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I TERMINALI DI IMPIANTO AD
ACQUA TERMOENERGETICA DELL’EDIFICIO
(A.A. 2013-2014)
Prof. Walter Grassi - Ing. Paolo Conti
Introduzione 2
Schema-tipo di un impianto ad acqua
5
3
1 1 2 2
2
1. Emissione (o Erogazione)
2. Regolazione
3. Distribuzione
4. Accumulo
5. Generazione
Decomposizione Fisica
1
4
*Modellazione da
normativa UNI/TS 11300
Lezioni “Termoenergetica dell’edificio”- A.A. 2013-2014 - Prof. Walter Grassi - Ing. Paolo Conti (DESTEC)
Introduzione 3
Bilancio energetico Impianto
Generazione
Accumulo
Distribuzione
Regolazione
Emissione
Utenza
*Ogni sottosistema ha il suo rendimento: 𝜂 =𝑄 𝑜𝑢𝑡
𝑄 𝑖𝑛
Perd
ite f
umi +
ma
ntello
𝜂≈0.85÷1.1
Perd
ite tub
azio
ni
𝜂≈0.95÷1
Perd
ite r
eg
ola
zio
ne
𝜂≈0.95÷1
Perd
ite e
missione
𝜂≈0.9÷1
Energia/Potenza
utile all’ambiente
Ausiliari
elettrici
100
85
Lezioni “Termoenergetica dell’edificio”- A.A. 2013-2014 - Prof. Walter Grassi - Ing. Paolo Conti (DESTEC)
Terminali ad acqua 4
Tipologie più comuni
1. Radiatori
2. Termoconvettori
3. Ventilconvettori (Fancoil)
4. Pannelli radianti
Lezioni “Termoenergetica dell’edificio”- A.A. 2013-2014 - Prof. Walter Grassi - Ing. Paolo Conti (DESTEC)
Radiatori 5
Classificazione Materiale
Ghisa
Acciaio
Alluminio
Forma Elementi
A colonne
A tubi
A piastre
A lamelle
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Radiatori 6
Regolazione
Valvola manuale
Valvola termostatica
Lezioni “Termoenergetica dell’edificio”- A.A. 2013-2014 - Prof. Walter Grassi - Ing. Paolo Conti (DESTEC)
Radiatori 7
Installazione: posizionamento tubazioni
Il rating degli elementi
si effettua con attacchi
come in figura (a):
• Temperatura
«uniforme»
• Isoterme orizzontali
Installazioni come (b) o
(c) diminuiscono la resa
del terminale (5÷10%)
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Termoconvettori 8
Classificazione
Caratteristiche batteria
alettata
Numero
Ranghi
Contenitore (Carter)
A mobiletto
A battiscopa (zoccolo)
A pavimento
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Termoconvettori 9
Regolazione
Valvola manuale
Valvola termostatica
Deflettore in uscita
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Termoconvettori 10
Installazione
Lezioni “Termoenergetica dell’edificio”- A.A. 2013-2014 - Prof. Walter Grassi - Ing. Paolo Conti (DESTEC)
Dimensionamento e prestazioni 11
Bilancio energetico
𝑇𝑤𝑖𝑛
𝑇𝑤𝑜𝑢𝑡
𝑚 𝑤
𝑄
Equazioni caratteristiche 𝑄 = 𝑚 𝑤 ∗ 𝑐 ∗ Δ𝑇𝑤 [W]
𝑄 = 𝑈 ∗ 𝑆 ∗ Δ𝑇 = 𝑈 ∗ 𝑆 ∗ 𝑇 𝑤 − 𝑇𝑎 [W]
Δ𝑇𝑤 = 𝑇𝑤𝑖𝑛− 𝑇𝑤𝑜𝑢𝑡
[K] 𝑇 𝑤 =𝑇𝑤𝑖𝑛
+𝑇𝑤𝑜𝑢𝑡
2 [K]
*Scambiatore di calore con l’ambiente
Lezioni “Termoenergetica dell’edificio”- A.A. 2013-2014 - Prof. Walter Grassi - Ing. Paolo Conti (DESTEC)
Dimensionamento e prestazioni 12
Coefficiente globale di scambio termico
𝑈 =1
𝑍
𝛼𝑎+𝑅𝑐𝑜𝑛𝑑
′ +1
𝛼𝑖𝑛𝑡
[W/m2K]
𝑅𝑐𝑜𝑛𝑑′ : resistenza conduttiva [m2K/W];
𝛼𝑖𝑛𝑡: coefficiente convettivo acqua [m2K/W];
𝑍: rapporto superficie di scambio esterna e interna;
𝛼𝑎: coefficiente convettivo con aria interna [m2K/W].
