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Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva
n. 1 di 125
Modulo 3
Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Prof. Andrea
Frattolillo
[email protected]
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Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva
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Sommario Cenni sui Sistemi di generazione, distribuzione,
emissione e regolazione
UNI TS 11300 parte 2: Determinazione del fabbisogno di energia
primaria e dei rendimenti per la climatizzazione invernale e per la
produzione di ACS
Fonti rinnovabili
UNI TS 11300 parte 4: utilizzo di energie rinnovabili e di altri
metodi di generazione per la climatizzazione invernale e per la
produzione di ACS
Sistemi di contabilizzazione e diagnosi energetica
Esercitazione sul calcolo del rendimento globale medio
stagionale
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DPR 412/93 - Zona A: 6 h/g dal 1 dicembre al 15 marzo; - Zona B:
8 h/g dal 1 dicembre al 31 marzo; - Zona C: 10 h/g dal 15 novembre
al 31 marzo; - Zona D: 12 h/g dal 1 novembre al 15 aprile; - Zona
E: 14 h/g dal 15 ottobre al 15 aprile; - Zona F: nessuna
limitazione.
E concessa laccensione continua 24 h/24 a: impianti di nuovo
tipo, formati da una caldaia ad alto
rendimento e provvisti di cronotermostato impianti con
contabilizzazione del calore teleriscaldamento, a riscaldamento a
pavimento e a
quelli sottoposti a un contratto di servizio energia stipulato
con una ESCO.
Limite massimo di temperatura di 18C (+2C) per edifici E.8
(attivit industriali ed artigianali), 20C (+2C). Per tutti gli
altri. Vi sono deroghe per Ospedali (E.3) ed attivit sportive
(E.6), come anche per E.8.
La valutazione energetica delledificio
Il limite inteso come media di tutto lappartamento, quindi
permesso tenere una temperatura pi alta in alcune stanze e meno in
altre.
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A) Calcolo del fabbisogno energetico, si differenzia in:
A1) Valutazione di progetto: il calcolo viene effettuato sulla
base dei dati di progetto; per le modalit di occupazione e di
utilizzo dell'edificio e dell'impianto si assumono valori
convenzionali di riferimento. Questa valutazione eseguita in regime
di funzionamento continuo. A2) Valutazione standard: il calcolo
viene effettuato sulla base dei dati relativi all'edificio e
all'impianto reale, come costruito; per le modalit di occupazione e
di utilizzo dell'edificio e dell'impianto si assumono valori
convenzionali di riferimento. Questa valutazione eseguita in regime
di funzionamento continuo. A3) Valutazione in condizioni effettive
di utilizzo: il calcolo viene effettuato sulla base dei dati
relativi all'edificio e all'impianto reale, come costruito; per le
modalit di occupazione e di utilizzo dell'edificio e dell'impianto
si assumono valori effettivi di funzionamento (per esempio, in caso
di diagnosi energetiche). Questa valutazione eseguita nelle
condizioni effettive di intermittenza dell'impianto.
La valutazione energetica delledificio
B) Valutazione basata sul rilievo dei consumi con modalit
standard.
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Intervallo temporale di Calcolo del fabbisogno energetico:
A1) Valutazione di progetto: il calcolo viene effettuato sulla
durata massima consentita del riscaldamento A2) Valutazione
standard: il calcolo viene effettuato sulla durata massima
consentita del riscaldamento A3) Valutazione in condizioni
effettive di utilizzo: il calcolo viene effettuato sul periodo
effettivo di riscaldamento
La valutazione energetica delledificio
B) Valutazione basata sul rilievo dei consumi con modalit
standard: il calcolo viene effettuato sul periodo effettivo di
riscaldamento
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I diversi contributi al bilancio energetico delledificio Il
volume riscaldato
Tutte le aree delledificio nelle quali viene utilizzata o
prodotta energia termica utile o energia elettrica. Tale confine pu
non coincidere con quello definito dal fabbricato, ed essere esteso
a zone esterne di pertinenza delledificio.
Nel caso in cui venga fornita al sistema edificio energia
prodotta con impianti tecnologici esterni al confine, le perdite di
produzione e di distribuzione sino al confine delledificio stesso
sono considerate nel fattore di conversione in energia primaria
dellenergia fornita.
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I diversi contributi al bilancio energetico delledificio
1. Vettore energetico primario 2. Accumulo 3. Distribuzione 4.
Sistemi di emissione 5. ACS
I contributi termici al riscaldamento ed ACS
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I diversi contributi al bilancio energetico delledificio
1. Collettori solari termici 2. Accumulo 3. Prelievo da falda 4.
Distribuzione 5. ACS
I contributi termici da FER al riscaldamento ed ACS
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I diversi contributi al bilancio energetico delledificio
1. Prelievo da rete 2. Pannelli fotovoltaici 3. Scambio sul
posto 4. Utilizzo 5. Energia per ausiliari
I contributi di energia elettrica
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Bilancio di energia
Perdite di calore per irraggiamento
e convezione
Fum
i
Perd
ite d
i ca
lore
flui
do-
aria
est
erna
Perdite di calore per conduzione verso il
terreno
EDIFICIO Combustibile
Gen
erat
ore
di
calo
re
Fluido vettore
Scam
biat
ori d
i ca
lore
flui
do-a
ria
Perdite per convezione verso laria esterna e per
irraggiamento verso il cielo
Ambiente esterno
Perdite di calore per
ventilazione
Carichi endogeni
Bilancio di massa e di energia delledificio
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1) Fabbisogno di energia termica utile per riscaldamento e
ventilazione dell'edificio Qh 2) Fabbisogno di energia termica
utile per acqua calda sanitaria Qh,W 3) Fabbisogni di energia
primaria per usi di cottura Qoth dove: I fabbisogni 1) e 2) sono
utilizzati per i calcoli del fabbisogno di energia primaria, al
netto di eventuali apporti quali:
contributi da energie rinnovabili o da altri metodi di
generazione (UNI TS 11300/4) perdite recuperabili (tubazioni o
accumulo di ACS interni al volume riscaldato)
I fabbisogni 3) sono valori convenzionali forniti allo scopo di
depurare, in modo unificato, i consumi promiscui di energia
primaria da quelli derivanti da usi diversi dal riscaldamento e
produzione acqua calda sanitaria.
][)(,, WhtdSQ sass
e
esWl =
Fabbisogni di energia termica utile
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Fabbisogno di energia termica ideale Qh
Fabbisogno di energia termica ideale netto Qh = Qh Ql,W,s
Fabbisogno di energia termica effettivo Qhr= Qh+ Ql,e+ Ql,rg-
Qaux,e,lrh Tiene conto di effetti negativi:
le maggiori perdite verso l'esterno dovute ad una distribuzione
non uniforme di temperatura dell'aria all'interno degli ambienti
riscaldati (stratificazione)
le maggiori perdite verso l'esterno dovute alla presenza di
corpi scaldanti annegati nelle strutture le maggiori perdite dovute
ad una imperfetta regolazione dell'emissione del calore (ritardi
od
anticipi nella erogazione del calore) Ql,rg leventuale mancato
sfruttamento di apporti gratuiti conteggiati nel calcolo di Qh che
si traducono
in maggiori temperature ambiente anzich riduzioni dell'emissione
di calore; sbilanciamento dell'impianto
e di fattori positivi, quali:
trasformazione in calore dell'energia elettrica impiegata nelle
unit terminali Qaux,e,lrh
Fabbisogni di energia termica utile per riscaldamento
Ql,e
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Fabbisogno di energia termica ideale Qh
Fabbisogno di energia termica ideale netto Qh = Qh Ql,W,s
Fabbisogno di energia termica effettivo Qhr= Qh+ Ql,e+ Ql,rg-
Qaux,e,lrh
Per impianti con zone aventi terminali diversi e rispettivi
sistemi di regolazione ambiente:
Fabbisogni di energia termica utile per riscaldamento
( ) ][1
,,,,,,,', WhQQQQQ
n
jjlrgeauxjrgljeljhhr
=
++=
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Energia per portare giornalmente una massa VW di acqua dalla
temperatura 0 di ingresso alla temperatura di erogazione er
dove: = densit dellacqua 1000 kg/m3 c = calore specifico
dellacqua 1,163 Wh/kg C er = convenzionalmente 40 C 0 =
convenzionalmente 15 C (a meno che si conoscano dati mensili per
zona climatica e fonte di prelievo (superficiale, pozzo, ecc) VW =
a Nu con a pari al fabbisogno giornaliero specifico (litri/g) e Nu
funzione della destinazione duso
Fabbisogni di energia termica per acqua calda sanitaria
( ) ]/[0, gWhcVQ erWWh =
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Nel prospetto sono indicati fabbisogni standard di energia per
usi di cottura al solo fine di poter depurare i consumi effettivi
rilevati da quelli non attinenti ai due usi contemplati
riscaldamento e produzione ACS. Nel caso di utilizzo di
combustibili fossili il consumo di combustibile si ottiene
dividendo il valore del prospetto per il potere calorifico
inferiore del combustibile. Nel caso di energia elettrica il
fabbisogno di energia primaria si ottiene moltiplicando i valori
del prospetto per il fattore di conversione dell'energia elettrica
in energia primaria.
