06_bilanci Ambiente Costruito

BILANCI DI MASSA E DI ENERGIA DELL’AMBIENTE INTERNO

GENERALITÀ• Climatizzazione degli ambienti• ll bilancio di massa del vapore acqueo• Il bilancio di energia

CASISTICA RELATIVA A DIVERSI IMPIANTI DI CLIMATIZZAZIONE • Impianto assente• Riscaldamento invernale• Raffrescamento estivo• Termoventilazione invernale• Condizionamento invernale (impianto a tutt’aria)• Condizionamento estivo (impianto a tutt’aria)• Condizionamento invernale (sistema ibrido)• Condizionamento estivo (sistema ibrido)


CLIMATIZZAZIONE DEGLI AMBIENTI

L’esigenza del comfort ambientale richiede il controllo delle condizioni termoigrometriche (t ,) e della portata d’aria di ventilazione ( ).

Gli impianti ad acqua permettono il controllo della temperatura attraverso l’immissione (o l’estrazione) di una potenza termica (H), il controllo dei ricambi d’aria

am

H

H,vm

ti, iam

U.T.A.

am

ti, i

t*

x*

Gli impianti ad ariasoddisfano tutti i requisiti ambientali attraverso l’immissione di aria esterna sottoposta a opportune trasformazioni (UTA).

attraverso l’apertura delle finestre (ventilazione naturale), l’eventuale umidificazione mediante l’immissione di vapore in ambiente ( ).H,vm


BILANCIO DI MASSA DI ARIA

s

kg 0aexa

ina d

dmmm

skg ex

aina mm

InfiltrazioneIngresso incontrollato di aria esterna attraverso l’involucro edilizio dovuto all’esistenza dipassaggi (fessure, battute,…). Questo fenomeno si verifica per effetto di:- differenza di pressione dell’aria tra ambiente interno ed ambiente esterno, causata dalle

forze di galleggiamento indotte da differenze di temperatura tra esterno ed interno- ventoSi parla di exfiltrazione allorquando l’aria fluisce dall’interno verso l’esterno.

VentilazioneIngresso di aria esterna (verosimilmente più pulita di quella interna) al fine di garantire ilcontrollo della qualità dell’aria interna (IAQ). La ventilazione è definita- naturale quando avviene attraverso aperture (finestre, griglie) per effetto di forze naturali

(galleggiamento, vento);- meccanica quando avviene per effetto di macchine (ventilatori) e con consumo di

energia.


BILANCIO DI MASSA DI VAPORE

H,vmI,vm

aia xm aea xm

x i

= portata in massa di vapore acqueo o di acqua nebulizzataprodotta dalle sorgenti interne [kg/s]

I,vm

= portata in massa di vapore acqueo o di acqua nebulizzataprodotta dall’impianto termico [kg/s]

H,vm

am = portata in massa di aria secca introdotta in ambiente perinfiltrazioni o ventilazione naturale [kg/s]

= titolo dell’aria esterna [kgv/kga]

= titolo dell’aria interna [kgv/kga]

aex

aix

ei

xe

xi

v,iin in va a i v,I v,H a,i

kg0s

ex idm xm x m x m m md

va e i v,I v,H

kg0 s

m x x m m

v

a su i v,I v,Hkg0

sm x x m m

•il carico di ventilazione contiene:

• una quota sensibile (quando la temperatura dell’aria immessa è diversa da quella dell’aria ambiente)

• una quota latente (quando il titolo dell’aria immessa è diverso da quello dell’aria ambiente).

Occorre distinguere tra carichi termici sensibili e latenti.

