Politecnico di Torino

I Facolt di IngegneriaCorso di Laurea in Ingegneria Energetica e Nucleare

Dimensionamento impianto di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dellaria

Gradi FabioSeita MarcoTavano Francesco

Introduzione

Lo scopo del lavoro quello di analizzare i fabbisogni termici in modo da dimensionare un sistema HVAC che permetta di soddisfare i carichi sia in fase di riscaldamento che in fase di raffrescamento estivo. Limpianto dovr essere installato allinterno di un edificio adibito ad uffici, situato nella citt di Torino. In figura viene riportata, in maniera semplificata, la pianta dello stabile che permette di avere unidea delle stanze sulle quali necessario dimensionare limpianto.

Ledificio presenta:

LocaleLunghezza OE (m)Lunghezza NS (m)Area (m^2)Altezza (m)

Magazzino17,485,0287,754

Open Space21,9119,2420,674

Reception5,085,1526,154

Ufficio 15,084,0320,464

Ufficio 24,612,4311,214

Ufficio 34,612,3510,844

Sala riunioni4,614,2319,514

Aula formazione6,369,9863,474

Ripostiglio3,135,0315,744

Locale tecnico3,134,7914,994

WC caffetteria3,9427,884

Caffetteria43,4213,684

WC uffici4,735,827,434

Capitolo 1 Ipotesi di lavoro-

Nel seguente capitolo verranno illustrate le ipotesi pensate nellambito dei materiali edili, utili per il calcolo dei fabbisogni richiesti dallo stabile, sia in fase di riscaldamento invernale sia in fase di raffrescamento estivo.

1.1 Stratigrafia pareti verticali opache

Partendo dallinterno dei locali e spostandosi virtualmente dallinterno allesterno del muro, le componenti edili si dividono come segue:

1. Intonaco interno: dai dati tecnici trovati lo spessore ottimale non dovrebbe essere inferiore ai 2 centimetri, mentre la conducibilit termica secondo la normativa EN1745 riportata dalla ditta costruttrice (Weber) risulta essere pari a .

2. Mattone forato: le dimensioni forniteci dal costruttore (Fornace Eugenio Casetta) sono di 8 x 14 x 28 centimetri e la conducibilit termica misurata ad unumidit u pari allo 0% data pari a 0,3 . 3. Isolante: si tratta di pannelli autoportanti tuttaltezza di poliestere. I dati tecnici sono stati reperiti dal sito del costruttore (Lombardelli materiali edili) e la scelta ricaduta sui pannelli dello spessore di 80 mm con conducibilit termica dichiarata pari a 0,03 .

4. Mattone pieno: si tratta di un prodotto realizzato dalla Fornaci Giuliane che riporta una dimensione di 12 x 5,5 x 25 cm ed un coefficiente di conducibilit pari a 0,442

5. Intonaco esterno: stesse caratteristiche utilizzate per lo strato interno.

Nella tabella 2 sono riportati i dati utilizzati per il calcolo delle grandezze che saranno espresse nei paragrafi successivi.

StratoProduttoreSpessore (m)Coeff. Conducibilit ()Densit (kg/m^3)

Intonaco internoWeber0,020,61500

Mattone foratoFornaci Eugenio Casetta0,080,3650

IsolanteLombardelli materiali edili0,080,0330

Mattone pienoFornaci Giuliane0,120,451697

Intonaco esternoWeber0,020,61500

1.2 Stratigrafia solette (pavimento)

Immaginando di procedere, come sopra, dal piano interrato verso lalto otteniamo i seguenti strati:

1. Intonaco a calce: dai dati tecnici trovati lo spessore ottimale non dovrebbe essere inferiore ai 2 centimetri e la conducibilit termica secondo la normativa EN1745 riportata dalla ditta costruttrice (Weber) di .

2. Isolante: si tratta di pannelli autoportanti tuttaltezza di lana di vetro rivestiti su un lato con barriera di alluminio retinato e dallaltro da un velo di vetro. I dati tecnici sono stati reperiti dal sito del costruttore (Lombardelli materiali edili), la scelta ricaduta su pannelli dello spessore di 80 mm con una conducibilit termica dichiarata pari a 0,03 .

3. Soletta in calcestruzzo: lo spessore ipotizzato per questo strato risulta pari a circa 30 centimetri mentre per quanto riguarda il coefficiente di conducibilit questo stato preso pari a 1 .

4. Pavimentazione galleggiante: questo strato sopraelevato di circa 40 cm e non contribuendo, per ipotesi, alle dispersione termiche, non verr considerato nel calcolo della trasmittanza.

StratiSpessore (m)Coeff. Conducibilit ()Densit (kg/m^3)

Intonaco0,020,61500

Isolante0,080,0330

Soletta0,312000

Pavimentazione0,4//

1.3 Stratigrafia soletta (soffitto)

Anche in questo caso immaginiamo di procedere verso lalto allinterno della struttura. La suddivisione degli strati sar la seguente:

1. Intonaco: stesse caratteristiche usate fino ad ora.2. Soletta in calcestruzzo: come nel caso precedente.3. Isolante: stessa tipologia utilizzata nei casi precedenti.4. Fondo impermeabilizzante: lo spessore viene trascurato per ipotesi visto la sua poca influenza dal punto di vista delle dispersioni.5. Mattoni: elementi in ceramica calpestabile, anche in questo caso ne vengono trascurate le propriet termiche.

StratiSpessore (m)Coeff. Conducibilit ()Densit (kg/m^3)

Intonaco0,020,61500

Soletta0,312000

Isolante0,080,0330

Fondo impermeabilizzante///

Mattoni///

1.4 Stratigrafia tramezza

La tramezza una parete verticale con la funzione di suddividere internamente i vari locali e per questa ragione non contiene al suo interno lo strato dedito allisolamento. composta soltanto da mattoni dello spessore di 8 centimetri ricoperti da entrambi i lati da uno strato di intonaco di 2 cm.

StratoProduttoreSpessore (m)Coeff. Conducibilit ()Densit (kg/m^3)

Intonaco Weber0,020,61500

Mattone foratoConsorzio Porton0,080,3800

Intonaco Weber0,020,61500

1.5 Serramenti

I serramenti usati comprendono finestre a doppio vetro (vetrocamera) caratterizzato da uno strato di vetro semplice dello spessore di 4 millimetri seguito da una camera sotto vuoto, contenente aria dello spessore di 15 millimetri, e uno strato finale di vetro semplice dello stesso spessore del primo. Il tutto racchiuso da un telaio in alluminio con la stessa conducibilit della vetrocamera pari a 3 . StratoProduttoreSpessore (m)Coeff. Conducibilit ()Densit (kg/m^3)

Porta scorrevole in alluminioF.lli Carugo/1,8/

Ulteriori ipotesi

Oltre a quanto gi descritto nellanalisi della stratigrafia delle pareti, possiamo aggiungere altre ipotesi utili ai calcoli che seguiranno:

a. Sotterraneo non climatizzato. Si considerer la sua temperatura uguale a quella interna alledificio nella stagione estiva mentre, in inverno, si terr conto della sua dispersione.b. Sala server non riscaldata a causa di un forte apporto termico endogeno dovuto alla presenza di dispositivi elettronici. Nel periodo estivo verr impiegato un ventilatore in grado di assorbire la potenza termica autoprodotta (500 W).c. Il magazzino e la caffetteria non verranno raffrescati durante la stagione estiva.

Capitolo 2 calcolo dei carichi termici-

Nel capitolo seguente verranno enunciati i dati di lavoro con le conseguenti ipotesi e verranno poi calcolati sia i fabbisogni termici richiesti dalledificio nel periodo invernale sia il fabbisogno di raffrescamento e ventilazione nel periodo estivo.

2.1 Dati di progetto

Per semplicit descrittiva in tabella sono riportati i dati di temperatura e umidit riferiti alla localit di Torino nei periodi invernali e estivi.

Dati di progettoInvernoEstate

Temperatura int. (C)2026

Temperatura est. (C)-831

TemperaturaPiano Interrato2/

Umidit int. (%)5050

Umidit est. (%)8050

Per garantire un ambiente salubre e confortevole adotteremo ricambi daria (per persona allora) pari a 40 metri cubi. Considerando poi che ogni persona produce in unora circa 90 grammi di vapore dacqua, passando attraverso il calore di vaporizzazione, possibile stimare una sottrazione di calore sensibile per persona pari a circa 60 W. La potenza termica endogena fornita dalle apparecchiature elettroniche presenti nelledificio stimata in 300 W per postazione computer. Per le stesse ragioni possiamo pensare allilluminazione come ad un apporto termico stimato in un valore compreso tra 10 e 20 W al metro quadrato.Limpianto verr tenuto in funzione per un periodo compreso tra le 6 e le 18.

2.2 Calcolo trasmittanza

Con i dati finora enunciati possiamo procedere al calcolo della trasmittanza per le varie componenti strutturali delledificio. Bisogna ancora considerare leffetto sulla trasmissione del calore attraverso una superficie dovuto ai moti convettivi delle masse daria sia allinterno sia allesterno delledificio. Si possono pertanto introdurre due coefficienti: hi = coefficiente di scambio termico liminare interno espresso in . he = coefficiente di scambio termico liminare esterno espresso in .

I coefficienti assumono, secondo la normativa UNI 7357, i seguenti valori:

hi (he (

Pareti verticali825

Pareti orizzontali (flusso ascendente)9,323,2

Pareti orizzontali (flusso discendente)5,316,3

La trasmittanza termica di una generica parete (U), espressa in , pari a:

dove n si riferisce al numero di strati presenti nella parete presa in esame.

Per le pareti verticali opache, il risultato il seguente:

Mentre, per quanto riguarda le tipologie di pareti restanti verr fornita la tabella che riassume i valori finali di trasmittanza calcolati.

PareteU ()

Verticali0,29

Pavimento0,31

Soffitto0,32

Tramezze1,71

Serramenti3

Porta scorrevole1,8

Capitolo 3 - Stagione invernale

Tenendo conto dei dati di progetto enunciati nel capitolo 2 si procede al calcolo dei carichi termici dispersi, latenti e di ventilazione utili al dimensionamento della potenza di riscaldamento richiesta dall'edificio che l'impianto HVAC dovr soddisfare nel periodo invernale.

3.1 Calcolo potenza termica dispersa superfici opache (Qdo)

In questo paragrafo si procede con il calcolo delle potenze disperse da tutte le superfici opache. Il procedimento verr mostrato in modo esplicito soltanto per l'Open Space, mentre i valori ottenuti per le restanti stanze saranno riportati in una tabella riassuntiva.La potenza termica dispersa da una superficie opaca pu essere espressa come:

Dove: il coefficiente che tiene conto dell'esposizione della parete la trasmittanza della parete i-esima la superficie interna della parete i-esima la differenza di temperatura tra interno ed esterno n rappresenta le pareti (Nord, Sud, Ovest, Est, soffitto e pavimento)

Il valore di funzione dell'esposizione della parete e assume i seguenti valori.

NordSudOvestEst

1,211,11,15

Per proseguire occorre calcolare la dimensione della superficie vetrata e successivamente ripartirla sulle pareti esterne. Si ipotizza in questo caso una percentuale di superficie vetrata rispetto a quella calpestabilepari a Svetrata = 0,2*Stotale.