Fabbisogni di energia per altri usi
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Il rendimento globale medio stagionale dell'impianto di acqua
calda sanitaria: g,W = Qh,W/Qp,W
Rendimento medio stagionale dell'impianto di ACS
Qh,W
Ql,W
Qp,W
Fabbisogno di energia primaria per acqua calda
sanitaria
Fabbisogno di energia termica utile per acqua
calda sanitaria
Perdite attraverso linvolucro o nel sistema di distribuzione
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Il rendimento globale medio stagionale dell'impianto di
riscaldamento: g,H = Qh/Qp,H
Rendimento medio stagionale dell'impianto di riscaldamento
Qh,W
Qp,H
Fabbisogno di energia primaria per riscaldamento
Fabbisogno di energia termica utile per
riscaldamento
Perdite nel sistema di distribuzione
Perdite nel sistema di generazione
Perdite nel sistema di emissione
Qh
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Radiatori su parete esterna isolata (U 0,8 W/m2K) Radiatori su
parete esterna NON isolata (U > 0,8 W/m2K)
Terminali di erogazione
Radiatore su parete riflettente
Radiatore su parete interna
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Terminali di erogazione
Bocchette in sistemi ad aria calda
Ventilconvettori / Termoconvettori
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Pannelli a parete
Terminali di erogazione
Pannelli annegati a soffitto
Pannelli isolati annegato a pavimento Pannelli annegati a
pavimento (non tengono conto delle perdite di calore non recuperate
dal pavimento verso il terreno)
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Terminali di erogazione
Il carico termico medio annuo, espresso in W/m3 ottenuto
dividendo il fabbisogno annuo di energia termica utile espresso in
Wh, per il tempo convenzionale di esercizio dei terminali di
emissione, espresso in ore, e per il volume lordo riscaldato del
locale o della zona espresso in metri cubi. (*) Il rendimento
indicato riferito ad una temperatura di mandata dell'acqua di 85 C.
Per parete riflettente, si incrementa il rendimento
di 0,01. In presenza di parete esterna non isolata (U > 0,8
W/m2 K) si riduce il rendimento di 0,04. Per temperatura di mandata
dell'acqua 65 C si incrementa il rendimento di 0,03.
(**) I consumi elettrici non sono considerati e devono essere
calcolati separatamente. (****) I dati forniti non tengono conto
delle perdite di calore non recuperate dal pavimento verso il
terreno; queste perdite devono essere
calcolate separatamente ed utilizzate per adeguare il valore del
rendimento.
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Terminali di erogazione La presenza di destratificatori, utili
nel caso di carichi termici elevati ed ambienti alti, pu migliorare
il rendimento di emissione di alcuni punti. Le perdite di emissione
si calcolano in base ai valori di rendimento dei prospetti con la
formula:
][1', WhQQe
ehel
=
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Terminali di erogazione - ESEMPIO Scuola 1: Fabbisogno annuo di
energia termica utile = 105600 Wh Tempo convenzionale di esercizio
dei terminali di emissione = 8 h al giorno per 6 giorni a
settimana, dal 15 novembre al 15 marzo (15 settimane escluse ferie
natalizie) = 24*6*15 = 2160 h/anno Superficie utile = 2402 m2
Volume riscaldato = 9156 m3 Parete esterna non isolata U=1.132
W/m2K Terminali = radiatori in ghisa con temperatura di mandata =
85 C Carico termico medio annuo =
[ ]
[ ]
=
33
22
8,1291562160
2402105600
mW
manno
h
mannom
Wh
e=0.92-0.04=0.88
e=0.92
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Sottosistemi di regolazione
Solo Climatica (compensazione con sonda esterna)
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Sottosistemi di regolazione
Ambiente con regolatore
Zona con regolatore
Climatica + ambiente con regolatore Climatica + zona con
regolatore
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n. 26 di 125
Sottosistemi di regolazione con quale logica ???? ON-OFF (il
comando dellattuatore avviene ogni volta si scenda sotto il valore
di riferimento, per poi essere tolto appena questo viene superato)
Proporzionale Derivativo PD (il comando allattuatore proporzionale
alla differenza tra comando e retroazione, oltre che tener conto
della derivata delle variazioni, cio della velocit con cui
avvengono)
Proporzionale Integrale PID (aggiunge, rispetto al caso
precedente, loperazione di integrale; in pratica la somma di tutte
le variazioni influenza la regolazione di uscita)
Il PID regola l'uscita in base a: il valore del segnale di
errore (azione proporzionale); i valori passati del segnale di
errore (azione integrale); quanto velocemente il segnale di errore
varia (azione derivativa).
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Le perdite del sottosistema di regolazione si calcolano in base
ai valori di rendimento del prospetto con la formula: Nel caso di
regolazione manuale (termostato di caldaia), si possono utilizzare
i valori della regolazione "Solo climatica" con una penalizzazione
di 5 punti percentuali.
( ) ][1.', WhQQQrg
rgelhrgl
+=
Sottosistemi di regolazione
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n. 28 di 125
Nel caso di regolazione climatica, i rendimenti sono funzione
di: - u = fattore di utilizzo degli apporti termici - = rapporto
apporti gratuiti perdite
Il fattore di utilizzo degli apporti gratuiti tiene conto del
comportamento dinamico (inerzia termica) della struttura,
generalmente calcolata secondo UNI EN 832: se 1 altrimenti se =1
11
1+
= a
a
u
Sottosistemi di regolazione - precisazioni
1+=a
au
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n. 29 di 125
a legata alla costante di tempo della struttura c
Sottosistemi di regolazione - precisazioni
00
caa +=
fattore di utilizzo degli apporti termici
Rapporto apporti termici/perdite
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n. 30 di 125
Sottosistemi di regolazione - ESEMPIO Scuola 1: Regolazione
manuale con termostato in caldaia ed utilizzo di radiatori Costante
di tempo edificio c= 5 h Metodo di calcolo stagionale a0= 0,8 e 0=
28 h Rapporto apporti gratuiti perdite = 0,5
979,02858,0
00 =+=+=
caa
660,05,015,01
11
979,1
979,0
1 =
=
= +aa
u
( ) ( ) 802,05,066,06,016,01 === urg
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n. 31 di 125
I circuiti di distribuzione dellacqua
La distribuzione dellacqua negli impianti civili avviene
mediante sistemi di tubazioni costituiti dal collegamento di testa
di condotte aventi sezione circolare e dimensioni normalizzate.
I tubi commerciali sono cilindrici, cavi, di materiale e
spessore diverso e possono essere fra loro congiunti con differenti
modalit.
Nelle reti di tubazioni circola acqua a diversa temperatura. I
materiali comunemente impiegati nei sistemi di tubazioni sono:
acciaio nero,
acciaio zincato, rame e materie plastiche. Acciaio nero: lega
Fe-C UNI 8863 e 7287, UNI-ISO 4200 Coeff. di dilatazione
termica: 0.0125 mm/mC. Acciaio zincato: spessore della zincatura
compreso tra 0.15 e 0.20 mm. Rame: rame puro al 99.9% - UNI 5649 e
6507 - Coeff. di dilatazione termica: 0.0165
mm/mC. Materiali plastici: PVC, polietilene, polipropilene,
polibutene, UNI 7741, 7611, 7990,
8318, 9338 Coeff. di dilatazione da 0.05 a 0.185 mm/mC.
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n. 32 di 125
I circuiti di distribuzione dellacqua Lacqua da intendersi di
acquedotto, incolore, inodore, insapore, alla temperatura
standard di 15C
solidificazione a 0C, evaporazione a 100C
massa volumica (4C) = 1 kg/dm3
calore specifico = 4186 J/kgK = 1,163 Wh/kgK
conducibilit termica = 0.586 W/mK
viscosit cinematica (100C) = 0.295 106 m2/s
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n. 33 di 125
I circuiti di distribuzione dellacqua I sistemi di tubazioni a
circuito aperto trasferiscono lacqua dalla sorgente allutenza
mettendola, in qualche punto del circuito, a contatto con
latmosfera.
