NOTA: ORA SOLARE
INTENSITA’ DELLA RADIAZIONE SOLARE PER VARIE<br />
ESPOSIZIONI SUD ITALIA - LUGLIO
CALORE ENTRANTE ATTRAVERSO I VETRI<br />
Q = potenza termica entrante attraverso il vetro.<br />
Q = K⋅FS·Fc⋅Fw⋅g 0 ⋅A⋅I Kcal/h<br />
con FS = fattore per aggetti<br />
Fc = fattore per tendaggi o schermi esterni<br />
Fw = fattore di incidenza della radiazione (≈ 0,9 ÷ 0,95)<br />
g 0 = fattore di trasparenza del vetro<br />
A = area della superficie (m 2 )<br />
I = radianza solare sulla superficie vetrata Kcal/h m 2<br />
K tiene conto dei fenomeni di assorbimento e successiva<br />
riemissione del calore da parte delle superfici riceventi.<br />
K ≈ 0,75 ÷ 0,80<br />
In via approssimata si può trascurare il tempo di ritardo.
METODO DEL CLF<br />
CLF sta per Cooling load factor e assume come riferiemnto la<br />
potenza termica entrante attraverso un infisso in legno con<br />
vetro singolo.<br />
La potenza termica entrante attraverso l’infisso si calcola:<br />
Q = CLF⋅Fc⋅A⋅I0<br />
Kcal/h<br />
I0 = potenza termica entrante attraverso un infisso in legno con<br />
vetro singolo.<br />
CLF = fattore di smorzamento alle diverse ore del giorno da<br />
ricavare dalle tabelle.<br />
Fc = fattore per tendaggi o schermi esterni
VALORI DELLA RADIAZIONE SOLARE<br />
MASSIMA ATTRAVERSO IL VETRO -<br />
LUGLIO<br />
Radianza attraverso infissi con vetro singolo in Kcal/h m 2<br />
Latitudine N NE E SE S SO O NO Orizzont<br />
40° 40 344 444 339 187 339 444 344 631<br />
45° 39 330 443 363 237 363 443 330 601
METODO DEL CLF (cooling load factor)<br />
CLF for Window Glass with Indoor Shading Devices<br />
(North Latitude and All Room Construction)<br />
Solar time,<br />
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22<br />
hour<br />
Orientation:<br />
North<br />
0.07<br />
0.73<br />
0.66<br />
0.65<br />
0.73<br />
0.80<br />
0.86<br />
0.89<br />
0.89<br />
0.86<br />
0.82<br />
0.75<br />
0.78<br />
0.91<br />
0.24<br />
0.18<br />
0.15<br />
0.13<br />
North-east<br />
0.02<br />
0.56<br />
0.76<br />
0.74<br />
0.58<br />
0.37<br />
0.29<br />
0.27<br />
0.26<br />
0.24<br />
0.22<br />
0.20<br />
0.16<br />
0.12<br />
0.06<br />
0.05<br />
0.04<br />
0.04<br />
East<br />
0.02<br />
0.47<br />
0.72<br />
0.80<br />
0.76<br />
0.62<br />
0.41<br />
0.27<br />
0.24<br />
0.22<br />
0.20<br />
0.17<br />
0.14<br />
0.11<br />
0.06<br />
0.05<br />
0.05<br />
0.04<br />
South-east<br />
0.02<br />
0.30<br />
0.57<br />
0.74<br />
0.81<br />
0.79<br />
0.68<br />
0.49<br />
0.33<br />
0.28<br />
0.25<br />
0.22<br />
0.18<br />
0.13<br />
0.08<br />
0.07<br />
0.06<br />
0.05<br />
South<br />
0.03<br />