Quindi, per lOpen Space, sar:Svetrata = percentuale*Stotale =0,2*429,67=84,134 m2

Tale superficie stata ripartita proporzionalmente in base alla dimensione orizzontale delle superfici Sud e Ovest.La superficie opaca delle pareti si calcola come differenza tra la superficie totale esterna della stanza e la superficie vetrata appena calcolata.

A sud sar:Svetrata,S = Svetrata,tot * (lNS/( lNS + lOE))= 44,84 m2Sopaca,S = Stot Svetrata = 42,8 m2

A Ovest, seguendo lo stesso procedimento:Svetrata,O = 39,29 m2Sopaca = 65,2 m2

A questo punto la potenza dispersa dalle superfici opache nellOpen Space sar:

Dove gli ultimi due termini si riferiscono alle dispersioni attraverso il soffitto e il pavimento, rispettivamente. Per il pavimento il risulta pari a 18 C in quanto la temperatura dei locali sottostanti risulta per ipotesi pari a 2 C.

Reiterando il procedimento per tutti i locali dell'edificio si otterranno i valori di potenza termica dispersa dalle superfici opache dell'intero complesso. Per il calcolo sono stati sfruttati i seguenti dati:

1. Superficie vetrata e ripartizione [m2]

Superficie vetrata

NordSudOvestEstTOT.

Magazzino13,6303,92017.55

Open Space044,8439,29084,13

Reception00000

Ufficio 104,09004,09

Ufficio 201,4700,772,24

Ufficio 30002,172,17

Sala riunioni0003,93,9

Aula formazione4,94007,7512,69

Ripostiglio00000

Locale tecnico00000

WC caffetteria00000

Caffetteria2,740002,74

WC uffici2,47003,025,49

2. Superficie opaca e ripartizione [m2]

Superficie opache

NordSudOvestEstTOT.

Magazzino56,28058,96072,45

Open space042,865,2080,31

Reception00000

Ufficio 1016,220016,22

Ufficio 2016,9800,9525,93

Ufficio 30007,237,23

Sala riunioni00013,0213,02

aula formazione20,50032,1752,67

ripostiglio00000

locale tecnico00000

WC caffetteria00000

Caffetteria13,2600013,26

WC uffici16,460020,1736,63

3.2 Calcolo potenza termica dispersa superfici vetrate (Qdv)

Ora calcoliamo le dispersioni attraverso le superfici vetrate che sommate a quelle delle superfici opache daranno la potenza termica dispersa totale dall'edificio.

I dati utilizzati e inerenti all'intero edificio si rifanno alle tabelle dei paragrafi precedenti. Anche in questo caso il calcolo stato oggetto di una separazione in base all'orientamento delle superfici vetrate rispetto ai punti cardinali.Nel caso dell'Open Space il risultato il seguente:

Come nel caso precedente, teniamo in considerazione i ponti termici sommando un 10% al totale.

3.3 Calcolo potenza dispersa per ventilazione (Qvent)

Come gi anticipato nel capitolo 2, si ipotizza una portata volumetrica di ventilazione di 40 per cui, moltiplicando questo valore per il numero di persone per ogni stanza, si ottengono le portate volumetriche d'aria necessarie al mantenimento di un ambiente salubre e confortevole. Come prima riportato solo il calcolo dell'Open Space.

Per il calcolo di Qvent occorre anche calcolare la portata massica d'aria, passando attraverso la densit dell'aria (), e si ottiene:

A questo punto:

Nella tabella viene riportato il valore di Qvent per tutti i locali dell'edificio.

Dispersioni per ventilazione

LocaleNum. PersoneQ vent (kW)

Magazzino31,13

Open Space5018,76

Reception20,75

Ufficio 110,38

Ufficio 210,38

Ufficio 310,38

Sala riunioni103,75

Aula formazione3011,26

Caffetteria20,75

3.4 Calcolo potenza termica latente (Qlat)

Facendo l'ipotesi di un apporto endogeno dovuto alla presenza di persone nei locali pari a 60 si calcola la potenza termica latente moltiplicando semplicemente il numero di persone per questo valore.

Nel caso dell'Open Space:

Nella tabella sono riportati i valori di Qlat per ogni locale.

Dispersioni per ventilazione

LocaleNum. PersoneQ lat (kW)

Magazzino30,19

Open Space503,13

Reception20,13

Ufficio 110,06

Ufficio 210,38

Ufficio 310,38

Sala riunioni100,63

Aula formazione301,88

Caffetteria20,13

3.5 Riassunto

In base ai dati mostrati fino ad ora possibile concludere che il carico termico che l'impianto dovr soddisfare dato dalla somma algebrica, per ogni stanza, della potenza termica dispersa attraverso le superfici (Qdv+Qdo), la potenza dispersa per ventilazione e gli apporti endogeni.

LocaleQdisp. (KW)Qlat. (KW)Qvent. (KW)Qtot (kW)

Magazzino4,63-0,191,135,57

Open Space16,05-3,1318,7631,69

Reception0,41-0,130,751,04

Ufficio 10,87-0,060,381,18

Ufficio 20,67-0,060,380,98

Ufficio 30,49-0,060,380,8

Sala riunioni0,88-0,633,754

Aula formazione3-1,8811,2612,38

Ripostiglio0000

Locale tecnico0000

WC Caffetteria0,13000,13

Caffetteria0,68-0,130,751,31

WC uffici1,46001,46

TOTALE29,28-6,2537,5260,55

Capitolo 4 Stagione estiva

Per dimensionare un impianto in grado di soddisfare i fabbisogni energetici di tutto lanno occorre analizzare, in fase estiva, quale sia lentit dei carichi termici a cui sottoposto ledificio cos da poter ricavare dati utili al dimensionamento dellUTA. In particolare, analizzeremo le potenze termiche prodotte da due tipi di sorgenti:

Esterne: gli apporti dovuti alla radiazione solare ed alla temperatura atmosferica. Interni: gli apporti dovuti al carico termico sensibile e latente, proveniente da persone ed apparecchiature elettriche.

Per stimare i carichi termici verr utilizzato il metodo dei fattori di accumulo e delle differenze di temperatura equivalenti (Carrier). Il procedimento sar effettuato locale per locale e nelle ore pi gravose per limpianto ovvero le 12 e le 15. Una volta ottenuti questi valori saranno effettuati grafici raffiguranti il carico termico in funzione dellora. I valori della radiazione incidente verranno valutati in funzione della latitudine propria del luogo in cui sono situati limpianto e ledificio stesso, cio Torino (45 Nord). Per quanto riguarda lumidit esterna, come gi precedentemente enunciato, consideriamo un valore pari a 50%. La potenza termica sensibile espressa come somma di diversi contributi:

dove:

la potenza termica dispersa. la potenza relativa allapporto solare. la potenza relativa agli apporti interni (persone, apparecchiature e illuminazione). la potenza dispersa per ventilazione.

4.1 Calcolo potenza dispersa ore 12

Come nel caso invernale la potenza dispersa pu essere espressa come somma di quella dispersa attraverso le superfici opache e vetrate nel modo seguente:

la la temperatura dellaria esterna corretta tenendo conto delleffetto dellirraggiamento sulle superfici esterne, chiamata temperatura equivalente oppure temperatura aria-sole.Per quanto riguarda , essa funzione di:

a. Massa frontale della parete.b. Esposizione.c. Ora del giorno.d. Temperatura massima giornaliera.e. Temperatura interna (26C).f. Differenza di temperatura massima.g. Colore pareteh. Latitudine.i. Mese.

Il valore di ricavabile da tabelle che pongono dei valori fissi per i seguenti parametri:

colore scuro latitudine pari a 40 Nord (Roma) mese di luglio

Per ogni variazione rispetto a questi parametri fissi bisogna apportare delle modifiche al valore di attraverso lutilizzo di opportuni coefficienti correttivi a loro volta tabellati.

4.1.1 Calcolo masse frontali

Per trovare il valore di necessario conoscere il valore delle masse frontali. Si tratta di un parametro che esprime il rapporto tra la massa e la superficie della parete disperdente, espresso in termini analitici nel modo seguente:

Con i valori espressi nel capitolo 1 riguardo ai dati relativi alla stratigrafia del muro, il calcolo ha fornito il valore di:1

Il valore da ricercare nelle tabelle sar dunque approssimato a 300 .Allo stesso modo, procedendo al calcolo della massa frontale delle restanti pareti disperdenti, si pu giungere ai seguenti risultati:

Il valore approssimato per la ricerca in tabella 400 .

Per la tramezza il valore fisso trovato in tabella sar pari a 100 .

4.1.2 Calcolo massa media

La potenza termica entrante dovuta allirraggiamento non va a influenzare completamente la temperatura dellambiente, si va dunque a considerare una massa media dellambiente dipendente da:

Latitudine Mese Esposizione Accumulo

In questo senso la sua espressione analitica :

In base ai dati gi enunciati nei paragrafi precedenti e alla formula appena scritta, il calcolo ha dato i seguenti risultati, riassunti in tabella:

LocaleMassa media (Kg/m^2)

Open space 1033,55

Reception 1142,56

Ufficio 1 1359,9

Ufficio 21840,52

Ufficio 31425,98

Sala riunioni1332,01

Aula formazione1276,35

Ripostiglio 1205,74

Locale tecnico1219,33

Siccome i risultati per ogni locale mostrano un valore superiore a 730 , ovvero al valore tabellato, prenderemo questo come dato di ricerca nelle tabelle.

4.1.3 Calcolo potenza entrante per apporti solari (Qdo) alle ore 12

Come nel calcolo della potenza dispersa invernale verr mostrato il procedimento per il solo locale Open Space. Per le restanti stanze verranno comunque fornite tabelle riassuntive ottenute per iterazione dei passi esposti.La formula utilizzata per la parete sud la seguente:

Il valore di stato ottenuto dalla tabella differenze di temperatura equivalente per pareti verticali utilizzando come valori di entrata esposizione Sud, massa frontale 300 e ore 12. La stessa formula con i relativi dati tabellati viene usata per tutte le pareti esposte verso lesterno per ogni stanza delledificio. Poich il valore 6C si riferisce a una differenza di temperatura fra uguale a 8C, mentre nel nostro caso, per ipotesi effettuate, uguale a 5C, siamo costretti a dover fare una serie di correzioni della .

Prima correzione

Utilizzando la tabella correzione per le differenze di temperatura equivalente si trover un valore di correzione uguale a -3C, da utilizzare secondo la seguente formula:

Seconda correzione

legata al colore della parete. Poich ledificio in questione possiede pareti di colore chiaro, la modifica sar effettuata nel seguente modo:

Dove il coefficiente b relativo allassorbimento di una generica parete scura ed pari a 0,9 mentre Il termine a rappresenta il coefficiente di assorbimento di una parete chiara o media ed pari a 0,5 nelle pareti verticali o 0,7 per quelle orizzontali.

