Corso base artigiani: impianti

Costruire intelligenteCorso Base CasaClima Artigiani

MODULO: Impiantistica

Relatori: Francesco Sulli

Consulente CasaClima

Fani SimoneTecnico manutentore

A cosa serve un impianto di climatizzazione in un edificio?

“La climatizzazione di un ambiente (..) consiste nell'insieme di operazioni effettuate per consentire condizioni termoigrometriche adeguate all'utilizzo di

quell'ambiente da parte dell'uomo, a qualsiasi condizione climatica esterna,

in ogni periodo dell'anno. La climatizzazione di un ambiente comprende (..) le

seguenti funzioni: •riscaldamento o raffrescamento,

•ventilazione con o senza filtraggio dell'aria, •controllo dell’umidità.”

(def. da Wikipedia)

Bilancio Energetico di un edificio (invernale solo per il riscaldamento)

(UNI TS 11300-1 e 2)

FT (HWB) e FE (HEB)

Fabbisogno termico ed fabbisogno energetico si misurano in Joule o in KWhQh = (Qt+Qv)-ɳ(Qi+Qs)

(rendimento stagionale medio)

Carico termico

Potenza termica

Il carico termico (o potenza di riscaldamento) Ptot

è la potenza necessaria per raggiungere la temperatura desiderata in tutti i locali riscaldati dell’edificio in condizioni invernali critiche.Tali condizioni variano in funzione della località e sono espresse dalla Temperatura di progetto = valore minimo delle medie delle decadi annuali più fredde registrate nella localitàEs. Bolzano -15°C, Milano -5°C, Firenze 0°C, Roma 0°C, Napoli +2°C, Palermo +5°CIl carico termico specifico P1 è la potenza di riscaldamento riferita alla superficie netta calpestabile riscaldata. Si misura in Watt/m2

[W]Si misura in Watt Ptot

SNGF

P1 =

Carico specifico

Rendimento di un impianto

Benessere termoigrometrico

Ad una diminuzione della temperatura dell’aria ambiente di 1°C corrisponde un risparmio di energia di ca 6%.

Gradevole 40-60% UR

Temperatura operativa

Potere calorifico

Potere calorificoIl "potere calorifico" o calore di combustione esprime la quantità massima di calore che si può ricavare dalla combustione completa di 1 kg di sostanza combustibile (o 1 m³ di gas) a 0 °C e 1 atm

Potere calorifico superiore (Hs) è la quantità di calore che si rende disponibile per effetto della combustione completa a pressione costante della massa unitaria del combustibile, quando i prodotti della combustione siano riportati alla temperatura iniziale del combustibile e del comburente. Comprende il calore latente di condensazione.

Potere calorifico inferiore (Hi) non comprende il calore latente di condensazione del vapore acqueo contenuto nei fumi espulsi*.

* Tipicamente nelle combustioni normali i prodotti della combustione (fumi) sono rilasciati a temperatura più alta di quella di riferimento del combustibile

Sono da considerarsi energie rinnovabili quelle forme di energia

generate da fonti che per loro caratteristica intrinseca si rigenerano o non sono

"esauribili" nella scala dei tempi "umani" e, per estensione, il cui utilizzo non pregiudica le

risorse naturali per le generazioni future.(da Wikipedia)

Fonti energetiche

La caldaia a condensazione

Diversamente da quelle tradizionali, la caldaia a condensazione è in grado di valorizzare anche il potere calorifico dei gas di emissione

GENERATORE A CONDENSAZIONE

Pompe di calore

Le biomasse

Fonti: legno a spacco

Legname a spaccoÈ adatto per stufe e caminima anche moderne caldaie apposite

GENERATORE A GASSIFICAZIONE DI LEGNA

Fonti: cippato

Cippato“legno sminuzzato”, o “chips di legno”, è legname in scaglie ottenuto da apposite macchine. Per produrre chips viene utilizzato legno di qualità inferiore, come i residui delle potature boschive , agricole o urbane, le ramaglie e i cimali, oppure ancora i sottoprodotti delle segherie

