Intervento Impianti - Marco Delle Curti, ingegnere, libero professionista, esperto di sistemi...

NACHHALTIG LEBEN UND WOHNEN

CLIMABITA STIFTUNGSGRÜNDUNG 14.06.2012 SISTEMI IMPIANTO CLIMATIZZAZIONE-DOMOTICA-CONTROLLO

Dott. Ing. Marco Delle Curti BOLOGNA 22-23-24 OTTOBRE 2014

SISTEMI IMPIANTO IL DATO DI PARTENZA

CLIMABITA FOUNDATION DOTT. ING. MARCO DELLE CURTI

Suddivisione dei consumi di energia in edifici residenziali

FONTE: piano energetico regionale Emilia Romagna

Il grafico mette in risalto ancora una volta la necessità di procedere sugli edifici ed evidenzia l’importanza delle scelte fatte dall’Europa con il piano 20/20/20 e con la direttiva 2010/31/UE.

Il dato di partenza

Perchè l‘edilizia Sappiamo ormai molto bene che l’edilizia incide per circa il 40% dei consumi energetici nazionali ed europei


L’involucro è sicuramente l’aspetto più importante

Il dato di partenza

Perchè l‘edilizia


Ma in un involucro molto isolato come quello che ormai ci viene richiesto dalle normative ecco che anche gli aspetti impiantistici concorrono in modo determinante per il raggiungimento dell’obiettivo:

Il dato di partenza



Il dato di partenza

Perchè l‘edilizia IERI

Fabbisogno 300 OGGI

Fabbisogno 50 DOMANI MATTINA

Fabbisogno 15

Perdite 5 Perdite 5 Perdite 5


LA PROGETTAZIONE DELL’EDIFICIO

Il dato di partenza


SISTEMI IMPIANTO LE FINALITA‘


LE FINALITA‘


Impianti di climatizzazione

LE FINALITA‘

Servono a soddisfare le richieste di comfort correggendo gli errori del progettista architettonico

Bisogna però tenere sotto controllo


Benessere termico LE FINALITA‘ Lo stato di benessere è soggettivo ed influenzato da alcune condizioni esterne: • Attività fisica • Abbigliamento • Temperatura • Umidità • Velocità aria

Qualità dell’aria interna La qualità dell’aria interna è sicuramente influenzata da una serie di contaminanti: • Funghi e batteri • Fumi, polveri e particelle sospese • Composti organici volatili (VOC) • Particelle gassose (CO, Radon, Formaldeide)


Benessere termico

LE FINALITA‘

Se parto dal concetto che l’impianto serve alla correzione degli errori del progettista architettonico Il miglior impianto di climatizzazione che posso realizzare qual è?

Su questo aspetto il progetto architettonico incide pesantemente


Irrinunciabile la qualità dell’aria interna

LE FINALITA‘

Per migliorare la qualità interna dell’aria (IAQ) devo operare sia con sistemi passivi ed attivi:

Passivi: scelta di materiali che non liberino componenti inquinanti indoor durante la loro vita a

Attivi: impianti di ricambio dell’aria, impianti di ventilazione meccanica controllata (VMC)

SISTEMI IMPIANTO L‘IMPIANTO DI CLIMATIZZAZIONE


Impianto di climatizzazione

L‘IMPIANTO TERMICO

Sistemi energetici

L’impianto di climatizzazione di un edificio si compone di quattro fondamentali sistemi energetici: 1.  Sistema di produzione

2.  Sistema di distribuzione

3.  Sistema di emissione

4.  Sistema di regolazione

Il fluido che viene utilizzato per la veicolazione dell’energia è detto termovettore. I più comuni sono aria ed acqua




Sistemi energetici

Dal rendimento del singolo sistema energetico dipende il rendimento globale dell’impianto: 1.  Rendimento di produzione ηp

2.  Rendimento di distribuzione ηd

3.  Rendimento di emissione ηe

4.  Rendimento di regolazione ηr

ηηg = ηp x ηd x ηe x ηr




Sistemi energetici

Ipotizzato allora pari a 100 il fabbisogno energetico dell’involucro di un edificio dovrò fornire allo stesso, per mantenere le condizioni di comfort volute, energia primaria corrispondente a:

Ma ricordiamoci sempre che l’involucro ha la massima influenza: posso intervenire di un edificio esistente e portare in fabbisogno a…….. stente e

Rendimento di produzione ηp = 0.95

105

Rendimento di produzione ηp = 1.70 59



Generatori di calore a gas


Sistemi di generazione

È doverosa, vista la diffusione, una spiegazione sulle caldaie a gas

111%

DI ENERGIA TEORICA DATA DAL COMBUSTIBILE

(RAPPORTATA AL P.C.I.)