Terza correzione

Dovuta alla differente latitudine a cui si trova Torino rispetto a Roma. Si esprime nel seguente modo:

I valori Rs e Rm si trovano nella tabella 7.V (radiazione solare massima attraverso il vetro semplice). Rs la radiazione solare massima per lesposizione per il mese e per la latitudine di Torino mentre Rm simile ma calcolato per la latitudine di Roma.

Nella tabella vengono riportati i valori di (pari al valore finale) per ogni locale e per ogni orientazione delle pareti.

NordSudOvestEstCopertura

Localedelta T eq. Fin.delta T eq. Fin.delta T eq. Fin.delta T eq. Fin.delta T eq. Fin.

Open Space0,002,01-0,690,004,00

Ufficio 10,002,010,000,004,00

Ufficio 20,002,010,007,384,00

Ufficio 30,000,000,007,384,00

Sala riunioni0,000,000,007,384,00

Aula formazione-1,920,000,007,384,00

Una volta ottenuti i valori sopra riportati possibile infine applicare la formula per il calcolo di Qdo. Nel caso dellOpen Space si otterr:

In tabella vengono riportati i valori di Qdo totali per ogni locale.LocaleQdo (kW)

Open Space0,55

Reception0,03

Ufficio 10,05

Ufficio 20,04

Ufficio 30,03

Sala riunioni0,05

Aula formazione0,14

4.1.4 Calcolo potenza entrante attraverso superfici vetrate ore 12 (Qdv)

Nel seguente paragrafo verr illustrato il procedimento di calcolo della potenza fornita attraverso le superfici vetrate dovuta dalla differenza di temperatura tra interno e esterno. Alla luce delle stesse considerazioni fatte in sede di calcolo di Qdo , possiamo procedere attraverso lapplicazione della seguente formula. Nel caso dellOpen Space:

Il valore di stato ottenuto dalla tabella I come sottrazione tra la temperatura media riscontrata a Torino nel periodo pi caldo, alle ore 12 della stagione estiva e con la temperatura interna imposta dalle ipotesi iniziali. Come per i casi precedenti il calcolo per i restanti locali, per le varie pareti esposte, viene riassunto in tabella.

LocaleQdv (kW)

Open Space0,55

Reception0,00

Ufficio 10,03

Ufficio 20,02

Ufficio 30,01

Sala riunioni0,03

Aula formazione0,08

4.2 Calcolo potenza dispersa ore 15 (Qd)

Seguendo tutti i procedimenti descritti nel paragrafo 4.1 e seguenti, si giunge ai risultati riportati nella tabella seguente.

LocaleQdo (kW)Qdv (kW)

Open Space1,561,19

Reception0,080,00

Ufficio 10,210,1

Ufficio 20,140,08

Ufficio 30,090,08

Sala riunioni0,080,05

Aula formazione0,260,18

4.3 Calcolo degli apporti solari (Qs)

Si tratta, in questo paragrafo, di valutare gli apporti esterni dovuti alla radiazione solare. Ovviamente, come superfici trasmettenti si considereranno soltanto quelle vetrate. Gli effetti dellirraggiamento solare vanno ricercati non soltanto nellaumento di temperatura dellaria, ma anche nellassorbimento da parte della struttura interna che, a sua volta, aumenter il proprio livello termico. Il contributo in oggetto stato valutato attraverso la seguente equazione:

Dove:

il coefficiente di shading, ossia il rapporto tra la radiazione solare massima attraverso il vetro usato (vetro doppio) e la radiazione solare massima attraverso il vetro semplice. Nel nostro caso questo valore si attesta a 0,9. , valore della radiazione massima attraverso il vetro semplice alla latitudine di Torino nel mese di luglio (varia al variare dellorientazione della parete rispetto ai punti cardinali). la superficie vetrata. , fattore legato allintelaiatura della superficie vetrata. , fattore di ombreggiatura. Nel nostro caso, vista lassenza di schermi, risulta pari a 1. , fattore di accumulo, il suo valore funzione del tempo e dellorientazione. Il dato stato preso dalla tabella 7.VIa.

Nel caso delOpen Space:

Lunico parametro di quelli descritti in precedenza che varia al variare dellora della giornata il fattore di accumulo. Per questo motivo il calcolo per gli apporti solari di ogni stanza stato ripetuto sia per le ore 12 che per le ore 15. In tabella, in linea con lo schema espositivo usato finora, viene fornita una panoramica dei risultati ottenuti nei due casi.

LocaleQs (kW) ore 12Qs (kW) ore 15

Open Space7,510,27

Reception0,000,00

Ufficio 10,490,7

Ufficio 20,320,43

Ufficio 30,40,5

Sala riunioni0,720,8

aula formazione1,561,8

TOT.10,9914,5

Come gi verificato per il caso di Qd, il momento di carico massimo per quanto riguarda gli apporti solari cade alle ore 15.

4.4 Calcolo apporti interni (Qi)

Sono generati da apparecchiature elettroniche, illuminazione interna e persone. Per il calcolo si fa riferimento alle seguenti ipotesi per la quantificazione delle grandezze in gioco:

Apporto per PC = 300 W Apporto per persone = 60 W Apporto illuminazione per m2 da illuminare = 20 W

In base a quanto detto, possiamo definire il Qi come:

Nel caso dellOpen Space:

In tabella viene dato un quadro complessivo. Il numero di persone e PC stato ipotizzato in base al tipo di locale che si stava analizzando.

LocaleNum. Pers.Num. PCApporto illuminazione (kW)Apporto PC (kW)Apporto pers. (kW)Qi (kW)

Open Space50508,3915,003,0026,39

Reception220,410,60,121,13

Ufficio 1110,510,300,060,87

Ufficio 2110,220,30,060,58

Ufficio 3110,220,300,060,58

Sala riunioni1010,220,300,61,12

Aula formazione3021,260,601,83,66

TOTALE34,33

4.5 Calcolo potenza termica persa per ventilazione (Qvent.)

In base alle ipotesi gi fatte per il calcolo degli altri contributi, possiamo definirlo e calcolarlo per lOpen Space nel modo seguente:

Nei calcoli, il valore di 1,2 si riferisce alla densit dellaria: utile a trasformare la portata volumetrica in portata massica richiesta nella formula.Siccome la test,reale varia al variare dellorario della giornata, come per i casi precedenti, occorre calcolare un valore di Qvent sia per le ore 12 sia per le ore 15. Il calcolo sopra riportato si riferisce alle ore 12 mentre, per gli altri locali e le ore 15 in generale, si faccia riferimento alla tabella sottostante.

LocaleQvent. (kW) ore 12Qvent. (kW) ore 15

Open Space1,473,15

Reception0,060,13

Ufficio 10,030,06

Ufficio 20,030,06

Ufficio 30,030,06

Sala riunioni0,30,63

Aula formazione0,881,89

TOTALE2,85,98

4.6 Carichi termici locale per localeIn questo paragrafo vengono illustrati graficamente i carichi termici dei locali che verranno raffrescati in fase estiva.

4.7 Conclusioni

Esattamente come per il caso invernale, visto che si dispone ora di tutti i contributi utili al calcolo di Qsens. possibile fornire un quadro generale della situazione in modo da rendere pi chiare le quantit messe in gioco. Nel grafico sottostante, dunque, si sono voluti rappresentare i vari contributi che, sommati, rappresentano il valore di potenza su cui dovr essere dimensionato lintero impianto.

Capitolo 5 UTA

Nel caso di impianti di riscaldamento e raffrescamento dellaria non domestici, come quello di cui si doter ledificio oggetto del lavoro, si soliti avvalersi di unUTA, acronimo di Unit di Trattamento dellAria. Si tratta essenzialmente di una macchina che ha lo scopo di aspirare laria esterna, trattarla e immetterla allinterno degli ambienti in condizioni termodinamiche adatte alla stagione presa in considerazione. composta da diversi componenti che svolgono funzioni specifiche per il raggiungimento dellobiettivo finale. In particolare, partendo dallesterno fino a giungere allinterno, possiamo distinguere:

Serranda di presa: elemento attraverso il quale lunit si approvvigiona del flusso daria esterno necessario. Filtro aria: elemento utile a ripulire il flusso daria aspirato dagli agenti macroscopici dannosi se immessi nellambiente da trattare. Batteria di pre-riscaldamento: si tratta in sostanza di uno scambiatore di calore aria/acqua che serve, nella stagione invernale, ad aumentare la temperatura dellaria altrimenti troppo bassa per poter subire le trasformazioni termodinamiche successive. Presenta alla mandata una valvola a tre vie in grado sia di regolare la portata di acqua calda in inverno, sia di funzionare come by-pass nella stagione estiva. Lavatore adiabatico: elemento composto da una serie di ugelli in grado di spruzzare micro particelle di acqua nel flusso daria cos da elevare la sua umidit relativa, e da una vasca collegata ad una pompa che funge da raccoglitore dellacqua da iniettare. Batteria di raffreddamento e deumidificazione: nella fase estiva il primo componente termodinamico con il quale viene a contatto laria esterna. Si tratta di uno scambiatore di calore aria / acqua in grado di diminuire la temperatura del flusso trattato e allo stesso tempo deumidificarlo. Per questo motivo la temperatura dellacqua che scorre nella batteria deve essere inferiore alla temperatura di rugiada del flusso daria trattato. Come nel caso della batteria di pre-riscaldamento si prevede la presenza alla mandata di una valvola a tre vie con lo stesso scopo. Batteria di post-riscaldamento: scambiatore aria/acqua con le stesse caratteristiche enunciate per le altre due. La sua funzione duplice ed legata alla stagione di funzionamento. In fase invernale il suo ruolo di riscaldare laria che, dopo il processo di umidificazione, presenta propriet di temperatura e umidit relativa non idonee alla sua diretta immissione in ambiente. In estate, al contrario, il suo scopo quello di riportare, a seguito del passaggio in batteria di raffreddamento e deumidificazione, lumidit del flusso daria ad un valore ideale per il confort dellambiente interno (50%). Ventilatore: elemento meccanico che serve a immettere il flusso daria coretto in ambiente.

A titolo puramente esemplificativo viene fornito uno schema di una generica UTA.

