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Impianti di Climatizzazione e Condizionamento

IMPIANTI DI RISCALDAMENTO: CRITERI DIIMPIANTI DI RISCALDAMENTO: CRITERI DI PROGETTO

Prof. Cinzia Buratti

DEFINIZIONEUn impianto di riscaldamento è quel complesso di elementi eUn impianto di riscaldamento è quel complesso di elementi edi apparecchiature atti a realizzare e mantenere indeterminati ambienti valori della temperatura maggiori dideterminati ambienti valori della temperatura maggiori diquelli esterni.C t di t ll l l t t d ll’ i ll’ bi tConsentono di controllare solo la temperatura dell’aria nell’ambienteriscaldato; non sono controllate l’umidità relativa (che tende a diminuireall’aumentare della temperatura dell’aria), la temperatura media radiantep ), p(anche se, col passare del tempo, la differenza di temperatura tra le paretie l’aria tende a diventare trascurabile) e la velocità dell’aria.

COMPONENTI PRINCIPALI:• elementi terminali o corpi scaldanti;elementi terminali o corpi scaldanti;

• rete di distribuzione dell’acqua calda;vaso di espansione;• vaso di espansione;

• pompa di circolazione;• generatore di calore.

Gli impianti di riscaldamento possono essere classificati in due ti l itipologie:

• impianti centralizzati;•impianti autonomi.

L’acqua presente nella rete di distribuzione circola, per mezzodi una pompa all’interno del generatore di calore dove vienedi una pompa, all interno del generatore di calore, dove vienescaldata ed inviata agli elementi terminali che scambiano calorecon l’aria ambiente mantenendone la temperatura al valore dicon l’aria ambiente, mantenendone la temperatura al valore diprogetto.Il vaso di espansione presente nel circuito serve ad assorbire ledilatazioni termiche dell’acqua dalle condizioni di volumeqminimo, ad impianto spento, a quelle di volume massimo, adimpianto accesoimpianto acceso.

ELEMENTI TERMINALI

Hanno il compito di fornire all’ambiente da riscaldare l’energiap gtermica necessaria a soddisfare il carico termico.Negli impianti di riscaldamento i tipi di elementi terminali sono:g p p

radiatori;ventilconvettori;ventilconvettori;pannelli radianti.

I radiatori sono ancora gli elementi terminali più diffusi; sono

Radiatori

I radiatori sono ancora gli elementi terminali più diffusi; sonoalimentati quasi esclusivamente ad acqua calda, con unatemperatura di ingresso di circa 75÷85°Ctemperatura di ingresso di circa 75÷85 C.I radiatori scambiano calore principalmente per irraggiamento ed in

i i imisura minore per convezione.

Radiatori

L’installazione ottimale è sotto le finestre o lungo le pareti esterne.

Vantaggi:−buone condizioni di benessere termoigrometrico, limitando ilfenomeno dell’asimmetria radiante bilanciando il flusso termico

gg

fenomeno dell asimmetria radiante, bilanciando il flusso termicoverso superfici fredde (le finestre);

−si contrastano gli effetti delle correnti che si formano in prossimitàdelle superfici fredde (finestre o pareti esterne) sfruttando le stessedelle superfici fredde (finestre o pareti esterne) sfruttando le stessecorrenti per aumentare lo scambio termico per convezione;

−si sfrutta lo spazio disponibile sotto le finestre, dove di solito nonsono collocati altri complementi di arredo.

RadiatoriSvantaggi:ggpresenza di superfici radianti a temperatura diversa da quelladell’aria: queste possono dar luogo ad asimmetria radiante e allaq p gcombustione del pulviscolo per effetto delle elevate temperature conconseguente annerimento della parete al di sopra del radiatoreconseguente annerimento della parete al di sopra del radiatore.

In base al materiale con cui sono costruiti possono essere classificatinei seguenti tipi: in ghisa, in acciaio, in alluminio.

GHISAModulari con elementi a colonne o piastre di conseguenza si possono

realizzare corpi scaldanti di potenzialità adeguata alle esigenze

GHISA

p p g gdell’ambiente in cui devono essere installati; resistenti alla corrosione conuna vita utile molto lunga.