In particolare:

• gli apporti interni contengono una quota sensibile ed una latente

CARICHI SENSIBILI E LATENTI


I v,II,v hm I,s I,l I,s

aia hm

aea hm ti, x i

HS I,s

T

e

i

v,II,v hm v,HH,v hm

PRODUZIONE TERMICA DEL CORPO UMANO


Emissione Temperatura ambiente (°C)Attività termica 15 20 22 24 26

(W)sens.(W)

lat.(W)

sens.(W)

lat.(W)

sens.(W)

lat.(W)

sens.(W)

lat.(W)

sens.(W)

lat.(W)

Seduto 115 100 15 90 25 80 35 75 40 65 50Lavoro in ufficio 140 110 30 100 40 90 50 80 60 70 70In cammino 160 120 40 110 50 100 60 85 75 75 85Lavoro leggero 235 150 85 130 105 115 120 100 135 90 155Lavoro medio 265 160 105 140 125 125 140 105 160 90 175Lavoro pesante 440 220 220 190 250 165 275 135 305 105 335

2534Q m L

v

g/h 57 360010102534

40 m 33v

per determinare la portata di vapore acqueo prodotto alle diverse temperature e in diverse condizioni di metabolismo si può scrivere:

dove 2534 kJ/kg è il valore assunto per l’entalpia del vapore a temperatura ambiente

20 °C, in condizioni di lavoro di ufficio

hg

hs

kgg

J/kgW

[ ]

mv

BILANCIO TERMICO SENSIBILE


Si distingue tra:

• metodi che risolvono l’equazione di bilancio termico convettivodell’aria in ambiente e le equazioni di bilancio termicoconduttivo, convettivo e radiante di tutte le superfici a contattocon l’aria interna (air heat balance);

• metodi che assumono il carico termico globale come sommadei carichi termici prodotti separatamente dalle diversesollecitazioni subite dall’ambiente: temperatura esterna,radiazione solare, sorgenti interne, ventilazione (metodisemplificati).

BILANCIO DI ENERGIA


h

h

CARICO TERMICO SENSIBILE(ESCLUSA LA VENTILAZIONE) HI,sST

CARICO TERMICO LATENTE(ESCLUSA LA VENTILAZIONE) hmhm v,HH,vv,II,v

CARICO DI VENTILAZIONE hmhm iaea

h

= entalpia specifica del vapore acqueo o di acqua nebulizzata prodottadalle sorgenti interne [kJ/kg]

= entalpia specifica del vapore acqueo o di acqua nebulizzata prodottadall’impianto termico [kJ/kg]

= entalpia specifica ‘aria esterna [kJ/kg]

= entalpia dell’aria interna [kJ/kg]

hv,I

v,H

e

i

aia hm

aea hm ti, x i

HS I,s

T

e

i

v,II,v hm v,HH,v hm

BILANCIO DI ENERGIA SENSIBILE


Op

WIs

H

S

PT

a a e i T S I,s H 0 kW m c t t

a a su i T S I,s H 0 kW m c t t

Nel caso di ventilazione con aria esterna:

Nel caso di ventilazione con aria trattata:

s a a e i T S I,s kW m c t t

Carico termico sensibile:

T = flusso termico per trasmissione attraverso le superfici di confine [W]

S = flusso termico per trasmissione diretta della radiazione solare attraverso i componenti trasparenti [W]

I,s = flusso termico sensibile dovuto alle sorgenti interne [W]H = flusso termico sensibile prodotto dall’impianto termico [W]

Op = flusso termico trasmesso attraverso i componenti opachi [W]W = flusso termico trasmesso attraverso i componenti trasparenti

[W]PT= flusso termico trasmesso attraverso i ponti termici [W]

COMPONENTI DELLE DISPERSIONI TERMICHE


PTWOpT

Op

WIs

H

S

PT

Bilancio di massa

Bilancio di energia


CONDIZIONI INVERNALI

• te < ti, he < hi

• T, Op, W, PT <0

• H > 0,

CONDIZIONI ESTIVE

• te > ti, he > hi

• T, Op, W, PT >0

• H < 0,

0H,vm

0H,vm

0

0

v,HH,vv,II,v

Hs,ISPTWOpisua

H,vI,visua

hmhmhhm

mmxxm

0

0

v,HH,vv,II,v

Hs,ISPTWOpiea

H,vI,viea

hmhmhhm

mmxxm

BILANCI DI MASSA E DI ENERGIA DELL’AMBIENTE INTERNOAMBIENTE NON CLIMATIZZATO

= 0 H = 0

te

ti

T

si trascurano i termini impiantistici

SI,s

mv,H

va i e v,I

kg s

m x x m

a a i e T S I,s kW m c t t

BILANCI DI MASSA E DI ENERGIA DELL’AMBIENTE INTERNORISCALDAMENTO INVERNALE

ca = calore specifico della massa di aria secca introdotta in ambiente [J/kgK]