5.1 Funzionamento nel periodo estivo5.1.1 Definizione portate

Nel periodo estivo il compito dellunit di trattamento dellaria quello di raffreddare con deumidificazione attraverso lutilizzo di una batteria fredda e di riportare laria, attraverso una batteria calda, ad adeguati valori di temperatura e umidit.Per il calcolo della portata daria si fa un bilancio della massa usando lambiente di climatizzazione come superficie di controllo:

Dove: la portata di vapore prodotta nellambiente principalmente dalle persone per le quali stata ipotizzata unimmissione di 90 grammi allora.

la portata daria primaria che deve essere trattata dallUTA. Considerando lipotesi di un ricambio daria pari a 40 prevista dalla normativa UNI 10339, si ha:

5.1.2 Capisaldi dellimpianto

Punto E- aria esterna

Solo le condizioni termodinamiche dellaria esterna prelevata dallimpianto. Dai dati di progetto sono noti temperatura e umidit:

Dal diagramma di Mollier possibile ricavare il titolo e lentalpia specifica:

Punto A- ambiente internoSono noti i valori di progetto di temperatura e umidit da mantenere nellambiente condizionato:

Dal diagramma di Mollier si ricavano i corrispondenti valori del titolo e dellentalpia specifica:

Punto I- condizioni di immissioneIn questo caso non abbiamo dati di progetto diretti per siamo in grado di ricavare alcune grandezze. Mettendoci a cavallo delledificio e applicando il bilancio di massa:

La temperatura di immissione, poi, leggermente inferiore a quella dellambiente interno. Ipotizzando una differenza di 3C:

A questo punto si pu utilizzare il diagramma di Mollier per ricavare le grandezze fondamentali ancora ignote:

Le batterie sono studiate in modo che la maggior parte della portata daria entri in contatto con la superficie di scambio cos da eseguire la trasformazione desiderata. Esiste per una piccola percentuale dellaria considerata che riesce ad attraversare la batteria senza subire alcuna trasformazione, miscelandosi con la rimanente parte alla fine del processo. Si tiene conto di questo fenomeno attraverso il fattore di by-pass che nel nostro caso stato scelto pari al 10%. Per questo motivo si costretti a raffreddare di pi in modo che dopo il miscelamento si abbiano le condizioni di I desiderate. In particolare, partendo dalle condizioni esterne E, si raffredda fino al punto C, del quale possiamo conoscere il titolo, grazie al bilancio di massa nella miscelazione, e lumidit relativa imposta al 100%. Il punto B si trover come intersezione tra la retta iso-titolo passante per I e la retta E-C che descrive il processo di raffreddamento.Punto CConsiderando un fattore di by-pass pari al 10%, possiamo scrivere il seguente bilancio di massa:

Da cui possibile ricavare il titolo xc:

Considerato poi che, per ipotesi, il punto deve necessariamente trovarsi su , possiamo ricavare le rimanenti grandezze fondamentali con il grafico di Mollier:

Punto BLe caratteristiche si trovano per via grafica. B si trova infatti come intersezione tra la retta iso-titolo passante per il caposaldo I e la retta che unisce i punti E e C. Possiamo quindi definire:

Ora possibile inserire i capisaldi trovati allinterno del grafico di Mollier in modo da rendere pi esplicite le trasformazioni che costituiscono il trattamento estivo dellaria. Di seguito, in figura, possibile visualizzare quanto appena descritto.

5.1.3 Potenze e portate richieste

Siamo ora nelle condizioni di poter calcolare le potenze richieste nelle batterie per effettuare le trasformazioni che i capisaldi impongono. Come gi anticipato, nel periodo estivo, le batterie in funzione sono quella di raffreddamento e deumidificazione e quella di post-riscaldamento. Le potenze richieste si possono quindi calcolare attraverso bilanci entalpici a cavallo tra le batterie in funzione:

Inoltre, possibile calcolare la portata di acqua nel processo di deumidificazione, ossia della portata di acqua condensata nella batteria di raffreddamento e deumidificazione:

5.2 Funzionamento periodo invernale

Le portate saranno le medesime considerate per la fase estiva, sia per quanto riguarda la portata di vapore sia per la portata di aria . Sempre facendo riferimento allo schema dellUTA sopra riportato, il flusso daria prelevato dallesterno subisce 3 trasformazioni fondamentali:1) Riscaldamento a titolo costante allinterno della batteria di riscaldamento, linea E-B sul grafico.2) Umidificazione del flusso attraverso lo spruzzamento di acqua nebulizzata e successivo passaggio attraverso una rete snebbiatrice in grado di raccogliere lacqua in eccesso, nel grafico corrisponde al tratto B-C.3) Riscaldamento a titolo costante nella batteria di post-riscaldamento, linea C-I nel grafico.

5.2.1 Calcolo dei capisaldi

Punto E- condizione esterneIn base ai dati di progetto conosciamo temperatura e umidit:

E triviale dunque ricavare dal grafico di Mollier le altre due grandezze fondamentali:

Punto A- condizione ambienteI valori di temperatura e umidit da mantenere allinterno delledificio sono noti:

Per quanto riguarda entalpia specifica e titolo, per via grafica sono facilmente ottenibili i seguenti valori:

Punto I- condizione allimmissioneLa portata in queste condizioni deve garantire il mantenimento dei valori di temperatura e umidit presentati nellesposizione del punto A. Tramite un bilancio di massa, lato vapore, possibile calcolare il titolo che deve possedere il flusso daria immesso per garantire le condizioni di progetto:

E molto importante notare come il valore appena calcolato sia completamente indipendente dalle condizioni presenti allesterno. Bisogna invece rilevare la sua stretta dipendenza sia dai parametri che definiscono lo stato termo fisico dellambiente interno sia dai dati puramente di progetto quali il numero di occupanti e lattivit da loro svolta. Da questi derivano infatti la portata di vapore e la portata associata ai ricambi necessari per la salubrit dellambiente.La temperatura tI stata scelta evitando che laria immessa fosse fonte di disconforto localizzato:

Punto C il punto che definisce lo stato termo fisico dellaria dopo il passaggio nel lavatore adiabatico. Questo processo soggetto al rendimento di umidificazione del componente, ovvero il grado di umidit relativa che riesce a imporre al flusso daria rispetto a quella teorica che si attesta al 100%. Lefficienza scelta del 95%, motivo per il quale il punto C star sulla curva =95%. Allo stesso tempo, per, essa deve garantire lo stesso titolo del punto I, essendo la trasformazione successiva di post-riscaldamento una trasformazione iso-titolo. Il punto C risulta essere quindi univocamente definito sul diagramma di Mollier e presenta le seguenti caratteristiche:

Punto BRicordando che la trasformazione di umidificazione sia adiabatica che isoentalpica, possiamo trovare le caratteristiche del punto B per le quali la trasformazione isoentalpica passante per il punto C interseca la curva iso-titolo alle condizioni E. E possibile in definitiva affermare che il punto B risulta essere unicamente definito sul grafico di Mollier e presenta le seguenti caratteristiche:

5.2.2 Potenze e portate richieste

Sempre eseguendo bilanci entalpici a cavallo delle batterie funzionanti nellUTA, possibile calcolare le potenze richieste allimpianto per mantenere le condizioni di progetto ipotizzate, quindi:

Si potr poi calcolare la portata di acqua necessaria a garantire lumidificazione richiesta dalle condizioni appena descritte, e in seguito dimensionare in modo corretto la pompa di circolazione che in grado di garantirla. In realt, per, siccome le portate da garantire sono piuttosto esigue, il dispositivo dispone gi dei dovuti organi di trasporto delle portate. In ogni caso:

5.3 Dimensionamento batterie UTA

Le batterie sono organi statici composti da un numero di ranghi ben definito, a loro volta caratterizzati da tubi di rame alettati e allinterno dei quali scorre lacqua in grado di cedere o asportare la potenza richiesta. Le alettature servono ad aumentare la superficie di scambio termico tra aria e acqua in modo da diminuire il pi possibile la quantit di aria che passa allinterno della batteria senza subire alcuna trasformazione. I tubi sono collegati tra loro in modo che la velocit del fluido che vi scorre allinterno sia dappertutto uguale. Riassumendo, quindi, i parametri fondamentali per una batteria sono:

Passo tra le alette; Passo tra i tubi di rame; Numero di ranghi, Area frontale;

5.3.1 Batteria riscaldamento da 31 kW e di post-riscaldamento da 25 kW

Iniziamo col dimensionare la batteria di riscaldamento che verr impiegata solo nel periodo invernale. In particolare, si procede al dimensionamento della sola batteria di preriscaldamento perch quella di post-riscaldamento ha una potenza inferiore e, pertanto, il numero di ranghi risulter minore.

Si parte calcolando l'area frontale a partire dalla portata e imponendo la velocit dell'aria () pari a 2,5 m/s: viene utilizzato questo valore di velocit perch riesce a mantenere un connubio tra costi di ventilazione e limitata rumorosit dovuta alla circolazione dell'aria stessa.

Con questo valore di si sceglie il modello di UTA commerciale da catalogo. Nel nostro caso si voluto optare per il modello CT 08 della ditta Galletti con seguenti condizioni di progetto: Come si pu notare, i valori presi da catalogo sono molto prossimi a quelli desiderati, calcolati in precedenza. Poich, per, variato, anche se di poco, il valore di , conveniente calcolare di nuovo la , che chiameremo :

Per continuare nel dimensionamento necessario conoscere le temperature dei due fluidi che partecipano allo scambio termico. Per ipotesi, si considera che l'acqua calda sia prodotta da una caldaia e la temperatura di ingresso nella batteria sia di 50C e in uscita a 40C. Per quanto riguarda le temperature dell'aria si utilizzano i dati precedentemente calcolati, ossia e .Poich lo scambio termico all'interno delle batterie avviene in controcorrente, la potenza scambiata pu essere espressa come:

con

U il coefficiente di scambio termico espresso in l'area frontale espressa in il numero di ranghi la differenza di temperatura logaritmica media espressa in C

Il valore di U viene trovato grazie all'impiego di un grafico che mette in relazione il coefficiente di scambio termico con la velocit dell'acqua e dell'aria. La velocit dell'acqua viene ipotizzata pari a 1 m/s. Anche questo valore di velocit, come nel caso dell'aria, un dato standard che permette di limitare i costi di pompaggio e la rumorosit. Inoltre si considerano una distanza tra ranghi di 19 mm, un passo tra tubi di 25 mm ed una distanza tra alette pari a circa 2 mm.Otteniamo dunque:

Ora siamo in grado di calcolare il numero di ranghi.

Il valore dei ranghi ovviamente deve essere un numero intero di conseguenza verr scelto un pari a 2.

Allo stesso modo possiamo calcolare il numero di ranghi della batteria di post-riscaldamento da 24 kW, utilizzando i seguenti valori:

Con questi valori si ottiene:

Anche in questo caso doveroso prendere un numero di ranghi intero, per cui si approssima per eccesso a 2.

5.3.2 Batteria di raffrescamento e deumidificazione - 55 kW

Per calcolare il numero di ranghi, come nel caso precedente, dobbiamo conoscere il valore del coefficiente di scambio termico U anche in questo caso ottenuto da un diagramma che lo mette in correlazione con la velocit dell'aria e dell'acqua (valori fissati rispettivamente a 2,3 m/s e 1m/s, come nel caso precedente). Otteniamo dunque:

Poich il valore di U espresso in questa volta non dobbiamo pi fare riferimento alla , bens alla differenza logaritmica media di entalpia. I valori di entalpia per quanto riguarda l'aria si trovano dal grafico di Mollier dell'aria umida: ( e () . Per il calcolo dell'entalpia lato acqua guardo il punto in cui le isoterme passanti per il 7C e 12C intersecano =1, e i valori dell'entalpia corrispondenti (.

Trovo dunque un numero di ranghi con:

Come nel caso precedente si arrotonda all'intero successivo .

I ranghi nella batteria fredda sono maggiori rispetto a quella calda perch la differenza di temperatura tra i due fluidi pi bassa e ci necessario per ottenere la stessa potenza.Terminato il dimensionamento devo verificare che il fattore di by-pass ipotizzato pari a 10% sia stato rispettato. Impiego il grafico che mette in relazione il fattore si by-pass con la velocit dell'aria e il numero di ranghi e trovo che il valore 0,045 ossia molto minore del valore ipotizzato (f=0,01).Capitolo 6 rete aria

La movimentazione dellaria viene effettuata tramite ventilatori, il cui range di funzionamento descritto da curve caratteristiche simili a quelle utilizzate per le pompe. Come si evince dal grafico sottostante, il punto di funzionamento ottimale definito dallintersezione tra la caratteristica motrice del ventilatore e la curva resistente.