I circuiti aperti possono essere: a pressione (se la pressione
totale fornita da un mezzo meccanico, ad esempio le elettropompe),
a caduta (se lacqua proviene da un serbatoio sopraelevato rispetto
allutenza), misti (se lacqua viene pompata ai serbatoi di raccolta
e quindi distribuita a caduta)
In un circuito chiuso, lacqua in circolazione teoricamente
sempre la stessa. Per tale motivo sono necessarie tubazioni di
andata e di ritorno.
La rete di distribuzione praticamente sempre un anello ed, a
causa dei gradienti di temperatura presenti, sar sempre collegato
ad un recipiente atto a contenere le conseguenti variazioni di
volume (vaso di espansione).
Le reti di distribuzione, che uniscono la sorgente energetica
alle utenze mediante sistemi di tubazioni nelle quali si muove
acqua a circolazione forzata possono essere classificate in
distribuzione: i) monotubo, ii) a due tubi, iii) a tre tubi, iv) a
quattro tubi.
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n. 34 di 125
I circuiti di distribuzione dellacqua Distribuzione monotubo
Utilizzata generalmente negli impianti di riscaldamento di tipo
autonomo.
Lalimentazione in serie ormai sostituita dal collegamento in
derivazione.
Lacqua che entra nel primo corpo scaldante una parte della
portata totale; lacqua
che entra nel secondo terminale , a sua volta, parte della
portata totale, risultante per dalla miscela tra lacqua meno calda
che esce dal precedente e quella parte che ha proseguito nellanello
con la temperatura iniziale.
Le alimentazioni successive dei terminali di uno stesso anello
avvengono a temperature sempre minori.
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n. 35 di 125
I circuiti di distribuzione dellacqua Distribuzione monotubo
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n. 36 di 125
I circuiti di distribuzione dellacqua Distribuzione a due tubi
Tipologia pi diffusa nel caso si voglia
trasferire ai terminali acqua calda o refrigerata.
Indifferentemente adottata sia negli impianti unifamiliari che
in quelli centralizzati, dalla pi modesta alla pi elevata
estensione.
Nel caso di elevate estensioni la rete di distribuzione
(distribuzione orizzontale e montanti o colonne) sempre costituita
da una tubazione di mandata ed una tubazione di ritorno, che
riconduce il fluido termovettore alla centrale.
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n. 37 di 125
I circuiti di distribuzione dellacqua Impianti autonomi Impianti
centralizzati
a distribuzione orizzontale
a montanti in traccia nei paramenti
interni o nellintercapedine
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n. 38 di 125
I circuiti di distribuzione dellacqua
impianti centralizzati con distribuzione a colonne montanti e
regolazione climatica centrale o manuale.
Particolare del collegamento del corpo scaldante alla colonna
montante.
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n. 39 di 125
I circuiti di distribuzione dellacqua Distribuzione a due
tubi
Nel caso di impianti di modesta
estensione, la configurazione pi comune a collettore (o a
margherita).
Esso rappresentato da due collettori (andata e ritorno)
collegati da un lato alla sorgente energetica e dallaltro ai
terminali.
Il collegamento ai terminali costituito da tante coppie di tubi
di andata e ritorno quanti sono i terminali stessi, aventi diametri
diversi e passanti sotto pavimento o sotto traccia.
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Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva
n. 40 di 125
I circuiti di distribuzione dellacqua
impianti centralizzati con distribuzione orizzontale e
regolazione climatica centrale (eventuale regolazione di zona con
valvola di zona e contatore).
Particolare della cassetta di zona
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Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva
n. 41 di 125
I circuiti di distribuzione dellacqua
impianti individuali con generatore autonomo con regolazione
manuale o con regolazione di zona a mezzo cronotermostato
ambiente
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I circuiti di distribuzione dellacqua Distribuzione a tre
tubi
E attualmente abbandonata.
E stata proposta (ed in alcuni casi applicata) ad impianti di
condizionamento ad o
ventilconvettori, in cui lalimentazione avveniva con due
tubazioni distinte (una per il caldo ed una per il freddo), ma con
ritorno unico.
Ogni terminale era dotato di elettrovalvola a tre vie che,
comandata da un sensore ambiente, sceglieva il freddo o il
caldo.
Le caratteristiche dellimpianto non compensavano il lieve
risparmio di materiale.
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I circuiti di distribuzione dellacqua Distribuzione a tre tubi
con ritorno rovescio (Tichelmann)
E una configurazione di uso comune. I terminale vengono
allacciati in ordine crescente alle mandate ed in ordine
decrescente ai ritorni. La rete automaticamente equilibrata dal
momento che le tubazioni sono di uguale
lunghezza per tutti i terminali.
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La determinazione delle perdite di distribuzione pu essere
effettuata: 1) mediante il ricorso a dati precalcolati ricavati da
prospetti in base alle principali
caratteristiche del sottosistema (Valutazione standard); 2)
mediante il metodo descritto nell'appendice A della UNI TS 11300/2
(Valutazione di
progetto) 3) mediante metodi analitici descritti nelle norme
pertinenti (Valutazione di progetto).
][1, WhQQd
dhrdl
=
Sottosistemi di distribuzione
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Rendimenti di distribuzione IMPIANTI AUTONOMI
IMPIANTI CENTRALIZZATI DIST. ORIZZONTALE
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Rendimenti di distribuzione I valori dei prospetti si
riferiscono a distribuzione con temperatura variabile, con
temperature di mandata e ritorno di progetto, rispettivamente di 80
C e 60 C. Per temperature di progetto differenti si applicano i
coefficienti di correzione dei rendimenti del prospetto
seguente.
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Rendimenti di distribuzione - ESEMPIO Scuola xx: Realizzazione
1980 Piani 2 Impianto di distribuzione con montanti in traccia nei
paramenti Temperatura di mandata = 70 C Temperatura ritorno 55 C
Dal prospetto 21d risulta: Dal prospetto 22, il coefficiente
corretto risulta:
d = 0,913
d,cor = d*[1-(1-d)*0,85] =
= 0,913*[1-(1-0,913)0,85] =
= 0,913*0,926 = 0,845
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Sistemi di generazione da fonte tradizione
Generalit
Parte 2
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Sottosistema di generazione Classificazione degli apparecchi
secondo DPR 96 ALLEGATO II - ATTRIBUZIONE DELLE MARCATURE DI
RENDIMENTO ENERGETICO ESEMPIO Una caldaia marcata 2 **, con potenza
nominale 400 kW, avr un rendimento certificato pari a:
87+2*log(400) = 92,2 % quando lavora alla sua Pn 83+3*log(400) =
90,8 % quando lavora a carico parziale di 0,3Pn
Alla potenza nominale Pn e ad una temperatura media dell'acqua
della caldaia di 70 C
A carico parziale di 0,3 Pn e ad una temperatura media
dell'acqua della caldaia 50 C
Marcatura * 84+2log(Pn) 80+3log(Pn)
Marcatura ** 87+2log(Pn) 83+3log(Pn)
Marcatura *** 90+2log(Pn) 86+3log(Pn)
Marcatura **** 93+2log(Pn) 89+3log(Pn)
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Sottosistema di generazione Classificazione degli apparecchi
secondo UNI 10642 e norme di prodotto (UNI EN 297 e UNI EN 483)
APPARECCHIO TIPO B Apparecchio previsto per il collegamento a canna
fumaria o a dispositivo di scarico dei prodotti della combustione
all'esterno del locale in cui l'apparecchio installato. Il prelievo
dell'aria comburente avviene nel locale di installazione e lo
scarico dei prodotti della combustione all'esterno del locale
stesso.
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Sottosistema di generazione Classificazione degli apparecchi
secondo UNI 10642 e norme di prodotto (UNI EN 297 e UNI EN 483)
APPARECCHIO TIPO C Apparecchio il cui circuito di combustione
(prelievo aria comburente, camera di combustione, scambiatore di
calore e scarico dei prodotti della combustione) a tenuta rispetto
allocale in cui l'apparecchio installato. Il prelievo dell'aria
comburente e lo scarico dei prodotti della combustione avvengono
direttamente all'esterno del locale.
