CAPITOLO 4 – IMPIANTI DI RISCALDAMENTO E PRODUZIONE ACS
4.2 Perdite di distribuzione
La precedente versione della UNI/TS 11300-2 prevedeva, per il calcolo delle perdite nel sottosistema di distribuzione, due metodologie:
Una metodologia semplificata, che prevede l’utilizzo di valori pre-calcolati, in base alle caratteristiche del sottosistema, per ricavare il rendimento del circuito di distribuzione. A partire da tale valore si possono ricavare le perdite di distribuzione (considerate totalmente non recuperabili) con la formula d l, distr1 distr [ ]
distr
Q Q Wh
, in cui Qdistr
rappresenta il fabbisogno energetico richiesto al sottosistema di distribuzione in caso di regime continuo.
Una metodologia analitica, presentata nell’Appendice A, con la quale ricavare le perdite nel sottosistema in questione, da utilizzare se sono disponibili i dati costruttivi della rete di distribuzione.
Nella nuova versione della Normativa, cui si farà riferimento in questo paragrafo, nella descrizione del procedimento semplificato, si stabilisce che:
Tale metodo deve essere utilizzato solamente ad edifici di tipo residenziale;
I valori di rendimento pre-calcolati già comprendono il fabbisogno di energia elettrica ausiliaria; Edificio a destinazione d’uso residenziale no Metodo analitico per il calcolo delle perdite termiche
Disponi dei dati cui
in tabella sottostante s ì sì Metodo analitico per il calcolo delle perdite termiche
Metodo analitico per il calcolo delle perdite termiche s ì La rete di distribuzione è assimilabile ad un caso di quelli proposti nel metodo semplificato sì Metodo semplificato per il calcolo del rendimento di distribuzione n o E’ presente un impianto a satellite di utenza n o no Metodo analitico per il calcolo delle perdite termiche
Tali valori vanno corretti con un fattore di correzione presente in un prospetto della revisione in base alla temperatura media mensile nel sottosistema di distribuzione calcolata con la procedura descritta nell’Appendice A della Normativa. Questa procedura è molto più dettagliata di quella proposta nella versione precedente della Normativa. Per quanto riguarda invece la metodologia analitica, questa è stata notevolmente ampliata ed è stata resa inoltre obbligatoria nel caso di satelliti di utenza con scambiatori di calore locali. 1
Tale metodologia può essere applicata sia ai circuiti di riscaldamento che ai circuiti dell’acqua calda sanitaria. Tali circuiti possono essere del tutto separati e indipendenti (e così tutto il calcolo proposto), oppure possono avere circuiti di generazione e di distribuzione a comune (nel caso di satelliti di utenza) per cui occorre effettuare caso per caso delle ipotesi di funzionamento. Occorre inoltre ben distinguere il tempo di attivazione del riscaldamento e della produzione di acqua calda sanitaria per ogni circuito. Secondo tale metodologia, nel momento in cui si vogliano calcolare le perdite di distribuzione,è necessario suddividere l’impianto in tre sistemi:
Rete di utenza con terminali funzionanti a differenti temperature;
Circuito di distribuzione delle utenze;
Circuito di generazione.