Il lavoro massico necessario per la distribuzione dellaria si ricava dalla seguente formula, dove si ipotizza lincomprimibilit dellaria il cui valore si assesta intorno alla pressione ambiente:

Le perdite di pressione si dividono in distribuite e concentrate. Le perdite distribuite vengono calcolate come:

Tali perdite diminuiscono al crescere del diametro dei condotti, ma, daltro canto, aumenta parallelamente il costo dellimpianto. E quindi necessario in fase di progettazione ottenere il miglior compromesso tra diametro delle tubazioni e cadute di pressione in modo da minimizzare i costi. Le perdite concentrate vengono calcolate come:

Si verificano in presenza di deviazioni dei condotti o di singolarit, e solitamente sono fornite dal costruttore.Nelle formulazioni elencate si utilizza il diametro effettivo in caso di condotti circolari, mentre per altre forme (ad esempio rettangolari) si impiega la definizione di diametro idraulico, ovvero il diametro di un condotto circolare equivalente che genera le medesime perdite di carico a parit di fattore dattrito e velocit di deflusso:

Qualora si preferisca utilizzare direttamente il valore della portata in massa si adotta la definizione di diametro equivalente, ovvero il diametro di un condotto circolare equivalente che genera le medesime perdite di carico a parit di fattore dattrito e portata in massa:

Dove a e b indicano il lato maggiore e minore della sezione rettangolare.

Metodi per il dimensionamentoNella pratica progettuale esistono tre criteri per il dimensionamento dei condotti attraverso i quali si distribuisce laria trattata nellUTA:1. Metodo di calcolo a perdita di carico lineare costante 2. Metodo di calcolo a riduzione di velocit 3. Metodo di calcolo a recupero di pressione staticaIl metodo utilizzato nella trattazione sar il primo.Per il dimensionamento dei condotti si fa riferimento a una procedura grafica utilizzando un apposito diagramma logaritmico che riporta in ascissa la portata volumetrica dellaria e in ordinata la perdita di carico per unit di lunghezza. Nellarea del grafico sono tracciate curve al variare di parametri come la velocit di deflusso nei condotti e il diametro equivalente dei condotti stessi. Lutilizzo di questo diagramma prevede solitamente di fissare un valore di perdita di carico lineare (assumendolo per esperienza o con riferimento a evidenze sperimentali) e quindi, conoscendo la portata da smaltire in ogni punto della rete, determinare il diametro equivalente richiesto per realizzarla. Fissato il punto di lavoro, risulta nota anche la velocit di deflusso in quel ramo della rete di distribuzione.

Tale grafico stato elaborato a partire dai risultati riportati nel diagramma di Moody fissando un valore di rugosit relative e facendo variare parametricamente velocit dellaria e diametro del condotto e ottenendo le perdite di carico lineari per un certo valore di portata.

6.1 Struttura impianto aria

6.2 Calcolo perdite di carico

Per valutare le perdite di carico complessive all'interno dell'unit di trattamento dell'aria procediamo analizzando ogni singola componente.In base al numero di persone, ai ricambi d'aria ipotizzati nei capitoli precedenti e a una velocit dell'aria , tipica per edifici pubblici, possiamo ricavare la sezione teorica del condotto aspirazione:

Il valore della sezione tabellato, e quindi da noi adottato, risulta pari a A=0,18. A tale valore corrispondono le seguenti grandezze:

Con i dati ricavati, utilizzando il grafico di Moody possibile stabilire il valore della perdita di pressione in distribuzione:

Questo valore rimarr costante per tutti i condotti. Le perdite di carico nei vari componenti del sistema di fornitura dell'aria dovranno essere compensati da un ventilatore in grado di fornire la prevalenza necessaria al corretto funzionamento dell'impianto.

6.2.1 Perdite di carico componenti UTA

ImboccoParte di collegamento tra l'esterno e l'UTA, la caduta di pressione determinata dalla somma tra la perdita localizzata dovuta al brusco restringimento dell'ingresso e la perdita di pressione distribuita nel tratto ambiente esterno-UTA.

= 11,2 Pa

Dove =0,5 (brusco restringimento di sezione)

Ingresso UTADetermina una caduta di pressione localizzata dovuta ad un brusco allargamento della sezione del condotto.

Per brusco allargamento della sezione dal condotto allUTA

FiltriIn base ai valori forniti dalle tabelle della normativa ASHRAE il valore della caduta di pressione risulta la somma di un filtro grossolano (filtri normali) e un filtro fine (ad alto rendimento).

I millimetri di colonna dacqua sono convertiti in Pascal tramite un fattore 10, invece del pi esatto 9,81, per ragioni di semplicit e con la consapevolezza di sovrastimare le perdite di carico, mantenendosi quindi in una condizione cautelativa.

Batteria di riscaldamentoAnche in questo caso le cadute di pressione sono fornite dalle normative ASHRAE.

Batteria freddaLe tabelle impongono il valore:

Il valore superiore alla batteria calda perch quella fredda ha un numero maggiore di ranghi.

Batteria di post-riscaldamentoUguale a quella di riscaldamento.

6.2.2 Perdite di carico alla mandata

Tratto verticale dall'UTA all'Open Space

Parte dell'impianto che collega l'UTA alla rete di distribuzione dell'edificio che si trova nel controsoffitto e il cui imbocco si trova nell'angolo Sud-Est dell'Open Space. La lunghezza di tale tratto pari a 7 m, ossia la somma tra l'altezza della stanza (4m) e la lunghezza del condotto sotterraneo.

Open SpaceUna volta raggiunto il controsoffitto la conduttura principale dellimpianto di immissione dellaria si diramer in pi appendici sia allinterno del locale considerato, sia negli uffici ad est, sia nella sala riunioni. Lobiettivo quello di calcolare la caduta di pressione maggiore al fine di poter dimensionare il ventilatore. Abbiamo suddiviso il condotto principale in 4 diramazioni ciascuna della quale presenta 5 diffusori. Con questa suddivisione, ogni condotto secondario dovr fornire laria necessaria alla ventilazione a garantire i corretti ricambi calcolati per 12,5 persone (valore ottenuto dividendo il numero ipotizzato di persone allinterno del locale per il numero di diramazioni, ovvero 50 persone divise su 4 diramazioni). La portata per ogni diramazione sar dunque:

a) Tratto di condotto fino alla prima diramazione:Dallorganizzazione delle condutture da noi effettuata risulta che la distanza dal condotto verticale fino alla prima diramazione risulta pari a 3,84 m. Poich, per ipotesi, la caduta di pressione su unit di lunghezza possiede un valore costante otteniamo che la perdita derivante sar:

b) Prima diramazione:Come gi accennato deve fornire una portata volumetrica di 500 opportunamente spartita nei vari ugelli. Per tutto il resto del condotto si considera ., per cui, anche grazie al valore di portata noto, possibile ricavare dal grafico di Moody il diametro del condotto. Successivamente grazie ai valori tabellati stato ottenuto il valore della sezione rettangolare con la misura dei conseguenti lati.

Il procedimento appena illustrato viene reiterato per ogni tratto tra i vari diffusori, la sua utilit risiede nella necessit di dimensionare i tratti di condotto in maniera da rispettare le portate imposte. Il calcolo ha riportato i seguenti risultati:

Prima diramazione

Diffusore Portata volumetrica (l/s)Diametro equivalente (m)Velocit (m/s)a (m)b (m)

1138,90,2093,700,250,15

2111,10,1883,700,20,15

383,30,1633,700,150,15

455,60,1632,470,150,15

527,80,1331,850,150,1

c) Giunto T1:Allinterno del giunto avviene una perdita di pressione localizzata espressa come:

dove un valore che dipende dal rapporto . Le velocit sono state valutate come rapporto tra la portata volumetrica e area delle sezioni interessate dal giunto. Si ottiene .

La perdita di pressione quindi .d) Tratto di condotto tra prima e seconda diramazione:Con la diminuzione di portata nel condotto principale, da 3960 a 3460 m3/h bisogna controllare di quanto varia il diametro equivalente del condotto. Con il diagramma di Moody da noi utilizzato la differenza non apprezzabile, di conseguenza si assumono le stesse dimensioni lungo questo tratto di condotto. La lunghezza del tratto di 3,5 m che viene considerata costante per tutte le diramazioni presenti nellOpen Space. Poich anche il stato ipotizzato costante, le cadute di pressione saranno identicamente uguali a 3,85 Pa. La seconda diramazione, come quelle successive, avranno le stesse caratteristiche di quelle descritte per la prima. Di conseguenza si rimanda alla tabella per i vari dati calcolati.

e) Giunto a T2:In seguito alla variazione di portata dovuta alla prima diramazione, cambier anche il valore della velocit di ingresso nel giunto. Occorre quindi ricalcolare il rapporto utile alla determinazione del coefficiente , per il quale e .

f) Giunto a T3:La distanza dal giunto a T2 pu essere trascurata perch molto bassa. Esso serve a portare laria nei locali a est delledificio. Nellipotesi di unoccupazione della zona di 12 persone, risulta che la portata volumetrica necessaria a garantire i corretti ricambi daria sia pari a 480 m3/h. Siccome la portata non risulta essere apprezzabilmente differente da quella circolate nelle diramazioni dellOpen Space, riteniamo di far rimanere invariate anche le grandezze da essa derivanti. In conclusione le perdite di carico localizzate nel giunto saranno pari a quelle del giunto a T2, uguali quindi a . g) Tratto tra la seconda e terza diramazione:In base alle ipotesi risulta identica al precedente tratto.Dopo i due giunti a T abbiamo una forte variazione di portata a causa delle diramazioni che si sono presentate. Questo porta necessariamente ad una variazione nelle dimensioni caratteristiche del tratto. In particolare, con un valore di portata pari a 2480 m3/h, utilizzando il grafico di Mody, risulta:

h) Giunto a T4:Si tratta del giunto a T relativo alla terza diramazione. Il coefficiente dipende dal rapporto . Si ottiene .

i) Tratto tra terza e quarta diramazione:Per ipotesi uguale agli altri tratti.

j) Quarta diramazione:Il caso va trattato in maniera identica alle diramazioni 1,2 e 3. Ci che cambia il valore di portata che rimane dopo la diramazione nel condotto principale ossia 1520 m3/h (ottenuto togliendo alla portata daria il valore di 500). In base a questo valore, sfruttando il grafico di Moody:

k) Giunto T5:Si tratta del giunto a T relativo alla quarta diramazione. Il coefficiente dipende dal rapporto . Si ottiene .

l) Tratto tra giunto a T5 e curva a 90 direzione Est:

m) Curva a 90 direzione Est:Si assume che la curva considerata sia una curva rettangolare con una sola direttrice con e D. Dal valore di si ricava il rapporto tra lunghezza equivalente della curva L e la dimensione D caratteristica della curva: . La lunghezza equivalente della curva risulta quindi pari a . Sulla base di tale valore e della caduta di pressione per unit di lunghezza si valuta la caduta di pressione:

Sala riunioniIn questo paragrafo viene analizzata la zona Est delledificio che comprende la sala riunioni, essendo questa lappendice pi gravosa dellimpianto in termini di cadute di pressione che il ventilatore deve essere in grado di colmare. E infatti la zona pi lontana in termini di distanza dallimbocco (situato nellOpen Space) sulla quale, pertanto, graver la caduta di pressione di tutti i tratti precedentemente analizzati. Rispetto alle ipotesi fatte, abbiamo sommato il numero di persone abitualmente presenti allinterno della sala riunioni (10 persone) alle persone che si trovano in quei locali non ventilati con limpianto. Le persone ipotizzate allinterno del locale sono quindi 38 a cui corrisponde una portata di 1440 . In realt, nella parte delledificio considerata, vi sono abitualmente meno persone. Il numero stato sovrastimato considerando anche coloro che potrebbero accedervi o che si trovano in locali adiacenti non climatizzati. Le parti dellimpianto in questione sono:

a) Tratto tra curva a 90 verso Est e giunto a T6:La lunghezza del tratto in questione ricavata dal disegno in pianta . La caduta di pressione risulta .b) Quinta diramazione:In questa diramazione scorre la met della portata prevista per questa zona, ovvero un valore di 760. Questa si suddivider, per limmissione in ambiente, in tre ugelli. In tabella vengono riportati i dati per il calcolo della caduta di pressione totale.