100%

P.C.I. 11%

CALORE LATENTE NON RECUPERATO

10%

CALORE DISPERSO ATTRAVERSO FUMI E MANTELLO

RENDIMENTO = 90% BILANCIO ENERGETICO CALDAIA TRADIZIONALE

111%

DI ENERGIA TEORICA DATA DAL COMBUSTIBILE

(RAPPORTATA AL P.C.I.)

100%

P.C.I. 4%

CALORE LATENTE NON RECUPERATO

1%

CALORE DISPERSO ATTRAVERSO FUMI E MANTELLO

RENDIMENTO = 106% BILANCIO ENERGETICO CALDAIA A CONDENSAZIONE

7%

CALORE LATENTE RECUPERATO

η= 90/111=0.81 η= 106/111=0.95



Pompe di calore


Sistemi di generazione

Il COP (dall’inglese coefficient of performance) è il rapporto tra l’energia utilizzata e quella fornita; la definizione, espressa in questi termini, mette in risalto la possibilità di realizzare macchine reversibili in cui l’energia utilizzata può essere QA (fornita all’ambiente in ciclo invernale) o QB (sottratta dall’ambiente in ciclo estivo).

Le pompe di calore funzionano meglio con sistemi di emissione a bassa temperatura, diminuendo la temperatura di mandata TA ed il termine TA-TB posto al denominatore, si ha un conseguente innalzamento del COP)

POMPA DI

CALORE IDEALE

SISTEMA A TEMPERATURA

ALTA (TA)

SISTEMA A TEMPERATURA

BASSA (TB)

LAVORO L

COP = QA/L ≈ TA/(TA-TB)

QA

QB

Pompa di calore: cliclo teorico di Carnot



Sistemi di distribuzione

TEMPERATURA MINIMA MEDIA MENSILE DELLA LOCALITA'

MAG GIU LUG AGO SET OTT NOV DIC GEN FEB MAR APR

18.20 22.90 25.40 24.90 21.20 14.90 8.70 4.00 2.10 4.60 9.40 14.20

Esempio BOLOGNA Superficie utile netta Sutile 100.0 m² Numero di persone: 4 persone

Numero di unità abitative: 1 Fabbisogno termico annuo per

riscaldamento qH1500 kWh/a

Durata periodo risc.: 183.00 d Carico termico di progetto

dell'impianto2.5 [kW]

Salto termico progetto 5.0 °C Carico termico medio Pmedio: 0.3 kW

LUNGHEZZA Diametro interno

Diametro esterno

spessore coibentazione

conducibilità termica riflettente

grado di utilizzo delle dispersioni della linea

coeff riduzionetemperatura

QHL [annuale]

[m] [mm] [mm] [mm] [W/mK] [kWh] 10.0 25 27 19 0.035 no 0% 1.0 189.5 10.0 30 32 19 0.035 no 0% 1.0 211.5

CLIMABITA FOUNDATION DODODODODOODDOOOOOTTTTTTTTTTTTTTTTTT INING.GGGGGG MMMMMMMMARARRRRRRRRRRCOCOCOCOOO D DDDDDDDELLLLLLLLLLLLLLELELELELELELE CCCCCCCCCCCCCCCURURURURURRURRRRRRRRRTITI RRCOCOCOCOOO D D D D LLLLLLLLL CCCCCOOOTTT MMMM RRRRTTTITITI TTTTTTT. . INININNGGGGGG



Sistemi di distribuzione



Regolazione e controllo



Regolazione e controllo Esempio BRESCIA Test Tmand

curva climatica -7.00 35.0temperatura progetto -7

10.00 27.0

zona climatica E

periodoriscalda

mento dal 15/10 al 15/04

TEMPERATURA MINIMA MEDIA MENSILE DELLA LOCALITA' MAG GIU LUG AGO SET OTT NOV DIC GEN FEB MAR APR 17.7 22 24.40 23.7 19.9 14.00 7.8 3.5 1.50 4.2 9.3 13.50