S lt ti h ’ l t i i t i d l tSono molto pesanti e e hanno un’elevata inerzia termica: da un lato,l’ambiente si mantiene caldo per un certo periodo di tempo dopo lospegnimento dell’impianto, dall’altro, la temperatura interna dell’ambiente sip g p , , pporta a regime con un ritardo superiore rispetto al caso in cui si impieghinoradiatori in acciaio o alluminio.

Disegno schematico di un radiatore in ghisa.

RadiatoriACCIAIOACCIAIOSono costituiti da elementi saldati (piastre, lamelle, colonne), pertanto

non sono componibili ma le proprietà meccaniche dell’acciaio permettononon sono componibili ma le proprietà meccaniche dell acciaio permettono

la realizzazione di radiatori di forme e dimensioni tali da risultare più leggeri

e meno costosi rispetto a quelli in ghisa.

Lo svantaggio principale è che sono soggetti a corrosione pertanto hanno

ALLUMINIO

una vita utile più breve rispetto a quelli in ghisa.

ALLUMINIO

Si caratterizzano per la leggerezza e la resistenza alle corrosioni esterne;sono costituiti da elementi componibili realizzati per estrusione opressofusione e assemblati tramite nipples.

Sono leggermente più costosi rispetto ai radiatori in acciaio e possonoessere soggetti a corrosioni interne nel caso in cui l’acqua sia troppoaddolcita; hanno un’inerzia termica molto bassa.

VentilconvettoriSono costit iti da n carter metallico contenente n filtro naSono costituiti da un carter metallico contenente un filtro, una

batteria alettata rame-alluminio e un ventilatore a più velocità.

Normalmente la struttura esterna è di forma parallelepipeda eprovvista di due aperture: una in basso per l'ingresso dell'aria dariscaldare ed una in alto per la fuoriuscita dell'aria caldariscaldare ed una in alto per la fuoriuscita dell aria calda.

Se è presente un sistema per la raccolta della condensa, iltil tt ò i i t h il ff tventilconvettore può essere impiegato anche per il raffrescamento.

Sono commercializzati nel modello verticale (a pavimento) e nelmodello orizzontale (a soffitto), con o senza mobiletto.

Possono funzionare a tutt’aria di ricircolo oppure mediante unaserrandina che consente l'immissione di aria esterna fino ad unserrandina che consente l immissione di aria esterna, fino ad un30% circa della portata totale.

Schema costruttivo di un ventilconvettore.

Ventilconvettori ed areotermi

Il flusso d’aria, spinto dal ventilatore, investe la batteria alettatariscaldandosi (o raffreddandosi nel caso estivo) per convezione( ) pforzata. La potenza termica qc scambiata è pari a:

( )aOHcc TThSq2

−⋅⋅=

dove:t t i bi t (W)qc = potenza termica scambiata (W);

S = superficie di scambio termico (m2);h ffi i l b l di bi i ihc = coefficiente globale di scambio termico per convezione

(W/m2K);TH2O = temperatura media dell’acqua all’interno della batteria (K);Ta = temperatura dell’aria all’ingresso al ventilconvettore (K).

Ventilconvettori

Lavorano con temperature dell’acqua inferiori rispetto ai radiatoriLavorano con temperature dell acqua inferiori rispetto ai radiatori,dell’ordine di 40-60 °C.

Vantaggi:

• possono essere alimentati con acqua calda dai collettori solari;

• le perdite di calore lungo la rete di distribuzione sono più basse;• le perdite di calore lungo la rete di distribuzione sono più basse;

• non si ha formazione di zone nere sulla superficie della parete;

• possono essere impiegati per il raffrescamento estivo;

lt t i i tt i di t i• a volte sono meno costosi rispetto ai radiatori.

Si b ll t i i i di f i t d i til tt i

Aerotermi

Si basano sullo stesso principio di funzionamento dei ventilconvettori, ma hanno minore capacità di regolazione.

Sono costituiti da batterie di tubi alettati attraversate da flussi di aria mossi da ventilatori.

Caratteristiche: basso costo, molto rumorosi ed elevate potenzialità.

a) b)

Schema costruttivo di un aerotermo a proiezione orizzontale (a) e verticale (b).