GENERATORE A CIPPATO E PELLETSCARICAMENTO AUTOMATICO

Fonti: pellets

PelletsIl legno in pellet è un combustibile ricavato dalla segatura essiccata e poi compressa senza uso di additivi in forma di piccoli cilindri con un diametro di ca 6-8 mm; si distingue per un basso contenuto di acqua (<12%) e per essere un materiale estremamente uniformeIl grado di automazione degli impianti a pellets è quasi comparabile con le equivalenti caldaie a gas o a gasolio.

Geotermia

Le pompe di calore geotermiche di profondità sfruttano il fatto che all’aumentare della profondità, il sottosuolo ha una temperatura costante, mentre la geotermia di superficie risente di più dell’irraggiamento solare

Il calore terrestre ha origine dal decadimento di isotopi radioattivi naturali ed è perciò praticamente una fonte inesauribile

Pompe di calore geotermiche

Esercizio di una pompa di calore durante l’anno

Estate:raffrescamento dell’edificio: il terreno funge da dissipatore

Autunno:accumulo del calore nel sottosuolo con circa 12-16°C

Inverno:riscaldamento dell’edificio: il sottosuolo funge da fonte termica

Primavera:accumulo di “fresco” nel sottosuolo a circa 4-8°C

Energia solare

Potenza massima incidente su superficie orizzontale:

1000 W/m2

Potenza incidente ed apporto mensile dipendono molto da latitudine, inclinazione ed orientamento

Irraggiamento solare

Pannelli solari: termici e fotovoltaici

potenza messa a disposizione dal sole (W/m2)

Energia annua messa a disposizione dal

Sole (kWa)

Tipologie di collettori solari

In generale si possono distinguere tre tipologie di collettori solari:

- Collettori solari piani vetrati

- Collettori solari a tubi sottovuoto

- Collettori solari in materiale plastico (non vetrati)

Sia i collettori piani che quelli sottovuoto si possono utilizzare per acs e per integrazione riscaldamento ambiente.

I collettori in plastica sono utilizzati solo per scaldare in estate l’acqua delle piscine.

Collettore pianoCollettore a tubi sottovuoto

Collettore in plastica

Struttura di un collettore piano – vista interna (es. VFK 150 V)

Assorbitore interno a serpentino saldato su lamiera rivestita con materiale ad alta selettività

Isolamento termico

Vetro di copertura

Attacco idraulico (2 per lato)

Gli assorbitori a serpentina assicurano un riempimento ed uno scarico ottimali. Rispetto all’assorbitore ad arpa gli assorbitori a serpentina si caratterizzano per una migliore trasmissione del calore e buone caratteristiche di funzionamento a vuoto che, in caso di formazione di vapore consente lo scarico completo del collettore, aumentando la stabilità nel tempo del fluido termovettore.

Telaio in alluminio anodizzato altamente solido e resistente.

Lo specchio riflettore CPC

Distributore/Collettore

Tubo di vetro

Struttura di un collettore a tubi sottovuoto (es. VTK 570-1140)

LA TECNOLOGIAIl collettore a tubi sottovuoto Vaillant VTK è costituito da tre componenti principali, completamente preassemblati:• tubi sottovuoto• specchio riflettore CPC• circuito idraulico con unità di trasmissione del calore

Indicatore del vuoto al bario, colore argento (vuoto OK).