1 POMPA DI CALORE PINCO PALLO

6 kW bassa T CARATTERISTICHE POMPA DI CALORE, VALORI INTEGRATI CON CICLI DI SBRIMNAMENTO

30 35 40 45 50 test P Ter resa P el ass COP P Ter resa P el ass COP P Ter resa P el ass COP P Ter resa P el ass COP P Ter resa P el ass COP [°C] [kW] [kW] [kW] [kW] [kW] [kW] [kW] [kW] [kW] [kW] -15 3.5 1.4 2.50 3.27 1.51 2.17 3.09 1.62 1.91 2.97 1.75 1.70 2.89 1.89 1.53 -10 4.14 1.45 2.86 3.85 1.56 2.47 3.62 1.7 2.13 3.46 1.84 1.88 3.36 2 1.68 -7 4.52 1.45 3.12 4.2 1.58 2.66 3.95 1.72 2.30 3.77 1.87 2.02 3.65 2.03 1.80 -2 5.27 1.46 3.61 4.89 1.6 3.06 4.59 1.75 2.62 4.38 1.92 2.28 4.24 2.1 2.02 2 5.92 1.45 4.08 5.49 1.6 3.43 5.16 1.76 2.93 4.92 1.94 2.54 4.76 2.13 2.23 7 8.03 1.57 5.11 7.45 1.75 4.26 7 1.94 3.61 6.68 2.15 3.11 6.47 2.37 2.73

cop medio stagionale riscaldamento

4.69



Regolazione e controllo Esempio BRESCIA Test Tmand

curva climatica -7.00 35.0temperatura progetto -7

10.00 35.0

zona climatica E

periodoriscalda

mento dal 15/10 al 15/04

TEMPERATURA MINIMA MEDIA MENSILE DELLA LOCALITA' MAG GIU LUG AGO SET OTT NOV DIC GEN FEB MAR APR 17.7 22 24.40 23.7 19.9 14.00 7.8 3.5 1.50 4.2 9.3 13.50

1 POMPA DI CALORE PINCO PALLO

6 kW bassa T CARATTERISTICHE POMPA DI CALORE, VALORI INTEGRATI CON CICLI DI SBRIMNAMENTO

30 35 40 45 50 test P Ter resa P el ass COP P Ter resa P el ass COP P Ter resa P el ass COP P Ter resa P el ass COP P Ter resa P el ass COP [°C] [kW] [kW] [kW] [kW] [kW] [kW] [kW] [kW] [kW] [kW] -15 3.5 1.4 2.50 3.27 1.51 2.17 3.09 1.62 1.91 2.97 1.75 1.70 2.89 1.89 1.53 -10 4.14 1.45 2.86 3.85 1.56 2.47 3.62 1.7 2.13 3.46 1.84 1.88 3.36 2 1.68 -7 4.52 1.45 3.12 4.2 1.58 2.66 3.95 1.72 2.30 3.77 1.87 2.02 3.65 2.03 1.80 -2 5.27 1.46 3.61 4.89 1.6 3.06 4.59 1.75 2.62 4.38 1.92 2.28 4.24 2.1 2.02 2 5.92 1.45 4.08 5.49 1.6 3.43 5.16 1.76 2.93 4.92 1.94 2.54 4.76 2.13 2.23 7 8.03 1.57 5.11 7.45 1.75 4.26 7 1.94 3.61 6.68 2.15 3.11 6.47 2.37 2.73

cop medio stagionale riscaldamento

3.94



Regolazione e controllo



Lo scopo

Operato sugli edifici in modo da rendere l’involucro altamente efficiente non possiamo permetterci di vanificare l’impegno profuso e le attenzioni dedicate per realizzare un edificio altamente confortevole. Da un lato abbiamo ricercato il comfort termico eliminando alla fonte tutte le cause di discomfort (ponti termici, disuniformità di temperatura, spifferi)

L‘IMPIANTO DI VMC

Ventilazione meccanica controllata

Dobbiamo allora operare sul ricambio dell’aria per mantenere le condizioni raggiunte migliorando leggermente anche le prestazioni energetiche dell’immobile andando ad operare sul parametro che resta ormai la fonte più elevata di perdite di energia.



Il funzionamento Nell’impianto di ventilazione meccanica controllata, una portata di aria viziata a temperatura uguale a quella interna (18÷22°C) viene aspirata con continuità dai locali nei quali è massima la produzione di inquinanti (cucina, bagno, WC). Contemporaneamente, una uguale portata di aria fresca esterna a bassa temperatura (-10÷5°C) viene filtrata e fatta entrare in un recuperatore di calore nel quale riceve il calore “recuperato” dall’aria in uscita. In questo modo, l’aria esterna viene introdotta nei locali più nobili (salotto, sala da pranzo, camere, studio) ad una temperatura tanto più alta quanto più è elevato il grado di efficienza termica del recuperatore di calore inserito.