0.09<br />
0.16<br />
0.23<br />
0.38<br />
0.58<br />
0.75<br />
0.83<br />
0.80<br />
0.68<br />
0.50<br />
0.35<br />
0.27<br />
0.19<br />
0.11<br />
0.09<br />
0.08<br />
0.07<br />
South-west<br />
0.03<br />
0.07<br />
0.11<br />
0.14<br />
0.16<br />
0.19<br />
0.22<br />
0.38<br />
0.59<br />
0.75<br />
0.81<br />
0.81<br />
0.69<br />
0.45<br />
0.16<br />
0.12<br />
0.10<br />
0.09<br />
West<br />
0.03<br />
0.06<br />
0.09<br />
0.11<br />
0.13<br />
0.15<br />
0.16<br />
0.17<br />
0.31<br />
0.53<br />
0.72<br />
0.82<br />
0.81<br />
0.61<br />
0.16<br />
0.12<br />
0.10<br />
0.08<br />
North-west<br />
0.03<br />
0.07<br />
0.11<br />
0.14<br />
0.17<br />
0.19<br />
0.20<br />
0.21<br />
0.22<br />
0.30<br />
0.52<br />
0.73<br />
0.82<br />
0.69<br />
0.16<br />
0.12<br />
0.10<br />
0.08<br />
Horizontal<br />
0.03<br />
0.12<br />
0.27<br />
0.44<br />
0.59<br />
0.72<br />
0.81<br />
0.85<br />
0.85<br />
0.81<br />
0.71<br />
0.58<br />
0.42<br />
0.25<br />
0.14<br />
0.12<br />
0.10<br />
0.08
CALORE TRASMESSO ATTRAVERSO LE<br />
PARETI OPACHE<br />
Q = potenza termica entrante attraverso una parete opaca:<br />
Q = U ⋅ S · CLTD Kcal/h<br />
con U = trasmittanza della parete Kcal/h m 2 °C<br />
S = superficie della parete m 2<br />
CLTD = cooling load temperature difference °C<br />
CLTD sono valori convenzionali e corrispondono al ∆Teq relativo a<br />
vari fenomeni:<br />
- Irraggiamento solare della parete,<br />
- trasmissione per conduzione attraverso la parete,<br />
- trasmissione per semplice convezione con l’aria esterna,<br />
- regime periodico giornaliero.
TABELLE DELL’ AERMEC.
PRINCIPALI PARAMETRI DELLE PARETI<br />
OPACHE<br />
CONDUZIONE<br />
- smorzamento ε<br />
- tempo di ritardo τ o angolo di ritardo ϕ con ϕ = (2π/24) · τ,<br />
dipendenti a loro volta da:<br />
• ρ = densità,<br />
• c = calore specifico,<br />
• s = spessore,<br />
• λ = conducibilità termica,<br />
• D= λ/cρ diffusività (m 2 /h).
IRRAGGIAMENTO<br />
I = radianza (KW/m 2 )<br />
as =coefficiente di assorbimento per la radiaz. solare<br />
θs = temperatura al sole<br />
h1 = coefficiente di adduzione esterno<br />
as / h1 = rapporto caratteristico dell’irraggiamento solare<br />
a = emissività (a temperatura ambiente)<br />
La temperatura al sole θs è per definizione data:<br />
θs = θ1 + as I/ h1<br />
con θ1 = temperatura dell’aria esterna.<br />
La temperatura al sole è la temperatura fittizia che si deve<br />
attribuire all’aria esterna per poter ricondurre l’effetto congiunto<br />
dell’irraggiamento solare e della convezione adduzione ad un<br />
unico fenomeno di convezione adduzione.
