Dimensionamento degli impianti di ricupero calore In generale
3.4 Sistemi di scambiatori di calore
3.4.1 Scambiatori di calore a piastre In generale
La corrente dell’aria esterna e dell’aria di smaltimento viene condotta Iungo una superficie divisoria la quale trasmette direttamente il calore. Nel caso in cui la cor- rente dell’aria di smaltimento va al disotto del punto di rugiada I’umidità viene eliminata e contemporanea- mente è trasmesso calore di condensa (calore laten- te). Sono stati ottenuto dei buoni risultati con gli scam- biatori a piastre soprattutto in stalle per maiali e polla- me dove sono molto diffusi.
Nel settore agricolo vengono impiegate prevalente- mente piastre in materiale sintetico (piastre a nervatu- ra) in parte anche piastre in alluminio rivestite. Lamine in vetro o materiale sintetico non hanno dato dei buoni risultati per motivi di vulnerabilità. La distanza delle piastre dovrebbe essere di almeno 8 mm a causa del- Ia sporcizia.
Limite del punto di congelamento
Gli scambiatori a piastre hanno purtroppo un Iimite del punto di congelamento relativamente alto. Con temperature esterne di ca. -10°C la temperatura della piastra raggiunge solamente ca. 0°C e ciò porta quin- di al congelamento della condensa espulsa con I’aria di smaltimento.
In presenza di uno strato di ghiaccio sulle piastre la quantità d’aria di smaltimento ed il coefficiente di tra- smissione di calore diminuiscono con conseguente ulteriore abbassamento della temperatura della pia- stra fino a quando lo scambiatore di calore e quasi completamente ghiacciato.
Bisogna quindi cercare di evitare che I’aria esterna, entrando nello scambiatore a piastre non venga ab- bassata, nemmeno in pieno inverno, sotto i -10°C. Una possibilità usata di frequente e I’aspirazione dell’aria esterna dalla cavità sopra la stalla. Sfruttando Ie per- dite di calore del soffitto dells stalla I’aria esterna vie- ne pre-riscaldata. Un’alternativa è rappresentata inol- tre dalla riduzione del rapporto tra la massa d’aria esterna e quella di smaltimento attraverso la riduzio- ne del volume della corrente dell’aria esterna oppure con I’ausilio di un bypass attorno allo scambiatore a piastre.
Pulizia
Uno scambiatore di calore a piastre dovrebbe essere pulito almeno ogni tre settimane, spruzzando Ie pia- stre con molto acqua. Per questo motivo è necessario potervi accedere facilmente disponendo di un allac- ciamento per I’acqua e di un sistema di scarico. Scam- biatori a piastre costruiti con elementi ad estrazione sono facili da pulire.
Se la pulizia non e eseguita regolarmente la portata della corrente d’aria ed il rendimento diminuiscono. In casi estremi lo scambiatore può venir completamente chiuso dalla massa attaccaticcia di polvere.
Dimensione dello scambiatore
Gli scambiatori di calore a piastre hanno un coeffi- ciente di trasmissione di calore di ca.10W/m2
K. Per ca. 25 m3
all’ora di aria della stalla (con una quantità mini- ma di aria) è necessaria una superficie di 1 m2
.
3.4.2 Sistemi di circolazione combinata In generale
L’aria di smaltimento viene raffreddata in scambiatori di calore a Iamelle o a tubi Iisci. La miscela acqua/gli- col riscaldata viene trasmessa, attraverso un sistema di condutture con pompa di circolazione, allo scam- biatore dell’aria esterna la quale viene, a sua volta, riscaldata.
Questo sistema di ricupero di calore ha il vantaggio che I’aria esterna e I’aria di smaltimento non devono essere collegate con canali. Le condutture di collega- mento per la miscela acqua/glicol necessitano di meno spazio e sono istallabili con più facilita ed a mi- nor costo. II calore ricuperato dall’aria di smaltimento può essere condotto nelle stalle dove c’è più bisogno di calore. In una stalla per I’ingrasso di maiali è quindi possibile trasmettere calore dal reparto per I’ingrasso finale alla stalla con i porcellini da Iatte.