𝑈 ≈1𝑍
𝛼𝑎
[W/m2K]
𝛼𝑎: coefficiente dipendente da convezione e irraggiamento
𝛼𝑎 = 𝑓 𝑇 𝑤; 𝑇𝑎 = 𝐶 ∗ 𝑇 𝑤 − 𝑇𝑎𝑝 [W/m2K]
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Dimensionamento e prestazioni 13
𝑄 =𝐶
𝑍∗ 𝑇 𝑤 − 𝑇𝑎
𝑝+1 = 𝐾𝑚 ∗ 𝑇 𝑤 − 𝑇𝑎𝑛 [W]
* Equazione normativa UNI EN 442-2:2004
Valori standard
Δ𝑇𝑤 = 10 𝐾
Δ𝑇 = 50/60 𝐾 𝑇𝑤𝑖𝑛= 75/85 𝐾
𝑇𝑎 = 20 °𝐶
n dipende dal tipo di terminale
Tipo di terminale n Meccanismo di trasmissione calore
Radiatori 1,3 Convezione (60%) – Irraggiamento (40%)
Termoconvettori 1,4 Convezione Naturale
Ventilconvettori 1 Convezione Forzata
Pannelli radianti 1,1 Irraggiamento (50%) – Convezione (50%)
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Dimensionamento e prestazioni 14
Esempio: potenza nominale per elemento
Esempio: Calcolo numero di elementi
Fabbisogno locale : 1000 W (da EN 12831)
Temperatura locale: 20 °C
Temperatura media fluido (nominale): 70°C
Numero elementi necessari: ~ 6
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Dimensionamento e prestazioni 15
Valutazione prestazioni in condizioni diverse da quelle nominali (EN 442)
Ipotesi: 𝐾 ; 𝑛 costanti
𝑄
𝑄 𝑛𝑜𝑚=
∆𝑇
∆𝑇𝑛𝑜𝑚
𝑛
Esempio: Calcolo numero di elementi in condizioni di progetto diverse da quelle nominali
Fabbisogno locale : 1000 W (da EN 12831)
Temperatura locale: 20 °C
Temperatura media fluido (di progetto): 60°C
Valore esponente 𝑛: 1,35
Potenza elemento in condizioni di progetto: 121,34
Numero elementi necessari: ~ 9
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Ventilconvettori 16
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Ventilconvettori 17
Classificazione Posizionamento
A pavimento
A parete
A soffitto
A controsoffitto
Tipo di Carter
A mobiletto
A incastro
Numero batterie
Singola batteria (2 tubi)
Doppia batteria (4 tubi)
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Termoconvettori 18
Installazione
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Ventilconvettori 19
Vantaggi Utilizzabili sia per riscaldamento che per il raffrescamento
Temperatura acqua inferiore per il riscaldamento
𝑇 𝑤 ≈ 40 − 45 °𝐶
Ridotta inerzia termica
Svantaggi
Condensa (𝑻𝒘𝒊𝒏= 𝟕 °𝑪 𝑻𝒘𝒐𝒖𝒕
= 𝟏𝟐 °𝑪)
Filtro (Manutenzione)
Rumore (30-50 dB)
Fragilità alette
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Ventilconvettori 20
Regolazione
Controllo velocità ventilatore (controllo lato aria)
Valvole lato acqua (on/off – modulanti)
Commutazione estate/inverno
Termostato di unità
Accensione/spegnimento manuale o controllato dal
termostato di zona
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Ventilconvettori 21
Lezioni “Termoenergetica dell’edificio”- A.A. 2013-2014 - Prof. Walter Grassi - Ing. Paolo Conti (DESTEC)
Dimensionamento – Potenza nominale
Ventilconvettori 22
Dimensionamento – Potenza nominale
Temperature per la valutazione delle prestazioni dei
ventilconvettori secondo la norma UNI EN 1397
Temperatura
bulbo secco aria
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Ventilconvettori - Aerotermi 23
Apparecchi economici per il riscaldamento di locali
non residenziali
Non presentano particolari accorgimenti in termini
di «rumorosità» e/o estetica
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Ventilconvettori - Aerotermi 24
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Ventilconvettori - Aerotermi 25
Installazione
Il posizionamento deve impedire che il flusso d’aria investa
direttamente agli utenti con velocità troppo elevate (v~0.1m/s)
Aerotermi orizzontali
Disposizione perimetrale Disposizione centrale Lezioni “Termoenergetica dell’edificio”- A.A. 2013-2014 - Prof. Walter Grassi - Ing. Paolo Conti (DESTEC)
Ventilconvettori - Aerotermi 26
Installazione
Aerotermi verticali
La sovrapposizione dei
tronchi di coni deve
avvenire ad un altezza
media di riferimento
(altezza persone) Prof. Walter Grassi - Ing. Paolo Conti (DESTEC)
Pannelli radianti 27
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