PARAMETRI DELLE PARETI ESPOSTE AL SOLE<br />
Materiale<br />
Coeff. a s<br />
radiazione<br />
Coefficiente a<br />
emissività<br />
Rapporto<br />
a s /h 1<br />
solare a 20 ÷ 40 °C<br />
Intonaci imbiancati al latte di 0,15 ÷ 0,25 0,85 ÷ 0,95 0,01<br />
calce<br />
Intonaci con pitture chiare 0,2 ÷ 0,5 0,85 ÷ 0,95 0,01 ÷ 0,025<br />
Intonaci con pitture scure 0,5 ÷ 0,65 0,85 ÷ 0,95 0,025 ÷ 0,035<br />
Mattoni rossi 0,5 ÷ 0,7 0,85 ÷ 0,95 0,025 ÷ 0,035<br />
Cemento, pietra da taglio 0,65 ÷ 0,80 0,85 ÷ 0,95 0,035 ÷ 0,04<br />
Lamiera di alluminio anodizzato 0,10 ÷ 0,20 0,40 ÷ 0,60 0,01<br />
Vernici all’alluminio 0,20 ÷ 0,40 0,40 ÷ 0,60 0,015 ÷ 0,025<br />
Lamiera di acciaio zincato nuova 0,5 ÷ 0,65 0,4 ÷ 0,5 0,03 ÷ 0,04<br />
Lamiera di acciaio ossidato 0,65 ÷ 0,8 0,60 ÷ 0,70 0,035 ÷ 0,045
DETERMINAZIONE DELLA DIFFERENZA DI<br />
TEMPERATURA EQUIVALENTE (CLTD)<br />
1. Si determina l’andamento della temperatura θs alle diverse ore<br />
del giorno. Ossia la θs = θs (t).<br />
2. Si esegue lo sviluppo in serie di Fourier della funzione periodica<br />
θs = θs (t), approssimando la funzione con un polinomio del tipo:<br />
θs = θ0 + θ1 sin (ωt+ψ1) + θ2 sin (2ωt+ψ2) + ...<br />
3. Si determinano infine le temperature equivalenti esterne:<br />
θe equiv. = θ0 + (θ1/ε1) sin (ωt +ψ1 −ϕ1) + (θ2/ε2) sin (ωt +ψ2 −ϕ2) +....<br />
con ω = 2π/24, il tempo t è misurato in ore.
METODO APPROSSIMATO<br />
In modo semplificato, trascurando l’analisi armonica, si può per<br />
un risultato orientativo utilizzare la seguente:<br />
Q = U ⋅ S · {(θ1m− θ2)+ ε · {θs(t−τ) − θ1m}<br />
con θ1m = temperatura media esterna<br />
θs = temperatura al sole<br />
θ2 = temperatura interna.<br />
ε = 0,6 ÷ 0,7 smorzamento per pareti in muratura,<br />
τ = 4 ÷ 6 ore tempo di ritardo per pareti in muratura mediamente<br />
spesse.
VENTILAZIONE DEGLI AMBIENTI<br />
La quantità di aria pulita da immetter in ambiente:<br />
• locali di civile abitazione: 0,5 ÷ 1,0 ricambi/h medi<br />
• locali soggetti ad affollamento: 10 ÷ 12 m 3 /h per persona<br />
⇓<br />
calore sensibile Q1V = 0,29 ⋅ n ⋅ V ⋅ ∆θ<br />
calore latente<br />
600 Kcal/Kg = calore latente di evaporazione,<br />
1,2 Kg/m 3 = densità dell’aria a 20 °C,<br />
y = umidità specifica in g H 2 O/kg aria secca.<br />
Kcal/h<br />
Q2V = 600 ⋅ 1,2 ⋅ n ⋅ V ⋅ ∆y Kcal/h
CALORE GENERATO DALLE PERSONE<br />
Per persone a riposo, sedute o in piedi si può assumere:<br />
• calore sensibile: 50 Kcal/h persona<br />
• calore latente: 70 Kcal/h persona<br />
Inoltre si assumono dei fattori di contemporaneità.