Caldaia di tipo C collegata, mediante i suoi condotti, ad un
terminale installato orizzontalmente alla parete o sul tetto. Gli
orifizi dei condotti sono concentrici oppure abbastanza vicini da
essere esposti a condizioni di vento paragonabili.
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Sottosistema di generazione Classificazione degli apparecchi
secondo UNI 10642 e norme di prodotto (UNI EN 297 e UNI EN 483)
APPARECCHIO TIPO C Apparecchio il cui circuito di combustione
(prelievo aria comburente, camera di combustione, scambiatore di
calore e scarico dei prodotti della combustione) a tenuta rispetto
allocale in cui l'apparecchio installato. Il prelievo dell'aria
comburente e lo scarico dei prodotti della combustione avvengono
direttamente all'esterno del locale.
Caldaia di tipo C collegata, mediante i suoi condotti, ad un
terminale installato verticalmente. Gli orifizi dei condotti sono
concentrici oppure abbastanza vicini da essere esposti a condizioni
di vento paragonabili.
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Sottosistema di generazione Classificazione degli apparecchi
secondo UNI 10642 e norme di prodotto (UNI EN 297 e UNI EN 483)
APPARECCHIO TIPO C Apparecchio il cui circuito di combustione
(prelievo aria comburente, camera di combustione, scambiatore di
calore e scarico dei prodotti della combustione) a tenuta rispetto
allocale in cui l'apparecchio installato. Il prelievo dell'aria
comburente e lo scarico dei prodotti della combustione avvengono
direttamente all'esterno del locale.
Caldaia di tipo C collegata, mediante i suoi condotti separati,
a due terminali che possono sboccare in zone a pressione
diversa.
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n. 57 di 125
Sottosistema di generazione Classificazione degli apparecchi
secondo UNI 10642 e norme di prodotto (UNI EN 297 e UNI EN 483)
APPARECCHIO TIPO C Apparecchio il cui circuito di combustione
(prelievo aria comburente, camera di combustione, scambiatore di
calore e scarico dei prodotti della combustione) a tenuta rispetto
allocale in cui l'apparecchio installato. Il prelievo dell'aria
comburente e lo scarico dei prodotti della combustione avvengono
direttamente all'esterno del locale.
Caldaia di tipo C collegata, mediante i suoi condotti ed
eventualmente mediante un raccordo, ad un terminale eli
alimentazione eli aria e raccordata ad un camino singolo o ad una
canna fumaria collettiva.
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Sottosistema di generazione Le perdite di generazione dipendono:
1) dalle caratteristiche del generatore di calore 2) dalle modalit
di inserimento del generatore nell'impianto
dal suo dimensionamento rispetto al fabbisogno dell'edificio
dalle modalit di installazione dalla temperatura dell'acqua (media
e/o di ritorno al generatore) nelle condizioni
di esercizio (medie mensili). Il rendimento medio stagionale di
produzione differisce quindi dai rendimenti a pieno carico ed a
carico parziale ottenuti con prove di laboratorio secondo le norme
di riferimento. La UNI TS 11300/2 prevede la determinazione del
rendimento di generazione: 1. mediante prospetti contenenti valori
precalcolati per le tipologie pi comuni di
generatori di calore in base al dimensionamento e alle
condizioni d'installazione 2. mediante metodi di calcolo.
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n. 59 di 125
Sottosistema di generazione Qualora non si identifichi la
tipologia del generatore tra quelle dei prospetti o quando le
condizioni al contorno non siano comprese tra quelle indicate, si
deve ricorrere al calcolo. Legenda dei fattori di correzione: F1 =
rapporto fra la potenza del generatore installato e la potenza di
progetto richiesta. Per generatori
modulanti, F1 si determina con riferimento alla potenza minima
regolata F2 = installazione all'esterno F3 = camino di altezza
maggiore di 10 m F4 = temperatura media di caldaia maggiore di 65 C
in condizioni di progetto
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n. 60 di 125
Sottosistema di generazione Qualora non si identifichi la
tipologia del generatore tra quelle dei prospetti o quando le
condizioni al contorno non siano comprese tra quelle indicate, si
deve ricorrere al calcolo. Legenda dei fattori di correzione: F1 =
rapporto fra la potenza del generatore installato e la potenza di
progetto richiesta. Per generatori
modulanti, F1 si determina con riferimento alla potenza minima
regolata F2 = installazione all'esterno F4 = temperatura media di
caldaia maggiore di 65 C in condizioni di progetto
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n. 61 di 125
Sottosistema di generazione Qualora non si identifichi la
tipologia del generatore tra quelle dei prospetti o quando le
condizioni al contorno non siano comprese tra quelle indicate, si
deve ricorrere al calcolo. Legenda dei fattori di correzione: F1 =
rapporto fra la potenza del generatore installato e la potenza di
progetto richiesta. Per generatori
modulanti, F1 si determina con riferimento alla potenza minima
regolata F2 = installazione all'esterno F4 = temperatura media di
caldaia maggiore di 65 C in condizioni di progetto F5 = generatore
monostadio F6 = camino di altezza maggiore di 10 m in assenza di
chiusura dell'aria comburente all'arresto (non
applicabile ai premiscelati)
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n. 62 di 125
Sottosistema di generazione Qualora non si identifichi la
tipologia del generatore tra quelle dei prospetti o quando le
condizioni al contorno non siano comprese tra quelle indicate, si
deve ricorrere al calcolo. Legenda dei fattori di correzione: F1 =
rapporto fra la potenza del generatore installato e la potenza di
progetto richiesta. Per generatori
modulanti, F1 si determina con riferimento alla potenza minima
regolata F2 = installazione all'esterno (nel caso di installazione
di caldaie a condensazione con accumulo in
esterno, il fattore F2 pari a -3) F5 = generatore monostadio F7
= temperatura di ritorno in caldaia nel mese pi freddo
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n. 63 di 125
Sottosistema di generazione - Metodo semplificato di calcolo 1.
Calcolo del fabbisogno in uscita dal generatore
Qgn,out = Qh + Ql,e + Ql,r + Ql,d In assenza di accumulo si ha
Qgn,out = Qd,IN 2. Calcolo della potenza media stagionale del
generatore
gn,avg = Qgn,out/tgn assumendo tgn = 24 numero di giorni legali
di riscaldamento 3. Calcolo della potenza nominale richiesta al
generatore
gn = gn,avg/FCclima dove FCclima il fattore climatico di carico
medio stagionale della localit considerata definito come rapporto
la differenza di temperatura media stagionale tra interno ed
esterno e la differenza di temperatura tra interno ed esterno di
progetto In mancanza di tale dato si pu assumere FCclima = 0,5
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n. 64 di 125
Sottosistema di generazione - Metodo semplificato di calcolo 4.
Calcolo del fattore di carico medio del generatore
FCgn,u = gn,avg/Pn dove Pn la potenza termica utile nominale del
generatore installato 5. Calcolo del fattore di dimensionamento del
generatore
F1 = Pn/gn 6. Calcolo delle perdite di generazione Ql,gn In base
ai prospetti 23, al fattore F1 (punto precedente) ed agli altri
fattori relativi all'installazione del generatore 7. Calcolo del
fabbisogno stagionale di energia del generatore di calore
Qgn,out + Ql,gn
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n. 65 di 125
Sottosistema di generazione - Metodo semplificato di calcolo 8.
Calcolo della potenza elettrica degli ausiliari del generatore
Wgn,aux = G + H *Pnn [W]
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n. 66 di 125
Sottosistema di generazione - Metodo semplificato di calcolo 9.