I dati di input da raccogliere per la metodologia analitica sono i seguenti:
Campo Valore input di Unità di misura Fonte
Lunghezza del tratto (L) [m] Sopralluogo o progetto
Trasmittanza termica lineica (U) [W/mK] Progetto
Diametro interno dell'isolante (dj) [m] Progetto
Diametro esterno complessivo
della tubazione isolata (dn) [m] Progetto
Diametro esterno della tubazione
(d0) [m] Progetto
Conducibilità dello strato isolante
(λ) [W/mK] Progetto o prospetto
Interasse delle tubazioni (E) [m] Progetto
Ubicazione del tratto [-] Sopralluogo o
intervista
Tipo di regolazione dell’impianto [-] Sopralluogo o
intervista Potenza nominale dei terminali
(Pem,nom) [kW] Sopralluogo o progetto
Salto termico dell'unità terminale
in condizioni di progetto (Δθnom) [°C] Progetto
1
Nel periodo di riscaldamento, le perdite totali del sottosistema di distribuzione sono ridistribuite mensilmente in proporzione ai fabbisogni dei vari satelliti; nel periodo di non riscaldamento, invece, le perdite sono attribuite
Fabbisogno di energia per l'alimentazione dei terminali di emissione (Qem)
[kWh/anno] Calcolo UNI/TS 11300-1 e 2. secondo
Tempo di funzionamento dei
terminali (tem) [-] Sopralluogo o misura
Temperatura di set point interna
(θset-point) [°C]
Sopralluogo o
intervista Temperatura di mandata per il
punto 2 per la regolazione climatica in centrale termica (θf,cl,2)
[°C] Sopralluogo e scheda tecnica della centralina climatica
Temperatura esterna per il punto 2 per la regolazione climatica in centrale termica (θe,cl,2)
[°C] Sopralluogo e scheda tecnica della centralina climatica
Temperatura esterna del punto 1 per la regolazione climatica in centrale termica (θe,cl,1)
[°C] Sopralluogo e scheda tecnica della centralina climatica
Temperatura di mandata del punto 1 per la regolazione climatica in centrale termica (θf,cl,1)
[°C]
Sopralluogo e scheda tecnica della centralina climatica
Temperatura esterna del punto i- esimo per la regolazione climatica in centrale termica (θe,cl,i)
[°C]
Sopralluogo e scheda tecnica della centralina climatica
Temperatura di mandata del punto i-esimo per la regolazione climatica in centrale termica (θf,cl,i)
[°C]
Sopralluogo e scheda tecnica della centralina climatica
Temperatura di mandata dal
generatore se costante (Tg) [°C] Progetto o sopralluogo
Portata dal generatore se costante
(Vg) [m
3/h] Progetto o sopralluogo
Temperatura media dell’acqua
calda sanitaria (θACS) [°C] Progetto o sopralluogo
Tempo di attivazione per la
produzione di ACS (tACS) [s] Sopralluogo o misura
Per ogni circuito, che può essere ulteriormente suddiviso in un tratto di mandata e in uno di ritorno, può essere calcolato:
- La quantità di energia corrispondente alle perdite termiche che è determinata dalla
seguente formula:
In cui: Li è la lunghezza del tratto i-simo; Ui è la trasmittanza termica lineica relativa al tratto
i-simo; θw,avg,i è la temperatura media dell’acqua nel tratto i-simo; θa,i è la temperatura
dell’ambiente in cui si trova il tratto i-simo e ti è la durata del periodo considerato (tem per
circuito di riscaldamento e tACS per quello di produzione di ACS).
La trasmittanza termica lineica U è calcolata in base alle dimensioni e alle caratteristiche delle tubazioni considerati, utilizzando le relazioni riportate nella seguente tabella. (Si rimanda alla lettura della Norma UNI/TS 11300-2 per la spiegazione e la determinazione dei valori dei vari parametri presenti nelle formule).
Trasmittanza
lineica Tubazioni esterne dell'edificio Tubazioni dell'edificio interne
Tubazioni non isolate correnti in aria
Tubazioni isolate correnti in aria
con αair=4W/(m2 K) con αair=10W/(m2 K)
Tubazione singola incassata nella muratura Tubazioni in coppia incassate nella muratura Tubazioni interrate con λ = 2 W/(mK)
Per quanto riguarda la lunghezza Li del tratto i-simo da inserire nel calcolo delle perdite, si
stabilisce che tale lunghezza deve essere maggiorata del 10% per staffaggi in linea non isolati e, in caso di singolarità presenti nei circuiti di distribuzione (pompa di circolazione, valvola miscelatrice, flangia, bocchettone), deve essere incrementata di una lunghezza equivalente non isolata (dello stesso diametro del componente scoperto), riportata, per i vari sottocasi, nel prospetto A4.
θaindica la temperatura dell’ambiente nel quale è localizzato il tratto di tubazione considerato
ed è determinato in base alla posizione della tubazione. Secondo la Normativa si deve fare riferimento ai valori riportati nella seguente tabella.