Quinta diramazione

Diffusore Portata volumetrica (l/s)Diametro equivalente (m)Velocit (m/s)a (m)b (m)

1211,10,2434,220,250,2

2140,70,2093,750,250,15

370,40,1632,810,250,1

c) Giunto a T6:Si tratta del giunto a T relativo alla sesta diramazione. Il coefficiente dipende dal rapporto . Si ottiene .

d) Curva a 90 verso Sud:Si tratta della curva a 90 che consente la distribuzione dellaria nella sala riunioni mediante due diramazioni equidistanti. Anche in questo caso si assume che la curva sia una curva rettangolare con una sola direttrice con e D. Ovviamente si ottengono gli stessi valori calcolati per la curva a 90 verso est che interessa il medesimo condotto: ..

e) Tratto fino a diffusore finale:La lunghezza della sala riunioni . La caduta di pressione risulta .

Nei grafici seguenti vengono riportate le cadute di pressione dellimpianto considerando i 2 ugelli ritenuti pi gravosi in termini perdite di pressione.

-Diffusore n 20, cio quello nella zona Nord Ovest dell'Open Space.

TrattoPressione relativa (Pa)

Imbocco UTA-11,2

Ingresso UTA-14,1

Filtri-204,1

Batteria di riscaldamento-254,1

Batteria fredda-384,1

Batteria post-riscaldamento-434,1

Ventilatore117,41

Condotto verticale109,71

Da Condotto Verticale a T1105,49

Giunto a T189,03

Recupero statico94,32

Da T1 a T290,47

Giunto a T275,25

Giunto a T360,03

Da T3 a T456,18

Giunto a T441,36

Da T4 a T537,51

Giunto a T522,7

Recupero 5 diramazione42,8

5 diramazione23

Recupero 4 diffusore27

Diffusore 50

La caduta di pressione lungo tutto il condotto 551,5 Pa.

-Ora analizziamo il diffusore n26 che si trova nell'Aula Formazione nella zona Sud-Est.

Tratto

Imbocco UTA-11,2

Ingresso UTA-14,1

Filtri-204,1

Batteria di riscaldamento-254,1

Batteria fredda-384,1

Batteria post-riscaldamento-434,1

Ventilatore132,65

Condotto verticale124,95

Da codotto erticale a T1120,73

Giunto a T1104,27

Recupero statico109,56

Da T1 a T2105,71

Giunto a T290,49

Giunto a T375,27

Da T3 a T471,42

Giunto a T456,6

Da T4 a T552,75

Giunto a T537,94

Recupero giunto T549,59

Da T5 a curva 90 est45,74

Curva 90 est43,1

Da curva a giunto T634,3

Giunto a T615,05

Recupero statico giunto T629,05

Tratto finale21,05

Recupero primo diffusore23,3

Recupero secondo diffusore27

Diffusore0

La caduta di pressione lungo tutto il condotto 566,15 Pa.

Il diffusore pi svantaggiato dunque quello posizionato nell'aula formazione. Per fare in modo che la pressione sia uguale anche nei rami meno svantaggiati vengono inserite delle serrande in grado di produrre delle perdite di carico ed equilibrare il sistema.6.3 Considerazioni generali rete di estrazione aria

Allo stesso modo in cui stata prevista una rete di immissione dellaria allinterno dei locali delledificio, bisogna prevedere una rete di estrazione dellaria immessa. Questa stata fatta correre lungo le pareti perimetrali dell0pen Space, degli uffici e delle aule di formazione. La tubazione passer allinterno del controsoffitto e prevedr griglie di aspirazione dellaria. Questa soluzione comporta il rischio di by-pass del sistema, tuttavia, dato lo spessore minimale dei muri esterni delledificio sarebbe stato difficoltoso trovare una soluzione impiantistica alternativa. Laspirazione consiste in un prelievo di aria minore della portata immessa in modo da avere i locali leggermente in sovra pressione e garantire quindi una convezione naturale anche nei locali non climatizzati (bagni ecc). Tale soluzione permette anche di evitare per la maggior parte infiltrazioni di masse daria dallesterno; un fenomeno che sar comunque presente a causa delle infiltrazioni attraverso i serramenti.Ulteriore attenzione va prestata allareazione dei locali adibiti a servizi igienici. La normativa prevede un ricambio orario di volumi di aria pari a tre. Di conseguenza, tenendo conto della volumetria dei locali, il ricambio sar calcolato in 260 m3/h. Il prelievo dell'aria viene effettuato tramite delle bocchette distribuite nei vari locali al fine di avere una aspirazione dell'aria pari a:

Portata [m3/h]Tipo bocchetteNumero bocchette

Aula formazione1480EGQ 150X4009

Sala riunioni160EGQ 150X4001

Open Space1820EGQ 150X40011

Uffici 240EGQ 150X2003

La velocit di aspirazione delle bocchette viene fissata pari a 1 m/s al fine di mantenere un comfort accettabile per gli occupanti.

6.4 Componentistica adottata

A livello componentistico, oltre ai tubi commerciali dimensionati e analizzati in precedenza, importante valutare che tipo di diffusori adottare soprattutto in funzione delle dimensioni delle tubazioni che trasportano laria allinterno delledificio. Tenendo conto dei dati di portata da smaltire e delle dimensioni delle tubazioni, si optato per i diffusori prodotti dalla ECOCLIMA s.r.l. serie EDRA modello 100. Di seguito ne verranno riportati i dati relativi alle dimensioni e al funzionamento.

Per quanto riguarda il ventilatore di mandata dellUTA, la scelta ricaduta sul catalogo della ditta Soler & Palau e la caratteristica corrispondente alla sezione Ventilatori centrifughi a semplice aspirazione, CMT Serie 2 - 4 poli. Il modello ottimale il CMT/4 -280/115-2,2.

Le bocchette adottate sono della ECOCLIMA seri EGQ

Capitolo 7- rete acqua

Si tratta ora di pianificare la corretta configurazione della rete acqua necessaria a soddisfare i carichi termici sia in fase estiva che in fase invernale. La scelta ricaduta su una configurazione a ritorno inverso che prevede una tubazione di mandata dalla quale si dirameranno le condotte necessarie ai fan-coils e una tubazione di ritorno in grado di raccogliere tutta lacqua utilizzata negli scambiatori installati. Questa organizzazione di rete permette un bilanciamento ottimale dellimpianto che riesce a non creare scompensi di pressione perch il ritorno segue un percorso inverso a quello di mandata. Una tale configurazione non permette un utilizzo misto (ossia la possibilit di scaldare e raffrescare nello stesso periodo locali diversi) poich funziona soltanto in modalit di riscaldamento o raffrescamento alternativamente. Lipotesi fatta giustificata dallassenza di locali che richiedono particolari condizioni climatiche che esulino dalle condizioni standard.Il dimensionamento verr effettuato considerando la fase estiva, essendo questa la situazione che richiede una superficie di scambio maggiore dovuta alla minore differenza di temperature tra ambiente e fluido termovettore. La rete dovr soddisfare il carico sensibile sia nel periodo invernale che estivo mentre lUTA si occuper di soddisfare il carico latente e quello di ventilazione. Per carico sensibile si intende la somma di potenza dispersa, interna e quella legata alla radiazione solare.

Ovviamente nel caso invernale la formula sar la stessa ma senza il contributo delle potenze legate agli apporti solari e interni alledificio.Questa distinzione dovuta al fatto che in genere una rete ad acqua, ad esempio pannelli radianti, non in grado di controllare le condizioni igrometriche, di conseguenza non adatta allo smaltimento del carico latente.7.1 ComponentisticaAbbiamo scelto di utilizzare 3 tipi di terminali per la climatizzazione dei vari locali:

Ventilconvettori: scambiatori aria/acqua installati in tutti i locali ad eccezione dei sanitari e del magazzino. Areotermo: ventilconvettore elevata potenza, impiegato per il condizionamenti di locali del tipo del magazzino. Radiatori: opzione scelta per i locali sanitari.

7.1.1 Ventilconvettori

Seguendo lo stile espositivo utilizzato fino a questo momento, verr presentato soltanto il procedimento per il calcolo del numero di fan-coils per lOpen Space. Reiterando il processo per i rimanenti locali si otterr il numero totale utile di ventilconvettori. Il procedimento si basa sul bilancio di primo principio effettuato nel locale considerato, da cui risulta:

Tralasciando le grandezze gi ampiamente discusse nei capitoli precedenti, definiamo:

Da cui si pu calcolare lesatto valore di :

Spesso, a livello progettuale, si usa semplificare la formula precedente, considerando il calore latente e di compensazione fornito dalla ventilazione, considerando. In questo modo la potenza termica da asportare tramite i ventilconvettori sarebbe di 39,41 kW, valore superiore a quello calcolato e per questo precauzionalmente valido.Gli stessi ragionamenti possono essere svolti per il caso invernale, in modo da ottenere i seguenti risultati:

La potenza termica cosi calcolata fondamentale per ricavare il numero di dispositivi da installare per soddisfarne la quantit richiesta. In particolare, in base alle ipotesi fatte sulla temperatura di ingresso e uscita dellacqua nel fan-coils (12-17), Il numero di terminali sar pari a:

La scelta del terminale adatto, quindi, stata fatta secondo diversi criteri tra cui: potenza specifica, caratteristica a 2 tubi, ingombro e aspetto estetico. Il ventilconvettore commerciale scelto per i locali climatizzati prodotto da SABINA ed il nome del prodotto Carisma.