Curve di rendimento - confronto tra vari pannelli

• Collettore solare (60)• Tubazioni solari (61)• Fluido termovettore• Pompa di circolazione (25)• Disaeratore (59)• Vaso di espansione (42b)• Vaso di protezione (42c)• Bollitore a doppio serpentino

(9)• Valvola miscelatrice (39)• Regolatore solare (62)• Sonde di rilevazione (Kol1,

SP1, SP2)• Caldaia VM, VK, VKK (1)

61

Componenti principali di un impianto solare a circolazione forzata

Solare fotovoltaico

silicio policristallino

silicio monocristallino

La cella fotovoltaica è un dispositivo in grado di convertire l’energia solare in energia elettrica. L’energia elettrica è di tipo continuo a basso voltaggio (12-24 Volt). Il rendimento ca.15% per silicio monocristallino, 13% per il policristallino, 6% silicio amorfo. Il kWp kilowatt peak (ingl. peak = picco) si usa per misurare la potenza massima erogata da un generatore incondizioni di prova standard, cioè irraggiamento 1.000 W/m2 e temperatura 25°

Solare fotovoltaico

Teleriscaldamento

Caldaia a biomassa 2 x 8 MWCentrale di Brunico (BZ)

Caldaia a gas per i carichi di puntae di ridondanza 15 MW (c. Brunico)

Cippato di legno Tubature della rete di distribuzione del teleriscaldamento

Il teleriscaldamento è un sistema di riscaldamento che consiste essenzialmente nella distribuzione, attraverso una rete di tubazioni isolate e interrate, di acqua calda, surriscaldata o vapore (fluido vettore), proveniente da una grossa centrale di produzione. Le fonti utilizzate possono essere le più diverse.

Contabilizzazione energia per riscaldamento/raffrescamento e ACS

Sistemi di cessione del calore

Cessione del calore: radiatori

Vantaggi:- Piccole superfici necessarie per la cessione del calore- Regolazione veloce e bassa inerzia termica- Costi globali contenuti

Svantaggi:- Alta temperatura del fluido riscaldante- Perdite maggiori nella distribuzione del calor- Eccessiva circolazione e stratificazione dell’aria negli ambienti- Limitazione ad uso di caldaie a condensazione, pompe di calore ecc…

60°C

40°C

20°C

50°CT=30K

I dati tecnici dei radiatori vengono ormai espressi anche per temperature da condensazione (DT=30K).

GENERATORE A CONDENSAZIONE PER NUOVI IMPIANTI O RISTRUTTURAZIONE DI IMPIANTI

A RADIATORI?

Riscaldamento a pavimento

Vantaggi:- Calore emesso (in gran parte) per irraggiamento; Comfort termico- Contenuta stratificazione della temperatura e limitati movimenti d’aria - Adatto all’uso di caldaie a condensazione, pompe di calore, solare termico- Flessibilità nell’utilizzo degli spazi

Svantaggi:- Necessità di superfici di scambio ampie (maggiori costi)- Poco adatto a locali con carichi termici elevati (es. edifici storici)- Elevata inerzia termica e conseguente minore flessibilità di regolazione

Riscaldamento a parete

Vantaggi:- Calore emesso (in gran parte) per irraggiamento; Comfort termico- Contenuta stratificazione della temperatura e limitati movimenti d’aria - Adatto all’uso di caldaie a condensazione, pompe di calore, solare termico

Svantaggi:- Necessità di superfici di scambio ampie (maggiori costi)- Poco adatto a locali con carichi termici elevati (es. edifici storici)- Ridotta inerzia termica e migliore flessibilità di regolazione del pavimento- Limitazioni nell’utilizzo dello spazio

Riscaldamento a soffitto

Vantaggi:- Calore emesso (in gran parte) per irraggiamento; Comfort termico- Contenuta stratificazione della temperatura e limitati movimenti d’aria - Adatto all’uso di caldaie a condensazione, pompe di calore, solare termico

Svantaggi:- Necessità di superfici di scambio ampie (maggiori costi)- Poco adatto a locali con carichi termici elevati (es. edifici storici)- Ridotta inerzia termica e migliore flessibilità di regolazione del pavimento- Minime limitazioni nell’utilizzo dello spazio