Pannelli radianti

Sono superfici molto estese che scambiano calore perirraggiamento; possono essere realizzati come parte integrantegg ; p p gdelle strutture oppure costruiti separatamente e poi installatinell’ambiente da riscaldarenell ambiente da riscaldare.

Nel primo caso si tratta di soluzioni in cui il corpo scaldante è parte dello stesso circuito di distribuzione del fluido termovettore; infatti le parti terminali delle tubazioni del circuito sono annegate nella struttura del pavimento, delle pareti o del soffitto, e cedono p , p ,calore per radiazione alle pareti affacciate sul locale riscaldato.Tra questi i più comuni sono gli impianti a pavimento radianteTra questi i più comuni sono gli impianti a pavimento radiante,

con tubazioni in materiale plastico poste al di sopra di uno strato di materiale isolante e ricoperte dal massetto e dal pavimento.

Esempio di pannello radiante a pavimento.

Pannelli radianti

Devono essere alimentati con acqua a temperature di 28 35 °C; aDevono essere alimentati con acqua a temperature di 28-35 °C; atemperature superiori i pannelli procurano sensazioni di malessere.

Vantaggi:•buone condizioni di benessere, evitano la formazione di discontinuità e disuniformità di temperatura;• non formano correnti d’aria; • evitano la combustione del pulviscolo atmosferico;• sono abbinabili a tecnologie per il risparmio energetico (collettori solari, caldaie a condensazione, ecc.);, );• assenza di elementi terminali.

Svantaggi:• costosi;

l i li t l’i t ll i• personale specializzato per l’installazione; • in caso di guasto occorre rimuovere il pavimento per la riparazione.

Pannelli radiantiSe impiegati per il raffrescamento estivo devono essere accompagnati da unSe impiegati per il raffrescamento estivo, devono essere accompagnati da unsensore anticondensa che controlli la temperatura superficiale del pavimento,f d i d h i t i ll t t difacendo in modo che si mantenga sempre superiore alla temperatura dirugiada dell’aria ambiente.

I pannelli indipendenti dalle strutture sono costituiti da griglie ditubi sulle quali sono saldate inferiormente piastre metalliche esuperiormente sono posti degli strati di materiale isolante perp p g pevitare la dispersione termica verso il soffitto.

Sono installati in ambienti ampi dove è necessario creare zone aSono installati in ambienti ampi, dove è necessario creare zone a temperatura diversificata (capannoni, officine, saloni espositivi).

Sono alimentati con fluidi molto caldi, acqua a 80÷90 °C o fumi, qcaldi a temperature di 150÷180 °C: sono posizionati incorrispondenza di soffitti alti (altezza superiore ai 4÷5 m), così dacorrispondenza di soffitti alti (altezza superiore ai 4 5 m), così daevitare che possano verificarsi contatti accidentali.

Esempio di pannello radiante a soffitto (Temperierung)Esempio di pannello radiante a soffitto (Temperierung).

In genere sono corpi scaldanti molto rudimentali, poco costosi e presentano il vantaggio di riuscire ad emettere un’elevata potenza termica per unità divantaggio di riuscire ad emettere un elevata potenza termica per unità di superficie; inoltre, poiché lo scambio termico avviene per irraggiamento, grazie alla loro conformazione è possibile concentrare la potenza termica emessa in

b d fi it t ll d iù h l t t d ll’ i li bi di ti izone ben definite, controllando più che la temperatura dell’aria, gli scambi radiativi col soggetto e garantendo comunque un benessere termico.

Andamento verticale della temperatura con diverse tipologie di elementi terminali.

DIMENSIONAMENTO

Il dimensionamento degli elementi terminali è sviluppato con l’ausilioIl dimensionamento degli elementi terminali è sviluppato con l ausiliodei cataloghi delle ditte produttrici dove sono riportati i datinecessari ai calcoli: potenza termica sviluppata perdite di cariconecessari ai calcoli: potenza termica sviluppata, perdite di caricoimputabili all’elemento, portata del fluido termovettore, temperatured’esercizio.

Conoscendo le dimensioni del locale servito e calcolando il contributo

dei di ersi carichi termici è possibile ottenere na prima stima s lladei diversi carichi termici, è possibile ottenere una prima stima sulla

potenza termica richiesta in ambiente.