Prevede 9 grandezze (da 105 a 1500 m3/h) e 5 versioni (a parete e a soffitto, in vista o ad in- casso), ciascuna dotata di batterie di scambio termico a 3 o 4 ranghi e con la possibilit di aggiungere una batteria ad 1 o 2 ranghi per gli impianti a quattro tubi. La nostra scelta ricaduta sul modello a 4 ranghi, in vista e a doppio tubo. Di seguito vengono fornite le specifiche tecniche di interesse.

A questo punto possibile calcolare il numero esatto di ventilconvettori scelti per soddisfare il carico richiesto dalledificio secondo la formula sopra riportata.

Come gi anticipato il procedimento usato per il calcolo dei numeri di ventilconvettori nelle altre stanze delledificio lo stesso; verr allora riportato in tabella un riassunto dei risultati ottenuti, con i vari modelli scelti.

LocaleModelloPotenza modello (kW)Q sensibile (kW)Numero ottenutoNumero ventilconvettori

Open SpaceCRC 943,9839,419,9010

ReceptionCRC 441,71,210,711

Ufficio 1CRC 542,01,880,941

Ufficio 2CRC 441,71,230,721

Ufficio 3CRC 441,71,250,741

Sala RiunioniCRC 542,0211

Aula FormazioneCRC 542,05,92,953

Locale serverCRC 140,630,50,791

Il numero di ventilconvettori stato calcolato utilizzando la potenza fornita dal costruttore. Questo procedimento realizzabile perch le condizioni termodinamiche dellaria trattata allinterno dei fan-coils e la relativa potenza coincidono con le condizioni termodinamiche che abbiamo ipotizzato in fase progettuale: si tratta di temperatura ambiente pari a 26C e umidit relativa pari al 50%. 7.1.2 Aerotermo

lelemento che ci permette di fornire ladeguata potenza termica, allinterno del magazzino, in fase invernale. Sono normalmente installati in quei locali in cui non occorre prevedere terminali pi domestici come i radiatori, stiamo parlando appunto di palestre, magazzini, siti industriali e garage. Sono caratterizzati da elevate potenze specifiche e permettono adeguati ricambi daria allinterno dei locali perch in grado di gestire elevate portate daria. Il modello commerciale pi vicino alle nostre esigenze scelto per il locale Janus 46F23 prodotto dalla SABIANA.

Di seguito ne vengono forniti i dati tecnici:

Il modello in questione stato scelto affinch fosse in grado di fronteggiare una richiesta di potenza termica, da parte del magazzino, di circa 5,5 kW. Le temperature di mandata e ritorno corrispondenti a questa fornitura di potenza sono rispettivamente pari a 45 e 40. Le temperature nominali di esercizio sono leggermente inferiori alla caldaia da noi impiegata (50-40C) ma questa scelta non comporta problemi nella fornitura del calore necessario in fase invernale poich ad un salto di temperatura maggiore corrisponde una potenza superiore. Risulta quindi una soluzione cautelativa. L'impiego della caldaia a condensazione combinata con l'aerotermo ci permette di avere temperature dellaria in uscita dal componente pi basse in modo che la differenza con la temperatura dellambiente non risulti non confortevole.

7.1.3 Locali non climatizzati

Per i locali non climatizzati in fase estiva previsto comunque il riscaldamento in fase invernale (ci riferiamo ai locali sanitari). Per queste zone stata previsto un ramo a parte della rete principale che verr opportunamente bypassata in fase estiva grazie allinstallazione di una valvola a saracinesca a comando elettronico. Per fornire il calore necessario nel periodo invernale in questi locali abbiamo pensato di adottare dei radiatori. Il modello da noi scelto ISEO della GLOBAL radiatore. Si tratta di un radiatore in alluminio ottimizzato per il funzionamento in accoppiamento con una caldaia a condensazione. Questo perch l'alluminio, rispetto ad acciaio e ghise, permette un maggior scambio termico anche a temperature di mandata pi basse di quelle generalmente utilizzate (tm=75-70 C).

Il modello da noi scelto ISEO 800. In basso viene riportata la tabella in cui sono espressi i valori di potenza per elemento in base ai differenti delta T di funzionamento. I calcoli sono effettuati in base alla normativa UNI EN 442, i valori nominali di potenza dei radiatori sono riferiti ad un delta T di 50 C.

Poich abbiamo deciso di adottare una caldaia a condensazione il delta T previsto sar minore di 50 C. Infatti se si ipotizza una temperatura di mandata di 50 C e un ritorno a 40C. Si ottiene una temperatura media pari a 50C, quindi il T=Tmedia-Tambiente =30C.

In base ai dati calcolati la potenza fornita sar di 82W ad elemento. Considerando poi il carico termico richiesto nei locali possiamo calcolare il numero di elementi come:

Per i locali considerati il risultato :LocaleNumero elementiDimensioni

WC caffetteria20,82x0,8x0,18

WC uffici 180,82x0,8x1,62

Per il calcolo delle dimensioni abbiamo ipotizzato una distanza tra gli elementi di 1 cm.7.1.4 Schema reteA questo punto possibile delineare una configurazione della rete che rende meglio lidea delle scelte fatte per i componenti nei paragrafi precedenti.

7.2 Macchina frigorifera

Come abbiamo visto il sistema di riscaldamento e raffrescamento prevede la presenza di elementi (ventilconvettori e batteria raffreddamento) che richiedono la presenza di una macchina frigorifera in grado di raffreddare le portate dacqua necessarie a garantire i livelli di confort che abbiamo ipotizzato in sede presentazione dei dati di progetto. In questo senso, la macchina deve essere in grado di soddisfare sia la potenza richiesta dai ventilconvettori sia quella richiesta dalla batteria di raffreddamento e deumidificazione. Tornando quindi indietro nei paragrafi possiamo dire che:

La macchina commerciale scelta, pi vicina alle nostre esigenze, prodotta dalla MTA e il prodotto si chiama OCEAN tech 350 e sviluppa una potenza frigorifera di 111 kW, consona quindi alle nostre esigenze. Di seguito viene fornita la brochure con i dati tecnici e unimmagine del dispositivo.

La macchina presentata deve essere in grado di fornire acqua a due differenti livelli termici. Infatti mentre i ventilconvettori installati nei locali richiedono una temperatura di ingresso di 12C, in modo da evitare problemi di condensazione in fase di raffrescamento, la batteria fredda invece richiede acqua a 7C in modo da garantire uno stato termidinamico a fine trasformazione vicino alla curva a umidit relativa pari al 100%. La soluzione pi semplice per soddisfare queste esigenze sarebbe stata quella di utilizzare 2 macchine frigorifere diverse. Abbiamo per optato per linstallazione di una sola macchina di potenza superiore in modo da poter elevare lefficienza di trasformazione che strettamente dipendente dalla potenza stessa. Dal punto di vista impiantistico si optato per prevedere 2 serbatoi di accumulo, 1 che raggiunger allequilibrio la temperatura di 12C, laltro alla temperatura pi bassa di 7C. in figura viene riportato lo schema impiantistico.

Come si pu notare presente un sistema di ricircolazione in grado di mantenere i due serbatoi di accumulo alle temperature desiderata. Il lavoro svolto da valvole motorizzate in grado di consentire allacqua fredda prodotta dal chiller di raggiungere entrambi i serbatoi. Una volta raggiunte le condizioni desiderate e richieste dallimpianto le valvole si serrano autonomamente.Date le considerevoli portate di acqua necessarie per l'alimentazione della batteria di raffreddamento e della rete di ventilconvettori risulta difficile adottare dei serbatoi di accumulo in grado di consentire l'autonomia dell'impianto per un tempo eccessivamente prolungato. L'impiego dei volumi di accumulo infatti ha lo scopo di consentire una maggiore durata delle macchine frigorifere dovuta ad un minor numero di avviamenti delle macchine stesse. Inoltre in questo caso specifico consentono di alimentare due sistemi che funzionano con temperature di esercizio differenti.Si pu quindi ipotizzare una capacit di 1000-2000 [l] tenendo anche conto dei possibili spazi ridotti nei locali tecnici.7.2.1 Dimensionamento macchina frigorifera-serbatoi

Come prima cosa occorre calcolare la portata necessaria per fornire la quantit corretta di fluido termovettore ai componenti della rete in modo da soddisfare il fabbisogno energetico delledificio. Si considera la portata prelevata dal serbatoio di acqua a 12C perch questa la temperatura di mandata per i fancoil. In base alla potenza frigorifera richiesta dalledificio, pari a , la portata utile a soddisfarla sar:

ipotizzando una velocit dellacqua nel condotto di w=1 m/s, posso ricavare , dallespressione della portata, la superfice della sezione del condotto:

a cui corrisponderebbe un diametro di 77 mm. Il diametro commerciale pi vicino al valore calcolato di 3 pollici (equivalenti a 76,2 mm, corrispondenti ad un valore di ) che pero modifica la velocit dellacqua fino al valore di 0,928 m/s.Nella macchina frigorifera, lacqua verr inviata ai serbatoi mediante una pompa circolatrice. Per il suo corretto dimensionamento occorrer quindi tenere conto delle perdite di pressione localizzate e distribuite, attraverso le seguenti formule:

Le perdite distribuite si dimensionano per una lunghezza dei condotti di circa 20 metri. Per il calcolo delle perdite distribuite non si usata per la formula sopra riportata, ma ci siamo avvalsi dei dati relativi alle perdite di pressione per lunghezza forniteci nel catalogo Caleffi corrispondenti a tubi in acciaio con i valori di portata e diametro calcolati precedentemente. In base a questultimi, il coefficiente r vale 13 mm c.a. per metro di tubazione. Dunque, la caduta di pressione continua sar pari a 2550 Pa. Per quanto riguarda le perdite concentrate di pressione occorre valutare le singole cadute di pressione che determina ogni componente presente nella rete interrata. Di seguito viene fornita una tabella con i rispettivi valori del coefficiente e quindi della perdita di pressione associata al componente.ComponentiNumero elementip

Valvola 4610334

Valvola di non ritorno11431

Raccordo a T232584

Valvola a tre vie183445

Totale16793

7.3 Centrale termica

Per quanto riguarda la fase invernare, la scelta della caldaia pi adeguata deve fondarsi sulla richiesta termica delledificio e delle batteria utilizzate nellunit di trattamento aria. In tal senso la potenza totale richiesta per sopperire alle esigenze delledificio durante la stagione invernale sar:

In base al calcolo presentato la scelta ricaduta su una caldaia della ARISTON modello GENUS PREMIUM HP 100FF. Si tratta di una caldaia a condensazione che per sue caratteristiche in grado di sfruttare con efficienze ottimali le basse temperature richieste sia dai ventilconvettori sia dalle batterie inserite nellUTA. Di seguito ne viene data una completa descrizione tecnica.