Calcolo della potenza elettrica di eventuale pompa primaria e con
cn pari alla potenza al bruciatore (focolare) 10. Calcolo della
potenza complessiva degli ausiliari elettrici
Waux,t = Wgn,aux + Wgn,PO,pr 11. Calcolo del fabbisogno di
energia elettrica degli ausiliari
Qaux,t = FCu,gn * Waux,t * tgn
][100054,,
WccWn
cnprPOgn
+=
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n. 67 di 125
Fabbisogni di energia elettrica dei sottosistemi degli impianti
di riscaldamento
QH,aux = Qaux,e + Qaux,d + Qaux,gn
EMISSIONE DISTRIBUZIONE GENERAZIONE
Qaux,r = REGOLAZIONE = 0
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n. 68 di 125
Sottosistema di emissione Nel tempo tgn considerato, il
fabbisogno di energia elettrica, in Wh, : se ventola sempre in
funzione; se il ventilatore si arresta al raggiungimento della T
desiderata
Qaux,e =tgn*Pvn
Qaux,e =FCU*tgn*Pvn
FCU = Pg,rea / Pg,nom
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n. 69 di 125
Sottosistema di distribuzione
Il fabbisogno di energia elettrica per la distribuzione del
fluido termovettore Qaux,d con elettropompe dato in kWh da:
1000,
,dPOvPO
daux
PFtQ
=
dove: PPO,d la potenza elettrica della pompa nelle condizioni di
progetto [W] tPO il tempo convenzionale di attivazione della pompa
e si assume [h] pari a:
tPO =FC*tgn nel caso in cui previsto larresto della pompa alla
fermata del generatore, durante il tempo di attivazione dello
stesso
tPO = tgn nel caso in cui la pompa sia sempre in funzione
durante il tempo di attivazione del generatore
Fv un fattore che tiene conto della variazione di velocit della
pompa secondo il
prospetto seguente
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n. 70 di 125
Sottosistema di distribuzione
La procedura descritta richiede che si devono reperire i dati di
potenza elettrica delle pompe o dei ventilatori (distribuzione aria
calda). Quando necessiti un'esatta determinazione dei consumi
elettrici della rete di distribuzione, con ristretti margini di
errore, si deve ricorrere a misure in campo. Quando ci non sia
possibile si pu ricorrere a stime basate sulle portate, prevalenze
e rendimenti delle pompe o dei ventilatori.
TRASCURATO IN QUESTA SEDE
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n. 71 di 125
ESEMPIO RIASSUNTIVO SCUOLA xx (Cassino 137 giorni legali di
riscaldamento): Generatore di calore per: RISCALDAMENTO + ACS
Fabbisogno annuo di energia termica utile = 356.940 kWh Volume
riscaldato = 8160 m3 Superficie utile = 1860 m2 Impianto di
riscaldamento: GENERATORE MULTISTADIO E MODULANTE, TRADIZIONALE -
300 kW Recuperatore di calore: NO Sistema di emissione: RADIATORI
in alluminio SU PARETE ESTERNA ISOLATA (U=0,62 W/m2K) Temperatura
di mandata = 80 C Sistema: CON FUNZIONAMENTO CONTINUO per 14h
Sistema di regolazione: SINGOLO AMBIENTE TIPOLOGIA DI REGOLAZIONE
ON-OFF Sistema di distribuzione: ORIZZONTALE installato PRIMA DEL
1976 Sistema ausiliario asservito al generatore: POTENZA AUSILIARI
= 0,8 kW
Tempo convenzionale di esercizio dei terminali di emissione = 24
h al giorno, dal 15 novembre al 31 marzo = 3288 h/anno Carico
termico medio annuo =
[ ]
=
33
3,1381603288
000.940.356
mW
manno
hannoWh
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n. 72 di 125
ESEMPIO RIASSUNTIVO SCUOLA xx (Cassino 137 giorni legali di
riscaldamento): Generatore di calore per: RISCALDAMENTO + ACS
Fabbisogno annuo di energia termica utile = 356.940 kWh Volume
riscaldato = 8160 m3 Superficie utile = 1860 m2 Impianto di
riscaldamento: GENERATORE MULTISTADIO E MODULANTE, TRADIZIONALE -
300 kW Recuperatore di calore: NO Sistema di emissione: RADIATORI
in alluminio SU PARETE ESTERNA ISOLATA (U=0,62 W/m2K) Temperatura
di mandata = 80 C Sistema: CON FUNZIONAMENTO CONTINUO per 14h
Sistema di regolazione: SINGOLO AMBIENTE TIPOLOGIA DI REGOLAZIONE
ON-OFF Sistema di distribuzione: ORIZZONTALE installato PRIMA DEL
1976 Sistema ausiliario asservito al generatore: POTENZA AUSILIARI
= 0,8 kW
Rendimento di emissione e=0,92
-
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n. 73 di 125
ESEMPIO RIASSUNTIVO SCUOLA xx (Cassino 137 giorni legali di
riscaldamento): Generatore di calore per: RISCALDAMENTO + ACS
Fabbisogno annuo di energia termica utile = 356.940 kWh Volume
riscaldato = 8160 m3 Superficie utile = 1860 m2 Impianto di
riscaldamento: GENERATORE MULTISTADIO E MODULANTE, TRADIZIONALE -
300 kW Recuperatore di calore: NO Sistema di emissione: RADIATORI
in alluminio SU PARETE ESTERNA ISOLATA (U=0,62 W/m2K) Temperatura
di mandata = 80 C Sistema: CON FUNZIONAMENTO CONTINUO per 14h
Sistema di regolazione: SINGOLO AMBIENTE TIPOLOGIA DI REGOLAZIONE
ON-OFF Sistema di distribuzione: ORIZZONTALE installato PRIMA DEL
1976 Sistema ausiliario asservito al generatore: POTENZA AUSILIARI
= 0,8 kW
Rendimento di regolazione
d = 0,94
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n. 74 di 125
ESEMPIO RIASSUNTIVO SCUOLA xx (Cassino 137 giorni legali di
riscaldamento): Generatore di calore per: RISCALDAMENTO + ACS
Fabbisogno annuo di energia termica utile = 356.940 kWh Volume
riscaldato = 8160 m3 Superficie utile = 1860 m2 Impianto di
riscaldamento: GENERATORE MULTISTADIO E MODULANTE, TRADIZIONALE -
300 kW Recuperatore di calore: NO Sistema di emissione: RADIATORI
in alluminio SU PARETE ESTERNA ISOLATA (U=0,62 W/m2K) Temperatura
di mandata = 80 C Sistema: CON FUNZIONAMENTO CONTINUO per 14h
Sistema di regolazione: SINGOLO AMBIENTE TIPOLOGIA DI REGOLAZIONE
ON-OFF Sistema di distribuzione: ORIZZONTALE installato PRIMA DEL
1976 Sistema ausiliario asservito al generatore: POTENZA AUSILIARI
= 0,8 kW
Rendimento di distribuzione
d = 0,958
-
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n. 75 di 125
ESEMPIO RIASSUNTIVO SCUOLA xx (Cassino 137 giorni legali di
riscaldamento): Generatore di calore per: RISCALDAMENTO + ACS
Fabbisogno annuo di energia termica utile = 356.940 kWh Volume
riscaldato = 8160 m3 Superficie utile = 1860 m2 Impianto di
riscaldamento: GENERATORE MULTISTADIO E MODULANTE, TRADIZIONALE -
300 kW Recuperatore di calore: NO Sistema di emissione: RADIATORI
in alluminio SU PARETE ESTERNA ISOLATA (U=0,62 W/m2K) Temperatura
di mandata = 80 C Sistema: CON FUNZIONAMENTO CONTINUO per 14h
Sistema di regolazione: SINGOLO AMBIENTE TIPOLOGIA DI REGOLAZIONE
ON-OFF Sistema di distribuzione: ORIZZONTALE installato PRIMA DEL
1976 Sistema ausiliario asservito al generatore: POTENZA AUSILIARI
= 0,8 kW
Rendimento di generazione
d = 0,88
-
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n. 76 di 125
ESEMPIO RIASSUNTIVO Fabbisogno annuo di energia termica utile Qh
= 356940 [kWh] Rendimento di emissione stimato e= 92% Perdite
sistema di emissione: Energia resa disponibile al sistema di
emissione: Qh + Ql ,e = 387978,3 [kWh] Rendimento di regolazione
stimato e= 94% Perdite sistema di regolazione: Energia in uscita
dal sistema di distribuzione : = Qh + Ql ,e + Ql ,r = 412742,8
[kWh] Rendimento di distribuzione stimato e= 95,8% Perdite sistema
di distribuzione: Energia in uscita dal sistema di generazione: =
Qh + Ql ,e + Ql ,r +Ql ,d = = 430838,0 [kWh] +21% Potenza media
stagionale: Potenza nominale richiesta al generatore:
[ ]kWhQQe
ehel 3,31038
1'', =
=
[ ]kWhQQQr
relhrl 6,24764
1)( ',''
, =
+=
[ ]kWhQQQQd
drlelhdl 2,18095
1)( ',',
'', =
++=
[ ]kWt
Q
gn
outgnavggn 0,13113724
430838,, =
==
[ ]kWFC ac
avggngn 0,2625,0
131
lim
, ==
=
-
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n. 77 di 125
ESEMPIO RIASSUNTIVO Fattore di carico medio del generatore:
Fattore di dimensionamento del generatore: Rendimento di
generazione stimato gn= 88% Perdite sistema di generazione: Energia
in ingresso al generatore: = Qh + Ql ,e + Ql ,r + Ql ,d + Ql ,gn =
489588 [kWh] +37%
( ) [ ]kWhQQQQQgn
gndlrlelhgnl 6,58750
1',
',
',
'', =
+++=
437,0300131,
, ==
=
Pn
avggnugnFC
15,12623001 ==
=gn
PnF
-
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n. 78 di 125
ESEMPIO RIASSUNTIVO Fabbisogno annuo di energia termica utile Qh
= 356940[kWh] Energia in ingresso al generatore: = Qh + Ql ,e + Ql
,r + Ql ,d + Ql ,gn = 489588,7 [kWh]
%9,72',
',
',
',
'
'
==++++
= gndregnldlrlelh
himp QQQQQ
Q
Nel bilancio energetico complessivo vanno poi aggiunte le
perdite elettriche!!!!