DIMENSIONAMENTO

Nelle schede tecniche degli elementi terminali fornite dai costruttori, in basell tt i ti h di t i ll i d l l l i i di idalle caratteristiche di potenza prossime alle esigenze del locale, si individua

preliminarmente la tipologia di corpo scaldante:

- per i radiatori sono fornite le potenze termiche rese da ciascunelemento, pertanto si determina il numero di elementi dividendo lapotenza richiesta per la potenza di ciascun elemento e arrotondandopotenza richiesta per la potenza di ciascun elemento e arrotondandoall’intero superiore; le rese sono riferite a valori stabiliti del ΔT tra acquanel radiatore e aria ambiente e possono essere appositamente correttip ppper valori diversi;−- per i ventilconvettori sono fornite la potenza termica e frigoriferaglobalmente rese da diversi modelli nelle diverse taglie basta selezionareglobalmente rese da diversi modelli nelle diverse taglie, basta selezionareil modello di taglia pari (se disponibile) o appena superiore a quellarichiesta in ambiente;;−- per i pannelli radianti sono fornite le potenze termiche rese per unitàdi superficie al variare del diametro e dell’interasse delle tubazioni, èsufficiente individuare e selezionare la configurazione la cui potenzasufficiente individuare e selezionare la configurazione la cui potenza,moltiplicata per la superficie dell’ambiente, fornisce la potenza richiesta.

DIMENSIONAMENTO

Per il dimensionamento dell’elemento si considera la potenza termicanominale riferita alla differenza tra la temperatura media dell’acquanell’elemento terminale e la temperatura ambiente (ΔT); ΔT è un valorefissato, pari a 50°C, ma lo si può ottenere anche mediando il valore ditemperatura dell’acqua in ingresso e quello in uscita dall’elementoterminale (ad esempio per i radiatori TH20 in = 85 °C; TH20 out = 75 °C; TH20

media = 80°C; Ta = 20 °C, ΔT = 60 °C).

Per ΔT diversi da quello di riferimento, la potenza dell’elemento (Q) si ricava mediante la relazione seguente:

nm TKQ Δ⋅=

dove Km [W/°C] e n sono coefficienti il cui valore è tabulato nei dati tecnicidel singolo modello.del singolo modello.

DIMENSIONAMENTO

Noto il carico termico Q del locale e determinato il ΔT, si calcola la portatadi fluido necessaria ad alimentare il corpo scaldante mediante la seguentedi fluido necessaria ad alimentare il corpo scaldante mediante la seguenterelazione:

QO2HO2HO2H T

QgΔ⋅ρ⋅γ

= (m3/s)

dove:g = portata di acqua (m3/s);g p q ( );Q = potenza termica richiesta in ambiente (kW);γH2O = calore specifico dell’acqua, (kJ/kg °C);γH2O p q ( g )ρH2O = densità dell’acqua, (kg/m3);ΔTH2O= differenza tra la temperatura dell’acqua in ingresso e in uscitaH2O

dall’elemento scaldante (°C) (5 ÷ 20 °C).

DIMENSIONAMENTO

La potenza termica Q in realtà deve essere corretta calcolando ilcosiddetto fattore di resa di ogni corpo scaldante in base alle diversecosiddetto fattore di resa di ogni corpo scaldante, in base alle diversetipologie.La potenza termica scambiata effettivamente con l’ambiente nelleLa potenza termica scambiata effettivamente con l ambiente nellecondizioni di funzionamento può essere infatti calcolata mediante laseg ente rela ioneseguente relazione:

FQQ nomeff ⋅=dove:Qeff= potenza termica effettiva (W);eff p ( )Qnom= potenza termica nominale (W);F =fattore correttivo globale (adimensionale).g ( )

Il fattore correttivo computa in sé una serie di contributi identificabili in diverserelazioni, a seconda che ci si trovi a dimensionare radiatori, ventilconvettori oaerotermi.

RETE DI DISTRIBUZIONE

I principali fluidi termovettori impiegati nella distribuzione del calorep p p gsono acqua e aria; l’acqua presenta dei vantaggi che ne fannogeneralmente il vettore preferito a tale scopo: ha un caloreg p pspecifico superiore di quattro volte rispetto a quello dell’aria (γH2O =4 186 kJ/kg K γ = 1 004 kJ/kg K) e ha un coefficiente di4.186 kJ/kg K, γa 1.004 kJ/kg K) e ha un coefficiente diconvezione più elevato.