CARICHI TERMICI INTERNI<br />
In mancanza di dati esatti, si assumono i seguenti valori:<br />
Luci: 10 ÷ 12 W/m 2<br />
Computer, fotocopiatrici, macchine ufficio: 20 ÷ 30 W/m 2
Libri.<br />
BIBLIOGRAFIA – PARTE I<br />
Attilio Pianese – Impianti tecnici in Edilizia – Dario Flaccovio<br />
Carlo Pizzetti – Condizionamento dell’aria e refrigerazione – Hoepli<br />
ASHRAE Handbook – Foundamentals.<br />
Libri/Manuali scaricabili da internet<br />
Giuliano Cammarata – Impianti Termotecnici vol. 1– Università di<br />
Catania. Sito internet: http://www.gcammarata.net/<br />
AERMEC – I carichi <strong>termici</strong> <strong>estivi</strong>.<br />
AERMEC – Climatizzazione. Elementi di climatizzazione<br />
condizionamento dell’aria.<br />
Sito internet: http://www.edilportale.com/Climatizzazione/
II PARTE - GLI IMPIANTI AD ARIA<br />
CALCOLO DELLE PORTATE DI<br />
ARIA DI VENTILAZIONE
DEFINIZIONI<br />
Portata di ventilazione G: si intende la portata di aria che<br />
viene condizionata ed immessa attraverso l’impianto di<br />
ventilazione.<br />
Portata di aria esterna G1: è la portata di aria pulita prelevata<br />
dall’esterno pari al 25 ÷ 30 % della portata di aria condizionata.<br />
Portata di ricircolo GR: è la portata prelevata dall’interno, che<br />
viene miscelata con la portata di aria pulita ed inviata all’UTA<br />
(unità di trattamento aria).<br />
Portata di aria pulita G0: da non confondere con G1.<br />
Alla fine del calcolo dovrà risultare G1 ≤ G0 ed inoltre G0 ≈ G1
SCHEMA UNITA’ DI TRATTAMENTO ARIA<br />
θi, yi<br />
GR<br />
θe, ye<br />
G1<br />
θA, yA<br />
θB, yB<br />
G
Ipotesi<br />
IPOTESI - TESI<br />
Calore sensibile da asportare Q1 Kcal/h<br />
Calore latente da asportare Q2 Kcal/h<br />
Condizioni termoigrometriche interne ed esterne, ossia:<br />
- Temperatura θA °C<br />
- Umidità specifica yA g H2O/Kg aria<br />
Tesi<br />
Portata di aria condizionata G m 3 /h<br />
Temperatura aria in uscita dall’UTA θ °C<br />
Umidità specifica aria in uscita dall’UTA y g H2O/Kg aria
EQUAZIONI – CONDIZIONI NECESSARIE<br />
Si utilizzano le seguenti equazioni approssimate:<br />
Q1 = 0,29 ⋅ G ⋅ (θA −θ) Kcal/h (1)<br />
Q2 = 0,6 ⋅ 1,21 ⋅ G ⋅ (yA − y) Kcal/h (2)<br />
Le precedenti equazioni hanno 3 incognite, ammettono quindi<br />
molteplici soluzioni. Dividendo membro a membro si ottiene:<br />
y<br />
θ<br />
A<br />
A<br />
− y<br />
=<br />
−θ<br />
Q<br />
Q<br />
2<br />
1<br />
0,29<br />
⋅<br />
0,6 ⋅1,21<br />
che sul diagramma ASHRAE è l’equazione di una retta<br />
passante per A e di coeff. angolare ∝ Q2/Q1
RAPPRESENTAZIONE 1<br />
C<br />
A<br />
S<br />
B
RAPPRESENTAZIONE 2<br />
B<br />
A
POTENZA DI POST RISCALDAMENTO<br />
La potenza di post riscaldamento Q3 si calcola con l’espressione:<br />
Q3 = 1,21 · G · (i B − i S ) ≅ 1,21 · G · [0,24 (θ B − θ S )] Kcal/h<br />
con 1,21 = densità dell’aria secca a 15 °C (Kg/m 3 )<br />
G = portata di aria (m 3 /h)<br />
(i B − i S ) = differenza di entalpia punti “B ed S” (Kcal/kg aria)<br />
(θ B − θ S ) = differenza delle temperature punti “B ed S” (°C)<br />
La portata G a rigore è riferita all’aria secca. In modo più esatto si può correggere:<br />
G’ = G (1 + y · 29/18)<br />
POTENZIALITA’ FRIGORIFERA TOTALE DI PROGETTO:<br />
Q = Q1 + Q2 + Q3