7.3.1 Regolazione caldaiaPer proteggere la caldaia da temperature di ritorno troppo basse utile porre una pompa anticondensa, che colleghi il ramo di mandata con quello di ritorno. Essa fa aumentare la temperatura del ritorno immettendo in esso acqua prelevata direttamente dalla mandata. Il mantenimento di una temperatura di ritorno elevata e stabile assicura una maggiore efficienza della caldaia. Inoltre, per gestire le variazioni del carico, necessario predisporre una valvola a tre vie motorizzata a monte dellutenza termica. Tale valvola viene comandata da una centralina elettronica, che misura la temperatura esterna in un punto esposto a nord per non risentire delleffetto dellirraggiamento solare. Quando la temperatura esterna risulta pari alla minima temperatura di progetto (pari a -8C) si chiude totalmente la terza via, in modo che lintera portata di acqua di ritorno dallutente venga riscaldata in caldaia (funzionamento in condizioni di progetto). Se invece la temperatura esterna misurata risulta maggiore o uguale alla temperatura interna di progetto (pari a 20C) si apre totalmente la terza via, in modo che lacqua non torni in caldaia. Per diversi valori di temperatura si avranno situazioni intermedie.

Durante la stagione invernale necessario modificare lapporto di potenza termica ai corpi scaldanti in quanto limpianto risulta sovradimensionato . In tale caso si pu procedere con una regolazione locale per locale installando delle apposite valvole a due vie a monte di ogni singolo elemento; in tal modo possibile chiudere alcuni di essi durante linverno riducendo cos la potenza in caldaia. Nel caso la potenza fornita comporti lo stesso un aumento della temperatura interna possibile utilizzare un sistema che, collegato ad appositi termomostati posizionati nei vari locali, regoli il numero di giri dei ventilatori dei ventilconvettori stessi.7.3.2 Schema di rete funzionale possibile ora dare una rappresentazione grafica dello schema funzionale della rete situata nel sotterraneo.

7.4 Dimensionamento della rete di distribuzione

Ora che sono stati riportati tutti gli elementi tecnici che comporranno la rete, con i rispettivi dati tecnici, possibile dimensionare le tubazioni in modo da garantire il corretto apporto di fluido termovettore in base alle richieste progettuali. In questo modo verranno calcolate tutte le cadute di pressione dellimpianto in modo da poter dimensionare correttamente le pompe necessarie al corretto funzionamento. Questa fase dovr essere accompagnata dalla verifica del corretto bilanciamento della rete che consente elevate efficienze sia in termini energetici che economici. Il dimensionamento verr eseguito, analogamente alla rete aria, tenendo conto della fase di raffrescamento estiva perch questa risulta la pi gravosa per limpianto. Essendo infatti la differenza di temperatura tra esterno e interno decisamente pi bassa e la potenza da fornire pi elevata, ne consegue necessariamente una portata di fluido termovettore pi elevata allinterno dellimpianto.Per semplicit espositiva, il dimensionamento verr suddiviso in due parti in modo da tenere conto, in maniera indipendente, delle perdite legate alla prima parte di distribuzione legata direttamente alla macchina frigorifera e delle perdite legate al trasporto e alla distribuzione del fluido termovettore nei terminali previsti per limpianto.Prima di procedere con il calcolo delle cadute di pressione per il ramo pi lungo delle diramazioni che distribuiscono il fluido termovettore allinterno dei fancoils, occorre ancora valutare le perdite di pressione nel condotto che dal locale interrato sale al livello superiore dove saranno posizionati i fancoils.

ipotizzando una velocit dellacqua nel condotto di w=1 m/s, posso ricavare , dallespressione della portata, la superfice della sezione del condotto:

. Il diametro commerciale pi vicino al valore calcolato di 2 pollici che pero modifica la velocit dellacqua ipotizzata al valore di 1,14m/s.

Per questo tratto si considera un tubo verticale che genera un dislivello di 4m. la perdita totale sar calcolata come somma della componente dovuta alle perdite di pressione distribuite e della perdita di pressione calcolata attraverso la formula:

in base ai dati gi esposti nel paragrafo precedente, il risultato di 39240 Pa a cui sommate le perdite distribuite pari a 812 Pa si ottiene un valore finale di 40052 Pa.Occorre ancora calcolare le perdite localizzate dalla macchina frigorifera al collettore di mandata.

ComponenteNumero elementip

Valvola a saracinesca174548

Valvola non ritorno211299

Filtro a Y14500

Valvola 20,81039

Collettore11650

Le perdite nel filtro a Y sono state calcolate in base a un grafico che in funzione di portata e diametro determina la caduta di pressione

Il totale delle perdite nel seminterrato 52088 Pa.7.4.1 Perdite livello distribuzione

In questo paragrafo calcoleremo le perdite localizzate e distribuite nella ramificazione pi gravosa per limpianto in modo da poter dimensionare in modo corretto la pompa che fornisce lacqua allintero circuito. Anche in questo caso le perdite saranno date dalla somma di una componente legata alle cadute di pressione localizzate e da una componente legata alle cadute di pressione concentrata.

DIMENSIONAMENTO RAMIFICAZIONE OPEN SPACE

TrattoQ (l/h)D a v=1m/s (mm)De (mm)Di (mm)velocit realelunghezza (m)r (mm c.a/m)p

1-F168045050441,236,08352088

F1-F261244750441,114,55331451

F2-F354434450440,997,13261819

F3-F447634150440,863,7021762

F4-F540823840351,158,04453549

F5-F634023540350,965,67331836

F6-F727223140350,775,18221118

F7-F820412732280,918,67393317

F8-F913612225221,018,12655178

F9-F106801625220,516,07191131

Totale22248

PERDITE LOCALIZZATE

TipologiaVelocita (m/s)Densit (kg/m^3)betap (Pa)

Curva 90SUD-OVEST1,23210000,5379

Curva 90 OVEST-NORD1,15210000,5332

Curva 90 NORD-EST0,9110000,5206

Fancoils---7100

Diramazione a T (n=10)1100015000

Per quando riguarda le cadute al ritorno basta sommare il contributo delle cadute continue e concentrate. Poich il ritorno deve riportare la stessa quantit della mandata il tubo avr le dimensioni del primo tratto di mandata (dal collettore al primo fancoil), cio sar un tubo di plastica PEad PN 10 con diametro 50 mm. Le cadute di pressione continue saranno dunque:

Il contributo nel ritorno delle perdite localizzate lo stesso della prima curva della mandata perch presente la stessa curva a 90 con lo stesso diametro di tubo. La caduta di pressione sar dunque di 379,31 Pa.

La caduta di pressione per la distribuzione nel locale pi svantaggiato sar quindi:

Sommando tutti i contributi calcolati in questo paragrafo e quelli relativi alla differenza di altezza tra il piano caldaia e l'utenza, il risultato ottenuto circa 0,8 bar (0,797 bar).Conoscendo la caduta di pressione della rete acqua possibile calcolare la prevalenza che deve fornire la pompa.

Questo dato insieme alla portata calcolata serviranno al dimensionamento della pompa.

Per quanto riguarda il ramo adibito al solo funzionamento invernale poich serve i radiatori collocati nei bagni e l'aerotermo dovr essere dimensionato per trasportare una portata di 0,4 kg/s. Si dunque deciso di adottare tubi in PEX da 28 mm che hanno perdite di carico continue di circa 26 mm c.a./m. Le perdite continue fino all'aerotermo sono di circa 6343 Pa e quelle localizzate dovute alla curva e alle giunzioni a T sono pari 780 Pa. Se si considera anche il dislivello di tre metri dove posizionato l'aerotermo si raggiunge una caduta di pressione complessiva di 43676 Pa

Come si pu vedere la caduta di pressione nell'aerotermo maggiore di quella nel ramo diretto all'Open space. Tuttavia la portata d'acqua molto pi esigua di quella della situazione estiva quindi, come si vedr in seguito la pompa verr dimensionata per fornire la prevalenza necessaria al ramo dell'Open space.

7.5 Accessori di caldaia

7.5.1 Dimensionamento vaso di espansione

Prima di procedere con la scelta delle pompe da utilizzare nellimpianto, utile dimensionare il vaso di espansione che consiste in un elemento di sicurezza fondamentale da affiancare alla caldaia. Abbiamo deciso di utilizzare un vaso di espansione aperto, posizionato in un ambiente chiuso in un punto che deve trovarsi ad una altezza superiore a quella di qualsiasi punto della rete, la temperatura a cui e sottoposto deve essere inoltre superiore a quella dellambiente esterno in modo da scongiurare fenomeni di congelamento dellacqua, soprattutto nel periodo invernale. La scelta di installare il vaso allinterno di un ambiente chiuso, ma non riscaldato per, pu non essere sufficiente per evitare il congelamento dellacqua nel caso in cui la temperatura invernale risulti particolarmente rigida. Si quindi previsto di cortocircuitare il vaso di espansione con il ritorno della rete di distribuzione dellacqua: una valvola elettrocomandata riceve il segnale da un termostato che misura la temperatura esterna e comanda lo svuotamento del vaso quando essa risulta troppo bassa. In tal modo si pu instaurare un moto di circolazione naturale, grazie alla differente densit dellacqua nel vaso e nel condotto di ritorno. Di seguito verr inserito uno schema funzionale che chiarisce meglio il funzionamento del vaso di espansione.

Possiamo quindi procedere con lillustrazione del procedimento di calcolo utilizzato per il corretto dimensionamento del vaso di espansione. La volumetria del componente viene ricavata dalla semplice formula:

dove E rappresenta il volume del vaso di espansione [l], C il contenuto dacqua [l] ed e rappresenta il coefficiente di dilatazione [%] dato dalla formula , considerando anche il fatto che ;a sua volta il contenuto dacqua pari alla potenza termica prodotta in caldaia moltiplicata per un coefficiente pari a 10 15 l/kW. Lapplicazione della formula cosi enunciata, considerando un fabbisogno di potenza termica pari a 85 kW, ha prodotto il seguente risultato:

Il volume necessario risulta quindi essere appena inferiore ai 40 litri; bisogna inoltre considerare la presenza di un volume occupato dallacqua durante il funzionamento normale dellimpianto, oltre allimpossibilit di superare laltezza della valvola di sicurezza di troppo pieno (tale valvola permette lo sfogo del liquido in situazioni che esulino dal normale esercizio). Si quindi scelto di utilizzare un vaso di espansione da 80 litri della ditta Caleffi, avente le caratteristiche riportate nella figura illustrata pi avanti.In base alle normative di sicurezza, poi necessario dimensionare anche le tubazioni di sicurezza in caso di sovratemperatura e in caso di rapido riempimento della caldaia con acqua proveniente dal vaso. Per il calcolo ci siamo avvalsi della normativa tedesca.Per il tubo di sicurezza in caso di sovratemperatura:

nel caso di tubo di sicurezza per lo scarico in caldaia:

Di seguito viene data una rappresentazione pi in dettaglio del vaso di espansione.

Per quanto riguarda gli strumenti di regolazione, di sicurezza e di misura necessari per un impianto termico con vaso di espansione aperto, i principali riportati nella Raccolta R dellISPESL sono: Manometro con rubinetto e ricciolo; questultimo ha la funzione di smaltire una parte di calore in modo da prolungare la vita del manometro, normalmente sottoposto ad elevate temperature. Il manometro deve avere fondo scala compreso tra 1,25 e 2 volte la pressione massima; Termometro campione con scala fino a 120C; Termostato di regolazione, che funziona come switch (acceso/spento); Termostato di blocco a riarmo manuale, con funzione di sicurezza nel caso di guasto del termostato di regolazione; Pozzetto per misurazione campione;A discrezione dellimpiantista poi possibile inserire ulteriori accessori. In particolare