Tubazioni: tipologie e dimensionamento

Sono generalmente realizzate in rame, acciaio o plastica.


Vantaggi del rame: marcata manovrabilità e lavorabilità (piegatura a

mano) e la possibilità di trovare in commercio anche tubi con diametri

ridotti Sono impiegate quasi esclusivamente laddove sono necessariridotti. Sono impiegate quasi esclusivamente laddove sono necessari

piccoli diametri delle tubazioni (inferiori a 20 mm).

La possibilità di adattare le tubazioni in rame alle esigenze

dell’edificio consente una riduzione dei pezzi speciali; quandop p ; q

necessari, i raccordi sono realizzati in bronzo, per poi essere saldati

l di t b tal rame mediante brasatura

Svantaggi: soprattutto negli ultimi anni il costo ha subito un

innalzamento considerevole, (possibilità di riciclo della materia prima)., (p p )


Per le tubazioni di diametro superiore a 20 mm in genere si usa

l’acciaio, per il quale risulta più agevole la realizzazione di pezzil acciaio, per il quale risulta più agevole la realizzazione di pezzi

speciali.

T i di i ti i di i i ll ld t è d it i ilTra i diversi tipi di acciaio, quello senza saldature è da ritenersi il

migliore a scopi impiantistici; per curve, angoli, raccordi, sono in

commercio appositi pezzi speciali da installarsi con filettatura

(richiusa con teflon) o saldatura(richiusa con teflon) o saldatura.

Per il dimensionamento delle tubazioni si ricorre a diagrammi chePer il dimensionamento delle tubazioni si ricorre a diagrammi che

legano le portate e le perdite di carico alla velocità e al diametro

delle tubazioni.


Per ottenere il massimo trasferimento di energia termica con il

minimo diametro, si aumenta la velocità: come conseguenza

a mentano le perdite di carico e la pre alen a richiesta alla pompaaumentano le perdite di carico e la prevalenza richiesta alla pompa.

Si cerca pertanto una soluzione in grado di ottimizzare le opposte

esigenze e, lavorando a favore di sicurezza, nella pratica impiantistica

si impiegano come dati di ingresso al diagramma i seguenti:

perdite di carico inferiori a 150 Pa/m;perdite di carico inferiori a 150 Pa/m;

velocità inferiori a 1 ÷ 1.5 m/s.

Per portate <10 m3/h si predilige come parametro la perdita di

carico; oltre tale valore si usa la velocitàcarico; oltre tale valore si usa la velocità.

a) b)

Diagramma portata - perdite di carico per tubazioni in acciaio a), in rame b).


Una volta determinata la portata “g” si entra in un diagramma deltipo di quelli appena visti; a seconda della tipologia di tubazione etipo di quelli appena visti; a seconda della tipologia di tubazione eassegnando il valore della perdita di carico o di portata sideterminano il diametro equivalente e la velocitàdeterminano il diametro equivalente e la velocità.Note le quattro grandezze per ogni tratto di tubazione, il circuito è dimensionato; il calcolo della perdita di carico totale, necessario al dimensionamento della pompa, si effettua individuando il circuito più sfavorito ed impiegando la relazione:

n∑ ⋅==1i

diid RLR (Pa)

in cui:in cui:Rd = perdita di carico distribuita del circuito più sfavorito (Pa);Li = lunghezza del tratto i-esimo del circuito più sfavorito (m);Rdi = perdita di carico per unità di lunghezza del tratto i-esimo del circuito

più sfavorito (Pa/m).

Tubazioni: tipologie e dimensionamentoLe perdite di carico concentrate sono dovute ad irregolarità

presenti all’interno della tubazione, che causano una riduzione del

carico. Irregolarità tipiche sono: brusche variazioni di sezione,

curve gomiti giunzioni valvole e in generale la presenza dicurve, gomiti, giunzioni, valvole e in generale la presenza di

qualunque apparecchiatura attraversata dal fluido.

Le perdite di carico concentrate si trovano tabulate in abachi e

possono essere fornite sia direttamente, come caduta di pressione,p , p ,

sia come lunghezza equivalente Leq.