apporti solaricarico termico invernale dispersioni termiche per

ventilazione Vdispersioni termiche per

trasmissione

apporti internisensibili

T < 0 H > 0 (ambiente riscaldato)

te

ti

H

T

si trascura il carico termico latente

iett

0tt Hs,ISTieaa cm

Ss,IeiaaTH cm tt

SI,s

H T V S I,s kW



RAFFRESCAMENTO ESTIVO

S > 0 , I,s > 0 (presenza di carichi termici interni e solari)

T > 0 H < 0 (ambiente raffrescato)

T

T I,s

H

S

carico termico estivo apporti per

ventilazioneapporti per trasmissione termica

apporti internisensibili

apporti solari

ie tt

0tt HSs,ITieaa ΦΦΦΦcm

Ss,IieaaTH cm tt

T< 0 H = 0

am è introdotta ad una temperatura tsu> ti per bilanciare le dispersioni termiche dell’ambiente


TERMOVENTILAZIONE INVERNALE

ti

te

tsuU.T.A.

U.T.A. = Unità di Trattamento Aria


ie tt

0tt Ss,ITisuaa cm

Ss,ITisuaa cm tt

BILANCI DI MASSA E DI ENERGIA DELL’AMBIENTE INTERNO CONDIZIONAMENTO INVERNALE

(impianto a tutt’aria)

si considera il carico termico latente

T< 0 H = 0

am è introdotta ad una temperatura tsu > ti e ad una umidità specifica xsu < xi per bilanciare le dispersioni termiche e la produzione di vapore acqueo in ambiente

texehe

U.T.A.tsuxsu hsu

tixihi

iett

00

I,visua

V,II,vs,ISTisua

m)xx(mhm)hh(m

I,v

V,II,vs,IST

isu

isu

mhm

xxhh

xh

v,Ii su

a

mx x x

m

v,I v,I T S I,si su

a

m hh h h

m

T> 0 H = 0


am è introdotta ad una temperatura tsu< ti e ad una umidità specifica xsu < xi per bilanciare le dispersioni termiche e la produzione di vapore acqueo dell’ambiente


CONDIZIONAMENTO ESTIVO (impianto a tutt’aria)

texehe

U.T.A.tsuxsu hsu

tixihi

00

I,vi*a

v,II,vs,ISTisua

m)xx(mhm)hh(m

I,v

v,II,vs,IST

i*

isu

mhm

xxhh

xh

ie tt

0

t i

t su

I

x Ix su

100%

su

su


T < 0 H > 0

La potenza termica del corpo scaldante bilancia le dispersioni termiche a meno del carico termico latente e degli apporti gratuiti

produzione di vapore acqueo dell’umidificatore per bilanciare la carenza di vapore acqueo in ambiente


CONDIZIONAMENTO INVERNALE (sistema ibrido:corpo scaldante ad acqua ed umidificatore locale)

te, x e

ti , x i

H

H,vm

I,vm

ie tt

00

H,vI,viea

v,HH,vv,II,vHs,ISTiea

mm)xx(mhmh m)hh(m

I,veiaH,v

v,HH,vv,II,vs,ITeiaHH

m)xx(mmhmhm)hh(m

S > 0 I > 0


T > 0 H < 0

il corpo raffrescante bilancia il carico termico totale (anche nel caso di h*e = hi)

l’”aria primaria” bilancia la produzione di vapore acqueo in ambiente


CONDIZIONAMENTO ESTIVO (sistema ibrido:corpo raffrescante [ventilconvettore] e “aria primaria”)

texe he

U.T.A.tsuxsu hsu

tixi hi

ventilconvettore

ie tt

00

H,vI,visua

v,HH,vv,II,vHs,ISTisua

mm)xx(mhmhm)hh(m

I,vsuia

v,II,vs,ISTi*aHH

m)xx(mhm)hh(m

06_bilanci Ambiente Costruito

Documents

Transcript of 06_bilanci Ambiente Costruito