QH,aux = Qaux,e + Qaux,d + Qaux,gn
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Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva
n. 79 di 125
ESEMPIO RIASSUNTIVO Consumi di energia elettrica ausiliari
sistema di emissione: Qaux,e = 0 [kWh] radiatori Consumi di energia
elettrica ausiliari sistema di regolazione: Qaux,r = 0 [kWh]
Consumi di energia elettrica ausiliari sistema di distribuzione:
Consumi di energia elettrica ausiliari sistema di generazione:
( ) [ ]kWhtWQ gnPnauxauxgn 5,489210003288688800
1000,
, =+
=
=
][4,26301000
800132881000
,, kWh
PFtQ dPOvPOdaux =
=
=
QH,aux = Qaux,e + Qaux,d + Qaux,gn = 7522,9 [kWh]
][6881000
2940002100100054,,
WccWn
cnprPOgn =
+=
+=
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Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva
n. 80 di 125
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Diapositiva n. 81 di 52
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Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili
I fattori di conversione energetici Per ogni vettore energetico
previsto un fattore di conversione in energia primaria. Esso tiene
conto anche dei contributi di consumo derivanti dallestrazione,
lavorazione, stoccaggio e trasporto degli stessi vettori.
Nel caso dellenergia elettrica, il fattore di conversione tiene
conto del rendimento medio di generazione del sistema elettrico
nazionale e delle perdite medie di trasmissione sul territorio
nazionale.
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Diapositiva n. 82 di 52
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Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili
I fattori di conversione energetici
La tonnellata equivalente di petrolio (TEP) rappresenta la
quantit di energia rilasciata dalla combustione di una tonnellata
di petrolio grezzo e vale, secondo lIEA/OCSE, 41,868 GJ, pari a
11,630 MWh.
In Italia il M.A.P. ha fissato con D.M. del 20/07/2004 : 1 TEP =
41,860 GJ
Trattasi ovviamente di un valore convenzionale, mediato tra le
diverse variet di petrolio, con diversi poteri calorifici.
Il barile equivalente di petrolio, fissato convenzionalmente
pari a 0,146 TEP (una tonnellata di petrolio corrisponde a circa
6,841 barili).
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Diapositiva n. 83 di 52
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Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili
I fattori di conversione energetici
L'Autorit per lEnergia Elettrica e il Gas (AEEG), con Delibera
EEN 3/08 del 20/03/2008, ha fissato il fattore di conversione
dell'energia elettrica in energia primaria pari a:
0,187 x 10-3 TEP/kWh
In sostanza per ogni MWh elettrico (1000 kWh) prodotto, vengono
mediamente consumati, nelle centrali italiane, 0,187 TEP. Ci
implica laver fissato il rendimento del sistema nazionale di
produzione e distribuzione dell'energia elettrica al valore di:
%46,174,2
,1, = pkWh
ekWhITAele
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Diapositiva n. 84 di 52
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Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili
I fattori di conversione energetici UNI EN 15603: Prestazione
energetica degli edifici - Consumo energetico globale e definizione
dei metodi di valutazione energetica
Vettore energetico Fattore di conversione da kWh,v.e. a
kWh,p
Gasolio 1
Olio combustibile 1
Gas naturale 1
GPL 1
Carbone 1
Biomasse 0,5
Energia elettrica da rete nazionale 2,174
Energia elettrica autoprodotta (cogenerazione) 1
Energia elettrica autoprodotta (da fonti rinnovabili,
fotovoltaico, ecc)
0
Energia termica autoprodotta (da solare termico) 0
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Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili
I fattori di conversione ambientali Il fattore universalmente
adottato per quantificare le emissioni di gas serra la tonCO2 Le
tCO2 per kWh di energia elettrica prodotta sono, ovviamente,
funzione del cosiddetto mix energetico nazionale, il quale
rappresenta le quote di produzione di energia per le varie
tecnologie impiegate.
Per il nostro Paese il fattore di conversione pari a 0,44
tonnellate di CO2 emesse per ogni MWh prodotto (Rapporto ambientale
ENEL 2009).
Per gli altri combustibili devono essere utilizzati i fattori di
emissione riportati nella tabella tratta dalla Decisione della
Commissione 2001/405/CE:
Equivalenti di CO2 fossile relativi alle fonti di energia non
rinnovabili
Carbone 95 gCO2/MJ
Petrolio greggio 73 gCO2/MJ
Olio combustibile 1 74 gCO2/MJ
Olio combustibile 2 5 77 gCO2/MJ
Benzina 69 gCO2/MJ
Gas naturale 56 gCO2/MJ 15,6 gCO2/kWh
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Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili
Pannelli solari termici piani, per ACS e integrazione con
limpianto di riscaldamento (Centro-Sud Italia)
Il collettore solare piano
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Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili
un assorbitore (selettivo?), costituito da una sottile lastra di
rame rivestita, o verniciata di nero nelle versioni pi
economiche
tubi in rame o in alluminio (nelle versioni pi economiche) per
ottenere un buon assorbimento dellenergia solare
saldature ad ultrasuoni per garantire un buon trasferimento
termico tra lassorbitore e i tubi contenenti lacqua da scaldare
Il collettore solare piano
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Diapositiva n. 89 di 52
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Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili
un contenitore esterno generalmente in alluminio anodizzato per
renderlo resistente alla corrosione negli anni, sul cui colore
generalmente possibile intervenire al fine di renderlo accattivante
esteticamente
Il collettore solare
un isolamento inferiore e laterale in lana di vetro o di roccia
(> 4 cm e parte superiore rivestita con foglio di alluminio):
per garantire un ottimo isolamento dellassorbitore dallesterno un
profilo in gomma EPDM e silicone per garantirne limpermeabilit
vetro solare temperato e a basso contenuto di ferro
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Diapositiva n. 90 di 52
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Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili
la differenza tra un pannello e laltro, diventa significativa
nei mesi freddi, dove laccuratezza nella scelta e nella lavorazione
dei vari componenti diventa cruciale per garantire un rendimento
mediamente buono su tutto lanno solare!
Lassorbitore UNI 12975/2
2
210)()(
=
GttGa
Gtta amam
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Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili
Lassorbitore
I pannelli solari con assorbitore di rame (o di alluminio)
verniciato di nero, presentano un basso rendimento, in quanto la
semplice vernice nera non riesce a convertire tutte le gamme di
frequenza di cui la luce composta, per cui gran parte dellenergia
viene riflessa, e quindi sprecata.
95% 88% 95%
8%
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Diapositiva n. 92 di 52
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Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili
Lutilizzo di una sottile lastra di rame, rivestita in materiale
selettivo:
- Ossidi di Al con pigmentazione al Ni ottenuti con procedimento
galvanico
- Cromo nero con strato di Ni sul rame
- Cromo nero direttamente su rame
- Solfuro di cobalto/ossido su lamiera di acciaio
- TINOX, CERMET applicati sotto vuoto
Lassorbitore
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Diapositiva n. 93 di 52
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Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili
Lassorbitore
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Diapositiva n. 94 di 52
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Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili
Il fluido termovettore
Acqua: pu essere usato direttamente come acqua calda sanitaria,
oppure pu cedere il suo calore in uno scambiatore (nel caso venga
addizionata di antigelo o l'acqua di rete contenga troppi ioni
Cloro e ioni metallici, come ioni Rame e Ferro, che notoriamente
provocano corrosione).