Lunghezza di un tratto di tubazione lungo cui si ha perdita di

carico distribuita uguale a quella prodotta dalla discontinuità in

esameesame.

Diametro tubazione(in pollici) Gomito a 90° Curva a 90° Curva a 180° Cambi di

direzione

½ 0 48 0 30 0 76 0 91½ 0.48 0.30 0.76 0.91

¾ 0.61 0.42 0.98 1.2

1 0.79 0.51 1.2 1.5

1 ¼ 1.0 0.70 1.7 2.1

1 ½ 1.2 0.80 1.9 2.4

2 1.5 1.0 2.5 3.02 1.5 1.0 2.5 3.0

2 ½ 1.8 1.2 3.0 3.6

3 2.3 1.5 3.6 4.6

3 ½ 2.7 1.8 4.6 5.4

4 3.0 2.0 5.1 6.4

5 4.0 2.5 6.4 7.6

6 4.9 3.0 7.6 9.1

8 6.1 4.0 10.4 10.7

10 7 7 4 9 12 8 15 210 7.7 4.9 12.8 15.2

12 9.1 5.8 15.3 18.3

14 10.4 7.0 16.8 20.7

16 11.6 7.9 18.9 23.8

18 12.8 8.8 21.4 26.0


n

La perdita di carico concentrata totale del tratto più sfavorito è data da

∑ ⋅==1i

ieqic RLR (Pa)

in cui:cuRc = perdite di carico concentrate del circuito più sfavorito;Leqi = lunghezza equivalente dell’i-esima discontinuità presente nel tratto

iù f it ( )più sfavorito (m);Ri = perdita di carico per unità di lunghezza del tratto i-esimo sul quale si

trova la discontinuità in esame (Pa/m).t o a a d sco t u tà esa e ( a/ )

La perdita di carico totale del circuito si determina infine sommando leperdite di carico ripartite e quelle concentrate:

RRR += (Pa)cdtot RRR += (Pa)

Collettori: tipologie e dimensionamento

I collettori sono tratti di condotto che servono a distribuire e araccogliere i fluidi di più circuiti.Si distinguono in collettori di zona e collettori principali.

Per il dimensionamento non esistono formule

generali, poiché entrano in gioco numerosi

fattori; è bene prevedere sezioni abbondantip

delle tubazioni che si raccordano: sezioni

eccessivamente piccole potrebbero provocareeccessivamente piccole potrebbero provocare

ripartizioni di fluido non omogenee.

Schema di un collettore di distribuzione

I collettori di zona sono collettori interni che collegano la rete principale diCollettori: tipologie e dimensionamento

I collettori di zona sono collettori interni che collegano la rete principale didistribuzione ai vari elementi terminali.Sono realizzati in ottone ma esistono anche in rame o in lega di alluminioSono realizzati in ottone, ma esistono anche in rame o in lega di alluminioe sono a loro volta suddivisi in:−- ciechi: con un’estremità chiusa e l’altra predisposta per l’attacco delleciechi: con un estremità chiusa e l altra predisposta per l attacco delletubazioni; hanno un numero variabile di derivazioni maschio/femmina concui raccordare gli elementi terminali;cui raccordare gli elementi terminali;−- semplici: hanno entrambe le estremità aperte e sono componibili traloro per sistemi di complessità variabile; hanno un diverso numero dip p ;derivazioni maschio/femmina per il raccordo agli elementi terminali;−- complanari (verticali o orizzontali): costituiti da un doppio condottop ( ) ppciascuno con il proprio asse giacente sullo stesso piano dell’altro; daciascun condotto si diramano un numero variabile di derivazionimaschio/femmina per il raccordo agli elementi terminali;−- con valvole di intercettazione: stesse caratteristiche dei collettorisemplici, ma ciascuna derivazione è dotata di una valvola per laregolazione del flusso.

Collettori: tipologie e dimensionamento

I collettori principali sono detti anche di centrale, perché sono installatisoprattutto nelle centrali termiche e frigoriferesoprattutto nelle centrali termiche e frigorifere.