L‘IMPIANTO DI VMC




Il funzionamento Nell’immagine è possibile vedere l’immissione nei locali nobili (blu), l’estrazione da bagni e cucine (rosso), il ventilatore a doppio flusso con recuperatore ad alta efficienza posto nell’interrato (blu) e le tubazioni interrate di aspirazione con preriscaldamento geotermico (verdi)

L‘IMPIANTO DI VMC




L‘IMPIANTO DI VMC


BOLOGNA DATI RECUPERATORE

media T= 7.31 °C T22[°C]= 16.83 T immissione in ambiente

T ambiente = 20 °C T21[°C]= 7.31 T flusso aria rinnovo

Cs= 0.34 Wh/m3 °C T11[°C]= 20 T flusso in estrazione

conversione elettrico/termico = 2.5 ηηT= T22-T21 = 9.52 = 75.0%

resa sistema elettrico europeo = 0.4 T11-T21 12.69

ENERGIA TERMICA SPECIFICA RECUPERATA RECUPERO ANNUO Erec=Csx(T22-T21)= 3.24 W/[m3/h] o [Wh/m3 °C] 14.21 kWh/m3

QUALCHE NUMERO



L‘IMPIANTO DI VMC


ENERGIA SPECIFICA CONSUMATA ηtot=Erec/Eprimaria

Eelettrica Eprimaria ηtot

premium 0.45 W/[m3/h] 1.13 W/[m3/h] 2.88

superior 0.6 W/[m3/h] 1.50 W/[m3/h] 2.16

pareggio 1.30 W/[m3/h] 3.24 W/[m3/h] 1.00

ESEMPIO UNITA' ABITATIVA LIMITI ELETTRICI MACCHINA

S h V Q Ppremium Psuperior Ppareggio

[m2] [m] [m3] [m3/h] [W] [W] [W]

100 2.7 270 135 60.8 81.0 174.9 60.8 81.0 174.9

η =E /E



L‘IMPIANTO DI VMC

Ventilazione meccanica controllata Distribuzione



Il funzionamento Le portate in gioco non sono però quelle di un impianto di climatizzazione ad aria in quanto la finalità è quella di garantire il comfort degli ambienti interni risparmiando energia.

L‘IMPIANTO DI VMC


Tipicamente in ambiente residenziale le portate di ricambio assegnate sono quelle indicate dalle normative nazionali e regionali per cui gli impianti vengono dimensionati con valori pari a 0.4÷0.5 Volumi ambiente all’ora. Nel dimensionamento si consiglia comunque di rispettare valori minimi di cui alla DIN 1946

Destinazione d’uso Portata [m3/h]

Soggiorno 40-50 Letto/bimbi/lavoro (1 persona) 20 Letto/bimbi/lavoro (2 persona) 35 Ospiti 20 Atrio 20 Cucina/ 40 bagno/doccia 40 WC 20 Ripostiglio 20 DIN 1946: tabella portate minime



Il funzionamento In applicazioni diverse dovranno invece essere impiegati i valori dettati dalle relative normative, per esempio:

L‘IMPIANTO DI VMC


UNI 10339: tabella portate minime procapite

Categoria di edificio Destinazione d’uso

ricambi persona [m3/h]

E.1 (1); E.1 (2) Edifici residenziali 39,6 E.1 (3) Edifici adibiti ad albergo, pensioni ed attività similari 39,6 E.2 Edifici adibiti ad uffici ed assimilabili 39,6

E.3 Edifici adibiti ad ospedali, cliniche o case di cura ed assimilabili 39,6

E.4 Edifici adibiti ad attività ricreative, associative e di culto 28,8 E.5 Edifici adibiti ad attività commerciali ed assimilabili 36 E.6 Edifici adibiti ad attività sportive 36

E.7 Edifici adibiti ad attività scolastiche di tutti i livelli e assimilabili 21,6

E.8 Edifici adibiti ad attività industriali ed artigianali ed assimilabili 36



Esempi

Anche per il funzionamento dell’impianto è importante la tenuta all’aria dell’edificio

L‘IMPIANTO DI VMC


BOCCHETTA BLOOWED DOOR TEST

SILENZIATORE DISTRIBUTORE


“Ag isc i in modo che le conseguenze delle tue azioni siano compatibil i con la permanenza di un’ autentica vita umana sulla Terra”

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Design

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