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Diapositiva n. 95 di 52
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Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili
Il fluido termovettore Aria: costo zero, immediata utilizzabilit
per il riscaldamento degli ambienti, nessun problema di corrosione
o congelamento, semplicit dei sistemi di controllo; ma anche minore
aumento della temperatura del pannello e ridotto scambio termico
con la piastra per il basso calore specifico dell'aria, che
comporta un basso rendimento del pannello.
Per aumentare lo scambio termico bisogna imporre un moto
turbolento all'aria che circola nel collettore, dando un profilo
frastagliato e ruvido alla piastra assorbente, badando per a non
indurre grosse perdite di carico da compensare con potenti ventole;
un altro metodo pu essere quello di far circolare l'aria in una
piastra cava, lasciandola espandere in condotti trasversali
rispetto al moto naturale, per poi raccoglierla lateralmente
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Diapositiva n. 96 di 52
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Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili
I fattori penalizzanti
La trasmittanza ottica della lastra, funzione di: - composizione
- stato superficiale - spessore della lastra - angolo di incidenza
della radiazione
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Diapositiva n. 97 di 52
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Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili
La lastra di copertura Le lastre debbono essere trasparenti alla
luce solare di lunghezza d'onda 3 m ed opache al re-irraggiamento
infrarosso ( > 3 m) proveniente dalla superficie annerita.
Esse diventano perci a loro volta sorgente di emissione, con
l'effetto che la temperatura nello spazio compreso tra la lastra
trasparente e quella assorbente sar quella corrispondente ad una
densit di potenza decisamente maggiore dell'energia E entrante
(effetto serra)
Il numero di lastre da impiegare (distanti fra i 12 ed i 24 mm)
un parametro che dipende essenzialmente dalla velocit e natura del
fluido vettore e dalla temperatura esterna:
minore la velocit del fluido maggiore la temperatura della
piastra, per cui necessaria pi di una lastra per trattenere la
parte infrarossa della radiazione di corpo nero
pi bassa la temperatura esterna, pi occorre almeno un'altra
lastra trasparente che intercetti buona parte della radiazione di
corpo nero (riflessa dalla piastra), in modo da ridurre il t fra le
facce della lastra pi esterna (e quindi le perdite per
convezione)
maggiore il numero delle lastre impiegate, maggiore la
radiazione solare da esse assorbita e riflessa, quindi meno
radiazione raggiunger effettivamente la piastra.
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Diapositiva n. 98 di 52
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Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili
Le altre tipologie costruttive
Pannelli solari a tubi sotto vuoto
per ACS, o per integrazione con riscaldamento (anche nelle
Regioni pi fredde del Nord Italia). Ancora alquanto costosa
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Diapositiva n. 99 di 52
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Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili
Pannelli solari a tubi di calore
La temperatura dellacqua prodotta non supera i 90C.
Ad elevate temperature il punto di dry out del sistema si
innalza. Per questo motivo il liquido interno si mantiene
costantemente sotto forma di vapore nella estremit superiore
dellheat pipe evitando di assorbire ulteriore calore dal tubo
evacuato.
Pannelli solari a tubi di calore
i costi di manutenzione ordinaria sono nulli
Nei tubi non circola acqua mentre nello scambiatore appena 1lt.
protetto da una coibentazione spessa 50 mm di speciale lana di
vetro. Di conseguenza possibile evitare lutilizzo della miscela di
acqua e glicole con conseguente risparmio economico rappresentato
dalla sostituzione periodica del liquido.
Le altre tipologie costruttive
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Diapositiva n. 100 di 52
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Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili
E lacqua destinata alligiene personale (rubinetti di casa o la
doccia), al lavaggio delle stoviglie, alla lavastoviglie ed alla
lavatrice.
Sono i pi economici
Permettono di coprire pi dell80% del fabbisogno di acqua calda
annuo
un notevole risparmio sulla bolletta del gas
abbattimento delle spese energetiche
abbattimento dellimmissione di gas nocivi nellatmosfera
Gli impianti per ACS
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Diapositiva n. 101 di 52
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Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili
Unultima classificazione (principio) A circolazione naturale
valvole di sicurezza vaso di espansione scambiatore solare / ACS
resistenza elettrica per scaldare lacqua nel caso la stessa non sia
sufficientemente calda per luso
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Diapositiva n. 102 di 52
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Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili
A circolazione naturale
Unultima classificazione (principio)
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Diapositiva n. 103 di 52
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Dipartimento di Ingegneria Civile e Meccanica
Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili
La minor resa dellimpianto compensata ampiamente dal risparmio
economico legato alle spese fisse (il mancato acquisto dei sistemi
di circolazione artificiale quali pompe e centraline) e spese
variabili (la loro assistenza e lenergia per farle funzionare).
A circolazione naturale
Unultima classificazione (principio)
-
Diapositiva n. 104 di 52
Universit degli Studi di Cassino e del Lazio Meridionale
Dipartimento di Ingegneria Civile e Meccanica
Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili
A circolazione forzata
Unultima classificazione (principio)
Richiede una pompa elettrica, governata da una centralina
solare, da sonde e da una pompa generalmente di tipo on-off, che
interviene solo per una data differenza di temperatura tra il
fluido contenuto nei pannelli solari e quello contenuto nel
serbatoio
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Diapositiva n. 105 di 52
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Dipartimento di Ingegneria Civile e Meccanica
Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili 105/28
I collettori scoperti
I pannelli solari scoperti, sono privi della copertura esterna,
per cui rinunciano ad alti rendimenti a vantaggio di una maggiore
economicit. In essi, lacqua circolante (fino anche a 6 bar) passa
direttamente nei tubi esposti al Sole, si surriscalda ad una
temperatura non superiore ai 40 C e viene usata direttamente
Materiale: PVC o il Neoprene o Polipropilene
Costo: ovviamente molto basso e di facile installazione
Utilizzo: installazioni autonome finalizzate ad usi estivi
(temperature dellaria non inferiore ai 20 C) per riscaldare piscine
scoperte, docce negli stabilimenti balneari, nei campeggi, negli
alloggi estivi, ecc.
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Diapositiva n. 106 di 52
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Dipartimento di Ingegneria Civile e Meccanica
Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili 106/28
Stima della radiazione incidente: UNI 11328/1:2009
-
Diapositiva n. 107 di 52
Universit degli Studi di Cassino e del Lazio Meridionale
Dipartimento di Ingegneria Civile e Meccanica
Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili 107/28
Stima della radiazione incidente: mappe isoradiative
-
Diapositiva n. 108 di 52
Universit degli Studi di Cassino e del Lazio Meridionale
Dipartimento di Ingegneria Civile e Meccanica
Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili 108/28
Stima della radiazione incidente: PVGIS
http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php?lang=it&map=europe
-
Diapositiva n. 109 di 52
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Dipartimento di Ingegneria Civile e Meccanica
Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili 109/28
Stima della radiazione incidente: PVGIS
http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php?lang=it&map=europe
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Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva
n. 110 di 125
1) Perdite nel circuito solare Comprende collettori,
circolatore, tubazioni e scambiatore di calore (nellaccumulo). Nel
caso siano noti i dati forniti dal fabbricante, il rendimento del
circuito viene stimato come segue:
loop = 1 - con = (0*A*a1 )/(Ust)hx dove:
0 il rendimento del collettore a perdite nulle A larea di
apertura del collettore [m2] a1 coefficiente di primo ordine di
dispersione del collettore (Ust)hx coefficiente di scambio termico
dello scambiatore di calore [W/K]
Quando tali valori non siano forniti dal fabbricante si pu
assume loop = 0,8.
Calcolo delle perdite del sistema solare
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Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva
n. 111 di 125
2) Perdite nel sistema di accumulo Le perdite di accumulo Ql,W,s
si calcolano in base alla entit e alle caratteristiche della
superficie disperdente dell'accumulatore ed alla differenza tra la
temperatura media della superficie e la temperatura media
dell'ambiente nel quale l'accumulatore installato. dove:
Se la superficie esterna dell'accumulo [m2] de lo spessore dello
strato isolante [m] s la conduttivit dello strato isolante [W/m K]
ts la durata del periodo considerato [h] s la temperatura media
nell'accumulo [C] a la temperatura ambiente del locale di
installazione dell'accumulo [C]
Qualora sia disponibile il valore della dispersione termica
dell'apparecchio Kboll [W/K] dichiarato dal costruttore, le perdite
sono calcolate con la formula seguente:
][)(,, WhtdSQ sass
e
esWl =
Calcolo delle perdite del sistema solare
][)(,, WhtKQ sasbollsWl =
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Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva
n. 112 di 125
2) Perdite nel sistema di accumulo Nel caso di apparecchi
elettrici, il valore delle perdite nominali (statiche) dichiarato
dal costruttore secondo la CEI EN 60379. Nel caso in cui
l'accumulatore sia installato in un ambiente riscaldato le perdite
si considerano tutte recuperate durante il periodo di
riscaldamento. Si considerano invece tutte non recuperabili durante
il periodo nel quale il riscaldamento inattivo (estivo). Le perdite
di accumulo recuperabili e non recuperabili si considerano presenti
in tutto il periodo di funzionamento prefissato del sistema. Le
perdite recuperate sono date da:
Qlrh,W,s = Ql,W,s (1 - bg,W) [Wh] dove:
bg,W pari a 0 se in ambiente riscaldato bg,W pari a 1 se fuori
dall'ambiente riscaldato.