Possono essere:Possono essere:−- a condotti indipendenti: il fluido caldo e il fluido freddo scorrono in tubi

diversi;diversi;−- a condotti coassiali: il fluido caldo e il fluido freddo scorrono in uno

stesso tubo, opportunamente separati ed isolati;, pp p ;−- con attacchi centrali: i tubi di alimentazione del fluido termovettore

provenienti dal generatore sono raccordatigortogonalmente rispetto all’asse del collettore;

−- con attacchi laterali: i tubi di alimentazione del fluido termovettore sonoraccordati longitudinalmente rispetto all’asse delcollettore.

Vaso di espansione: tipologie e dimensionamento

Nelle reti di distribuzione dell’acqua calda è necessario inserire un vaso diespansione, un dispositivo che serve ad assorbire la variazione di volumedell'acqua causata dall'aumento di temperatura, permettendo il correttofunzionamento di un impianto di riscaldamento in tutte le sue fasi operativeed evitando sovrapressioni che potrebbero danneggiare l’impianto stesso.

Il D.M. 1-12-1975 e le norme ISPESL raccolta R 82 prevedono per ilcalcolo del volume del vaso di espansione l’uso della seguente relazione:

( )( ) )m(

P/P1eeVV 3

FI

00v −

−⋅= ( )FI

dove:Vv = volume del vaso di espansione (litri);V = contenuto di acqua nell’impianto (litri);V0 = contenuto di acqua nell’impianto (litri);e = coefficiente di espansione dell’acqua alla temperatura finale;e0 = coefficiente di espansione dell’acqua alla temperatura iniziale;0 p q p ;PI = pressione assoluta di carica vaso (bar);PF = pressione assoluta massima di esercizio del vaso (bar).


Schema di un vaso di espansione a membrana e modalità di funzionamento alvariare della temperatura dell’acqua


I valori di e ed e0 sono tabulati, PF è data dalla somma algebrica di

due termini la pressione di taratura della valvola di sicurezza (PVS) e ladue termini, la pressione di taratura della valvola di sicurezza (PVS) e la

pressione corrispondente al dislivello tra vaso di espansione e valvola

( )di sicurezza (PΔH).

Ad esempio: sottoponendo l’acqua ad un ΔT = 70°C, si osserva un

aumento di volume di circa il 3%.

Il dimensionamento del vaso di espansione si determina considerandoIl dimensionamento del vaso di espansione si determina considerando

il volume totale di acqua presente nell’impianto (tubazioni, caldaia,

elementi terminali) e applicando al valore ottenuto dalla percentualeelementi terminali) e applicando al valore ottenuto dalla percentuale

un’ulteriore maggiorazione, come fattore cautelativo.

P i i

Vaso di espansione: tipologie e dimensionamento Posizionamento

Nel punto più alto dell’impianto (vaso aperto) in cui l’acqua arrivaNel punto più alto dell impianto (vaso aperto), in cui l acqua arrivaattraverso un tubo di sicurezza. Il vaso deve avere una capacità utile noninferiore al volume di espansione dell’acqua ed essere dotato di una

i il l b di f di i Si diprotezione contro il gelo, un tubo di sfogo e uno di troppo pieno. Si tratta disistemi ultimamente abbandonati, anche se il loro impiego è ancoraobbligatorio in impianti che bruciano combustibili solidi;obbligatorio in impianti che bruciano combustibili solidi;Vantaggi: facilità di installazione.Svantaggi: difficoltà nell’ispezionabilità per interventi di manutenzione

di i di iordinaria e straordinaria.

Nel locale caldaia (vaso chiuso) in cui l’espansione avviene a pressioneNel locale caldaia (vaso chiuso), in cui l espansione avviene a pressionemaggiore di quella atmosferica. E’ realizzato con una membrana che fungeda ammortizzatore.V i f il ibil i l i d di iVantaggi: facilmente accessibile risulta conveniente da un punto di vistaeconomico e i materiali di cui sono costituite le membrane garantisconouna buona resistenza nel tempouna buona resistenza nel tempoSvantaggi: presenza di un elemento in pressione

Pompe di circolazione: tipologie e dimensionamento

Gli impianti a circolazione naturale, nei quali il movimento dell’acqua ècausato dalle differenze di temperatura sono ormai in disuso da anni acausato dalle differenze di temperatura, sono ormai in disuso da anni, acausa della loro maggiore complessità, unitamente ai vincoli sempre piùstringenti in materia di risparmio energetico e tutela dell’ambientestringenti in materia di risparmio energetico e tutela dell ambiente.