Posizione della tubazione Temperatura [°C]
Corrente in ambienti climatizzati Temperatura di set point Incassata in struttura isolata delimitante l'involucro
all'interno dello strato di isolamento principale Temperatura di set point Incassata in struttura isolata delimitante l'involucro
all'esterno dello strato di isolamento principale Temperatura dell'aria esterna media mensile Incassata in struttura non isolata delimitante
l'involucro Temperatura dell'aria esterna media mensile
Incassata in struttura interna all'involucro Temperatura di set point
Corrente all'esterno Temperatura dell'aria esterna media mensile
Corrente in ambiente non climatizzato adiacente ad ambienti climatizzati
Temperatura dell’ambiente non climatizzato (si usa il fattore correttivo btr della zona non
climatizzata)
Corrente in ambiente non climatizzato. Calcolo secondo UNI/TS 11300-1 Interrata (a profondità minore di 1 m) Temperatura dell'aria interna media mensile In centrale termica(nel caso in cui non sia adiacente ad
ambienti non climatizzati)
Temperatura media mensile dell'aria esterna + 5°C
θw,avg è la temperatura media dell’acqua nel tratto di tubazione in esame. Si possono
considerare quindi i valori medi di tale temperatura nei tratti di emissione,di distribuzione e di generazione; inoltre in alcuni casi si possono esplicitare anche i valori della temperatura (per ogni circuito) nel tratto di mandata e di ritorno. Si utilizzano le formule seguenti, riportate schematicamente in una tabella al variare del tipo di regolazione dei vari circuiti e della tipologia del circuito di generazione. Nelle formule seguenti si adotterà la seguente simbologia:
La temperatura media nel tratto sarà indicata col pedice “avg”, mentre, nel caso in cui sia possibile calcolare separatamente la temperatura media in mandata e in ritorno, queste saranno indicate rispettivamente con i pedici “f” e “r”;
La potenza globalmente richiesta nella zona di emissione è indicata con Pem [kW];
l’eventuale pedice “nom” si riferisce alla potenza dei terminali in condizioni di riferimento. La potenza globalmente richiesta nella zona di emissione Pem [kW] è data
dal rapporto tra l’energia richiesta ai corpi scaldanti (Qem) e il tempo di attivazione delle
unità terminali tem espresso in secondi. Spesso si può assumere il tempo di attivazione
dei terminali identico a quello di accensione del generatore.
La potenza globalmente richiesta alla zona di distribuzione è indicata con Pdistr [kW] ed è
ricavata dal rapporto tra fabbisogno termico alla rete di distribuzione (condotto in base alla normativa UNI/TS 11300-1) e il tempo di attivazione delle unità terminali espresso in secondi;
La potenza globalmente richiesta al generatore è indicata con Pg [kW] ed è data dal
rapporto tra il fabbisogno termico richiesto al generatore e il periodo di funzionamento della caldaia espresso in secondi;
Valutazione temperatura nel sottosistema di emissione a seconda del tipo di regolazione. Tale tabella viene utilizzata soltanto per il calcolo della temperatura di ritorno nelle tubazioni.
Regolazione continua della portata e/o della temperatura dei terminali
nom n nom em em po set em avg w
P
P
1 , int , ,In cui Δθnom è il salto termico dell’unità terminale in
condizioni di riferimento e n è l’esponente
Regolazione della portata on/off, con temperatura di mandata costante o con valvole termostatiche
La temperatura di mandata θf,em è un valore di
progetto (θf,em =θg ) oppure in caso di regolazione
esclusivamente climatica θf,em = θf,g = θf,cl,x.
La temperatura di ritorno θr,em è ricavata dalla
relazione , , , em r em f em em p w Q V c .
La portata Vem è quella di progetto (Vem=Vg) .