Calcolo delle perdite del sistema solare
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n. 113 di 125
3) Consumi di energia elettrica degli ausiliari Nei sottosistemi
a circolazione naturale si ha un fabbisogno nullo di energia
elettrica. Nei sottosistemi a circolazione forzata, il fabbisogno
di energia elettrica degli ausiliari dato da:
Waux,nom la potenza nominale complessiva dei circolatori [W]. In
mancanza di tale dato si pu assumere:
Waux,nom = 50 + 5A [W] dove A la superficie di apertura del
collettore [m2]. taux,m il numero di ore mensili di funzionamento
del circolatore. E calcolato assumendo il periodo di funzionamento
annuale della durata di 2000 h (UNI EN 12976-2), e moltiplicando il
periodo di funzionamento annuale per la percentuale mensile
dellirradianza solare di ciascun mese: per il calcolo relativo
allacqua calda sanitaria si ha: per il calcolo relativo al
riscaldamento si ha:
Calcolo delle perdite del sistema solare
][1000
,,,, kWh
tWQ mauxnomauxmauxsol
=
][2000,, kWhGPGt
ii
WmesemWaux
=
][2000
,
,,,, kWhNG
PNGt
imesegi
HmeseHgmesemWaux
=
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n. 114 di 125
3) Consumi di energia elettrica degli ausiliari PH il rapporto
tra il fabbisogno dovuto al riscaldamento ambienti ed il fabbisogno
totale: PW il rapporto tra il fabbisogno per acqua calda sanitaria
e il fabbisogno totale: Nel caso di sistema per solo riscaldamento
si pone: PH = 1 PW = 0 Nel caso di sistema per sola acqua calda
sanitaria si pone: PH = 0 PW = 1 Ng,H,mese il numero di giorni di
riscaldamento del mese Ng,mese il numero di giorni del mese
Calcolo delle perdite del sistema solare
outgnWoutgnH
outgnHH QQ
QP
,,,,
,,
+=
outgnWoutgnH
outgnWW QQ
QP
,,,,
,,
+=
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n. 115 di 125
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n. 116 di 125
ESEMPIO RIASSUNTIVO SCUOLA xx (Cassino 137 giorni legali di
riscaldamento): Generatore di calore per: RISCALDAMENTO + ACS
Fabbisogno annuo di energia termica utile = 356.940 kWh Volume
riscaldato = 8160 m3 Superficie utile = 1860 m2 Impianto solare
termico sul tetto (25) costituito da:
n. 4 collettori piani AURO THERM pro VFK 125/2 n. 1 accumulo da
800 litri: AURO STOR VIH S 800
Sistema ausiliario asservito al generatore: POTENZA AUSILIARI =
0,8 kW
1. Stima dellirraggiamento diretto medio mensile su pannelli 2.
Calcolo dellenergia termica prodotta (perdite del sistema) 3.
Calcolo delle perdite allaccumulo 4. Contributo a copertura del
fabbisogno
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Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva
n. 117 di 125
2,51 m2
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Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva
n. 118 di 125
ESEMPIO RIASSUNTIVO
1. Stima dellirraggiamento diretto medio mensile su pannelli
Utilizzo di PVGIS Individuazione di Cassino su Maps Calcolo
radiazione totale su piano 25 Calcolo radiazione totale sui
collettori
Qsol
kWh 867,2
1080,9 1454,7 1636,4 1945,8 2087,6 2297,0 2172,7 1687,5 1361,4
869,3 826,8
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n. 119 di 125
ESEMPIO RIASSUNTIVO
2. Calcolo del fabbisogno di ACS
( )( )
]/[232601560163,18,01000
0,,
gWh
cVQ erWgWh
=
==
==
][84901000
36523260, kWhQ Wh =
=
023,0
977,0
,
,
,
=+
=
=+
=
Whh
Wh
Whh
h
QQQ
PW
QQQPH
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n. 120 di 125
ESEMPIO RIASSUNTIVO
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n. 121 di 125
ESEMPIO RIASSUNTIVO
2. Calcolo delle perdite nel circuito e nellaccumulo
]/[2,4 gkWhkboll =8,0=loop
loophsolINaccsol QQ = ,,, ][,,, kWhNkQ mesegbollsWl =
sWlINaccsoloutsol QQQ ,,,,, =
Qsol.out Qw,gn Qh,gn %ACS
563,6 721,1 92388,7 78% 747,1 651,3 81289,7 100%
1033,5 721,1 74070,3 100% 1183,1 697,8 100% 1426,4 721,1 100%
1544,1 697,8 100% 1707,4 721,1 100% 1608,0 721,1 100% 1224,0 697,8
100%
958,9 721,1 100% 569,5 697,8 27953,0 82% 531,2 721,1 81238,3
74%
Modulo 3Impianti termici e da Fonti RinnovabiliDiapositiva
numero 2Diapositiva numero 3Diapositiva numero 4Diapositiva numero
5Diapositiva numero 6Diapositiva numero 7Diapositiva numero
8Diapositiva numero 9Diapositiva numero 10Diapositiva numero
11Diapositiva numero 12Diapositiva numero 13Diapositiva numero
14Diapositiva numero 15Diapositiva numero 16Diapositiva numero
17Diapositiva numero 18Diapositiva numero 19Diapositiva numero
20Diapositiva numero 21Diapositiva numero 22Diapositiva numero
23Diapositiva numero 24Diapositiva numero 25Diapositiva numero
26Diapositiva numero 27Diapositiva numero 28Diapositiva numero
29Diapositiva numero 30Diapositiva numero 31Diapositiva numero
32Diapositiva numero 33Diapositiva numero 34Diapositiva numero
35Diapositiva numero 36Diapositiva numero 37Diapositiva numero
38Diapositiva numero 39Diapositiva numero 40Diapositiva numero
41Diapositiva numero 42Diapositiva numero 43Diapositiva numero
44Diapositiva numero 45Diapositiva numero 46Diapositiva numero
47Diapositiva numero 48Diapositiva numero 49Diapositiva numero
50Sistemi di generazione da fonte tradizioneGeneralitParte
2Diapositiva numero 52Diapositiva numero 53Diapositiva numero
54Diapositiva numero 55Diapositiva numero 56Diapositiva numero
57Diapositiva numero 58Diapositiva numero 59Diapositiva numero
60Diapositiva numero 61Diapositiva numero 62Diapositiva numero
63Diapositiva numero 64Diapositiva numero 65Diapositiva numero
66Fabbisogni di energia elettrica dei sottosistemi degli impianti
di riscaldamentoQH,aux = Qaux,e + Qaux,d + Qaux,gnDiapositiva
numero 68Diapositiva numero 69Diapositiva numero 70Diapositiva
numero 71Diapositiva numero 72Diapositiva numero 73Diapositiva
numero 74Diapositiva numero 75Diapositiva numero 76Diapositiva
numero 77Diapositiva numero 78Diapositiva numero 79Diapositiva
numero 80Diapositiva numero 81Diapositiva numero 82Diapositiva
numero 83Diapositiva numero 84Diapositiva numero 85Diapositiva
numero 86Diapositiva numero 87Diapositiva numero 88Diapositiva
numero 89Diapositiva numero 90Diapositiva numero 91Diapositiva
numero 92Diapositiva numero 93Diapositiva numero 94Diapositiva
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numero 98Diapositiva numero 99Diapositiva numero 100Diapositiva
numero 101Diapositiva numero 102Diapositiva numero 103Diapositiva
numero 104Diapositiva numero 105Diapositiva numero 106Diapositiva
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numero 110Diapositiva numero 111Diapositiva numero 112Diapositiva
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numero 119Diapositiva numero 120Diapositiva numero 121