Gli impianti attualmente in uso sono tutti a circolazione forzata, effettuatamediante pompe. Trattandosi di sistemi chiusi, l’acqua circolante rimanesempre la stessa, a parte le perdite che si hanno nelle giunzioni.p p p gVantaggi: flusso d'acqua più veloce, con conseguente risparmio dicombustibile per la produzione di calore; possibilità di alimentare radiatorip p ; pposti anche alla stessa quota della caldaia o addirittura inferiore.Le pompe di circolazione assolvono la funzione di vincere le perdite diLe pompe di circolazione assolvono la funzione di vincere le perdite dicarico ripartite e localizzate: in genere si tratta di elettropompe, ossiamacchine che sfruttano l’energia meccanica fornita da un motore elettricomacchine che sfruttano l energia meccanica fornita da un motore elettricoper sollevare o far circolare il fluido.


In base alle caratteristiche costruttive o alla modalità con cui trasmettono energia all’acqua le pompe si distinguono in volumetriche centrifugheenergia all’acqua, le pompe si distinguono in volumetriche, centrifughe, ad elica.

Le pompe volumetriche sfruttano la variazione di volume in una camera

per provocare la spinta sul fluidoper provocare la spinta sul fluido.

Nelle pompe centrifughe il fluido viene messo in rotazione da una

girante aspirato assialmente e rinviato in direzione periferica all’estremitàgirante, aspirato assialmente e rinviato in direzione periferica all estremità

delle pale della girante stessa.

Le pompe ad elica, o assiali, sono costituite da un’elica calettata su un

albero, che imprime una spinta al fluido che viene aspirato e rinviato sullo

stesso asse.

Negli impianti di riscaldamento, la tipologia centrifuga è quella piùg p , p g g q p

impiegata.


Una pompa è caratterizzata da due parametri: portata e prevalenza.La scelta della pompa è effettuata in base alla curva caratteristica p p

portata/prevalenza.La portata si determina a partire dal fabbisogno energetico dell’edificio e dal p p g g

salto termico fra le temperature in ingresso e in uscita dell’acqua:

TQ ΔTgQ Δ⋅ρ⋅γ⋅=in cui:Q = carico termico dell’utenza, per mantenere la temperatura alle

condizioni di progetto (W);p g ( )g = portata d’acqua (m3/h);γ = calore specifico dell’acqua (J/kg °C);ρ = densità dell’acqua (kg/m3);ΔT = differenza tra la temeperatura all’uscita e quella in ingresso alla

caldaia (°C).


Determinata la portata, si passa allo studio del circuito individuando le

diverse perdite di carico e la prevalenza necessaria a vincerlediverse perdite di carico e la prevalenza necessaria a vincerle.

Ogni circuito ha una curva caratteristica, legata alla sua conformazione e

alle singolarità: poiché le perdite di carico sono proporzionali al quadratoalle singolarità: poiché le perdite di carico sono proporzionali al quadrato

della velocità, la curva può essere riportata in un diagramma g/H, in cui

dall’intersezione della curva caratteristica del circuito e di quella della pompa

è possibile individuare il punto di funzionamento.

Dopo aver determinato le coordinate del punto di funzionamento, occorreprestare attenzione al fatto che esso ricada nella parte centrale della curvacaratteristica, affinché il funzionamento sia ottimale, con rendimenti elevatidelle pompe.

Curvecaratteristiche diuna pompa e di uncircuito e punti difunzionamento.

Portate maggiori

Elettropompe in parallelo

Aumentare la prevalenza

Elettropompe in seriep p


La potenza assorbita da una pompa dipende dalle caratteristiche di lavoro

della stessa; noto il rendimento (η), la potenza può essere determinata

mediante la seguente relazione:

⋅⋅ρ=

HgP (kW)η⋅2.367

P ( )

in cui:P = potenza assorbita dalla pompa (kW);ρ = densità del fluido di lavoro (kg/m3);g = portata (m3/h);H = prevalenza (m c.a.);367.2 = coefficiente numerico di conversione che ingloba la costante di

accelerazione universale;η = rendimento.

4.Impianti di riscaldamento.ppt [modalità...

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