Si può quindi ricavare il tempo di attivazione delle unità terminali tem in base alla potenza nominale
nom em em em
P
Q
t
,
Valutazione temperatura nel circuito della rete di utenza a seconda del tipo di regolazione Circuito per solo riscaldamento
Nessuna regolazione di zona θθf,utzr,utz= θ= θf,em r,em
V utz =Vem
Regolazione con valvola miscelatrice di zona
θf,utz = θg (valore noto)
θr,utz = θr,em , , , , f em r em utz em f utz r utz V V
Regolazione di zona con temperatura di mandata variabile a portata costante
, , , , 1 2 em f utz w avg em em p em P V c
Vutz=Vem=Vg(valore di progetto)
, , , , 1 2 em r utz w avg em em p em P V c
Regolazione di zona con temperatura di mandata variabile (regolazione climatica) e portata costante
θf,utz = θf,cl,x
Vutz=Vem=Vg (valore di progetto)
, , , em r utz f em em p em P V c
Circuiti con regolazione dello scambio termico, ovvero in presenza di regolazioni con circuiti di bypass (ventilconvettori e circuiti con valvole monotubo)
θf,utz valore di progetto
Vutz=Vem=Vg(valore di progetto)
, , , em r utz f utz em p em P V c
Valutazione temperatura nel circuito della distribuzione a seconda del tipo di regolazione
Circuito per solo riscaldamento Circuito comune per riscaldamento e ACS
Per qualsiasi tipologia di regolazione θf,distr= θf,utz
θr,distr= θr,utz
θf,distr= max (θf,utz;
θACS)
Valutazione della temperatura nel sottosistema di generazione a seconda delle tipologie impiantistiche:
Circuito per solo riscaldamento
Circuito comune per riscaldamento e ACS
Regolazione climatica in centrale termica
, ,1 , ,2
, , , , , , ,1 , ,2 , ,2 , ,1 ( ) f cl f cl f g f cl x e cl x e cl f cl e cl e cl oppure θf,cl,x è funzione della temperatura
esterna secondo più spezzate di retta (caso di pannelli radianti)
θr,g= θr,distr= θr,utz = θr,em
Vg=Vem(valore di progetto)
θf,g= max
(θf,g; θACS)
Connessione diretta tra generatore e rete di distribuzione
θf,g valore di progetto
θr,g== θr,distr= θr,utz =θr,em
Vg=Vem (valore di progetto)
θf,distr= max
(θf,utz; θACS)
Circuiti separati da uno scambiatore
θf,g =θf,distr *Xsc
θr,g =θr,distr *Xsc
dove Xsc è l’efficienza dello scambiatore
θf,distr= max
(θf,utz; θACS)
Collegamento di più generatori in parallelo
θr,g =θr,em o come da celle precedenti
θf,g =θr,g +0,86*Pg/Vg
θf,distr= max
(θf,utz; θACS)
Sia l’energia richiesta agli ausiliari sia quella corrispondente alle perdite termiche sono considerate in parte recuperabili se il tratto considerato scambia con ambienti climatizzati: in particolare è stabilito che le perdite termiche recuperabili sono valutate a partire da quelle totali moltiplicate per un opportuno coefficiente di recuperabilità (scelto da tabella in base alla posizione della tubazione); per quanto riguarda invece l’energia recuperata proveniente dal fabbisogno agli ausiliari, si utilizza indistintamente un fattore di default pari a 0,85. Complessivamente quindi vale la seguente relazione:
alori del coefficiente di recuperabilità delle perdite di distribuzione
Posizione della tubazione krh
Corrente in ambienti climatizzati 1
Incassata in struttura interna all'involucro 0,95 Incassata in struttura isolata delimitante l'involucro all'interno dello strato di isolamento principale 0,95 Incassata in struttura isolata delimitante l'involucro all'esterno dello strato di isolamento principale 0,05 Incassata in struttura non isolata delimitante
l'involucro Ui/(Ui+Ue)
Rispetto alla precedente versione della UNI/TS 11300-2, dunque, la quota di perdite recuperabili varia a seconda della posizione della tubazione: questo fa sì che il calcolo risulti generalmente più accurato rispetto a quello precedente, in cui si usava un unico valore (0,85) per il coefficiente di recuperabilità.
Sempre nell’Appendice A viene proposto un metodo analitico dettagliato per il calcolo delle perdite di distribuzione relative a circuiti con fluido termovettore aria. Tale metodo non viene descritto in questa sede poiché non è argomento del presente lavoro.