Attivazione termica della massa

Vantaggi:- Calore emesso (in gran parte) per irraggiamento- Contenuta stratificazione della temperatura e limitati movimenti d’aria - Adatto all’uso di caldaie a condensazione, pompe di calore, solare termico- Costi relativamente contenuti rispetto ad altri sistemi radianti

Svantaggi:- Necessità di messa in opera da parte di ditte specializzate- Elevata inerzia termica e conseguente minore flessibilità di regolazione- Adatto a coprire solo i carichi di base: va integrato per quelli di punta

Riscaldamento ad aria

Vantaggi:- Non sono necessarie superfici scaldanti- Bassa inerzia termica e rapidità di regolazione- Possibilità di combinare aerazione controllata e riscaldamento

Svantaggi:- Indicato solo per carichi termici bassi se presente come unico sistema- Alta temperatura richiesta per il fluido scaldante- Necessità di spazio per gli impianti di distribuzione dell’aria calda- Necessari volumi molto più grandi (1000 volte) che nei sistemi ad acqua - Grandi movimenti e stratificazione dell’aria negli ambienti

Sistemi convettivi vs. radianti

Sistemi convettivi vs. Sistemi radianti

Calore trasferito da masse d’aria in movimentoSup. di scambio piccole e alta temperatura

Calore trasferito da radiazioni infrarosseSuperfici di scambio estese e bassa temp.

Pro:- ingombro limitato- bassi costi di realizzazione- inerzia limitata (veloce regolazione)Contro:- stratificazione dell’aria- maggiori perdite di distribuzione

Pro:- no stratificazione d’aria (maggior comfort)- flessibilità di uso dello spazioContro:- grandi superfici necessarie- costo più elevato- alta inerzia

Raffrescamento

Qcool = (Qi + Qs) - ɳ (QV + QT)

RaffrescamentoNella stagione calda l’eventuale impianto è chiamato a sottrarre il calore in eccesso agli ambienti. Questo può essere ottenuto con diversi sistemi (es. ad aria o radianti)

FrigoriaViene definita, in modo simile alla caloria, come la quantità di calore che deve essere sottratta da un grammo di acqua per abbassarne la temperatura da 15,5 °C a 14,5 °C alla pressione di 1 atmosfera

Ventilazione meccanica controllata (VMC)

Ventilazione meccanica controllata (VMC)

VMC: elementi di sistema

Scambiatore a terreno

Silenziatore

Bocchette

Canali

Ventilazione meccanica controllata (VMC)

La ventilazione è veramente necessaria per arrivare ad un edificio a basso consumo energetico?Si se si vuole ottimizzare il comfort igienicoSi se l’obbiettivo è un edificio cosiddetto passivoSi se si vuole raggiungere il traguardo Casa Clima A con il minor costo possibileNo se l’obiettivo è il raggiungimento di Casa Clima A: è possibile arrivare sotto i 20 kWh/m2 all’anno anche senza ventilazione controllata con la sola coibentazione dell’edificio

Pro della ventilazione controllata- risparmio energetico fino al 70% del fabbisogno complessivo per riscaldamento per la riduzione del riscaldamento dell’aria di ricambio-comfort igienico per la continua e graduale immissione di aria fresca ripresa da un’area all’interno della zona edificabile con un minimo di inquinanti in quanto lontano dalla viabilità locale e per la filtrazione dell’aria prima di essere immessa negli ambienti- comfort igienico per la possibilità di filtraggio dell’aria ripresa anche con speciali filtri antipolline- comfort acustico in quanto per la ventilazione non è necessario aprire le finestre, particolarmente importante in zone molto rumorose per strade o treni- maggiore comfort estivo per il raffrescamento dell’aria di ricambio per lo scambio di calore con il terreno (se presente

Ventilazione meccanica controllata (VMC)

Misure necessarie per un corretto funzionamento del sistema di VMC

Involucro edilizio stagno al passaggio dell‘aria – misure delle tenuta d‘ariaPerché l‘impianto di ventilazione possa soddisfare le aspettative, é molto importante creare un involucro edilizio molto stagno. Una misura del grado di stagnità é consigliabile. Un valore di misura attorno nL50 = 1,5 1/h (1,5 ricambi orari con differenziale di pressione 50 Pa) non dovrebbe essere superato

Ventilazione senza correnti d‘ariaUna distribuzione mirata delle bocchette di immissione ed estrazione e una buona taratura dell‘impianto nei singoli locali riducono ed evitano le correnti d‘aria. La circolazione dell‘aria di ricambio dovrebbe avvenire in senso inverso alla circolazione dell‘aria dovuta al riscaldamento

RumoriLa trasmissione di rumori si evita con l‘utilizzo di silenziatori. I silenziatori devono essere posti nei canali di ventilazione tra la macchina di ventilazione ed i singoli vani nonché tra vano e vano.

Impiantistica e macchine di ventilazioneCappe di aspirazione nella zona cucine dovrebbero funzionare a ricircolo d‘aria. Fonti di calore nei locali di soggiorno DEVONO avere un‘alimentazione d‘aria dedicata. Impianti aspirapolveri centralizzati modificano i flussi di circolazione durante il funzionamento.

Produzione di acqua calda sanitaria (ACS)

Fabbisogno per riscaldamento + per produzione di Acqua Calda Sanitaria

DIMENSIONAMENTO RAPIDO DEI COLLETTORI SOLARI

per la produzione di acqua calda sanitaria, per un tasso di copertura solare del 60% che si

tende a raggiungere nelle case uni- o bifamiliari

Valutazione dei consumi - Fabbisogno di a.c.s in litri e di energia (valore medio quotidiano)

Ad esempio, per riscaldare 100 l di acqua sanitaria da 10°C a 25°C servono 1,74 kWh, a 45°C servono 4,06 kWh, a 60°C servono 5,81 kWh(più le maggiori perdite del boiler)

SISTEMI DI REGOLAZIONE DEGLI IMPIANTI

MACCHINISTI O AUSTRONAUTI?

Heizungspumpe 1Heizungspumpe 2Warmwasserpumpe

Pufferladepumpe

Abgasgebläse

Ändern

Zurück Ja

Betrieb

Störung

Emissionsmessung5 sec drücken

Entaschen

- REGOLAZIONE CLIMATICA DELLA TEMPERATURA DI MANDATACON SONDA ESTERNA E INTERNA- CONTROLLO DEI SITEMI DI GENERAZIONE CON PRECEDENZA ALLE FONTI MENO COSTOSE (RINNOVABILI)- CONTROLLO DELL’UMIDITA’ ATTRAVERSO LA GESTIONE DELLA V.M.C. - IMPOSTAZIONE DELLE FASCIE ORARIE PER LA PRODUZIONE A.C.S.- USO INTELLIGENTE DEL RICIRCOLO SANITARIO

UN IMPIANTO BEN FATTO NON è UN IMPIANTO COMPLESSO!

ACCUMULO TERMICO: un bidone di acqua calda o un razionale sistema

della gestione dell’energia?

?

Accumulo termico definizioni:“L'accumulatore termico è un componente d’impianto che ha il compito di immagazzinare l’energia termica (che può essere anche frigorifera) prodotta in eccesso da un generatore ed è in grado di restituirla all’utenza in qualunque momento venga richiesta” da Wikipedia l’enciclopedia libera

“Termoaccumulo: Riserva di calore situata principalmente nell’acqua di riscaldamento in opposizione all’accumulo di acqua calda sanitaria nel serbatoio.”Dalla norma UNI EN ISO 306- 06 “Caldaie con bruciatori ad aria soffiata”

ingressi ed uscite posizionati per una perfetta stratificazione del fluido

primario all’interno

L’accumulo termico:conoscenza delle

temperature in esso stratificate tramite sonde

termiche.

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