Costruzione degli scambiatori di calore Iamellati
Per I’esercizio ad acqua/glicol gli scambiatori di calo- re dovrebbero essere fabbricati con collettori di rac- colta istallati su entrambi i Iati e poter essere svuotati
completamente. . 4 3 2 1 I 0 0 5 10 Differenza di temperature 15 20 25 30°C
Ricupero medio di calore di diversi scambiatori a piastre ad aria in relazione alla differenza di temperature tra l'aria esterna e quella della stalla.
Ricupero di calore con un sistema di circolazione combinata
S c a m b i a t o r i d i c a l o r e I a m e l l a t i
1
I tubi sono in acciaio zincato o cromato V4A ed i collet- tori in acciaio (sabbiati e patinati) ma anche in V4A. Le Iamelle sono quasi esclusivamente in alluminio (spes- sore ca. 0,4 mm). La patinatura non dovrebbe essere porosa e di ca. 100 di spessore. Se Ie distanze tra Ie Iamelle sono inferiori ai 5 mm gli scambiatori di calore si ostruiscono rapidamente.
Prima della messa in funzione I’impianto deve essere molto ben risciacquato fino alla completa eliminazio- ne delle particelle di ruggine e ossidi. Soltanto a que- sto punto si puo aggiungere la miscela acqua/glicol.
Limite di congelamento
Anche con i sistemi di circolazione combinata la tem- peratura della superficie de! tubo non deve abbassar- si sotto i 0°C per evitare il congelamento della conden- sa nell’aria di smaltimento. II Iimite di congelamento può essere abbassato con sistemi molto semplici at- torno ai -20°C ed anche a temperature inferiori. Con I’estensione della superficie dello scambiatore di calore nell’aria di smaltimento rispetto a quella a con- tatto con I’aria esterna è possibile aumentare il Iivello di temperature della miscela acqua/glicol e di conse- guenza abbassare il Iimite di congelamento. Lo stesso effetto può essere raggiunto mediante I’aumento della quantità d’aria di circolazione e conseguente diminu- zione della differenza di temperatura della miscela ac- qua/glicol. E possibile anche I’istallazione di una re- golazione antigelo che Iimita la potenza dell’impianto RC a bassa temperature evitando il congelamento della condensa.
Pulizia
Se la distanza tra Ie Iamelle di uno scambiatore e infe- riore a 5 mm la pulizia deve essere fatta in modo più frequente che non per lo scambiatore a piastre cioé ca. ogni due settimane. Siccome scambiatori lamella- ti sono collegati a delle condutture, gli stessi sono puli- ti allo stato di posa. Di conseguenza deve essere pre- stata grande attenzione all’accessibilità, alle possibili- tà di allacciamento, alle condotte dell’acqua nonche ai rispettivi scarichi. Come per lo scambiatore a pia- stre anche in questo caso la sporcizia viene tolta dalle Iamelle con molto acqua.
3.4.3 Scambiatori di calore con fascio tubiero in materiale sintetico
Per il ricupero di calore dall’aria della stalla può esse- re impiegato un fascio tubiero in materiale sintetico. La trasmissione di calore all’aria esterna avviene, nel- Ia maggior parte dei casi, mediante scambiatori la- mellati.
II grande vantaggio di questi scambiatori a fascio tu- biero consiste’nella possibilità di una pulizia semplice e della poca sporcizia che ci si posa. Gli svantaggi, per contro, sono sia la pessima convezione termica naturale che la Iimitata superficie esterna di trasmis- sione. Per ottenere una potenza sufficiente (rendi- mento di almeno il 50%) devono essere istallati tubi piuttosto Iunghi.
Deve inoltre essere prestata attenzione al fatto dell’u- so esclusivo di materiali sintetici a tenuto stagna con- tro la diffusion di ossigeno (per es. Iamine-alu inte- grate). Un’immissione regolare di ossigeno consuma rapidamente gli inibitori anticorrosive determinando la corrosion del sistema (nella maggior parte dei casi corrosion profonda).
3.4.4 Scambiatori di calore e tubi di calore rotanti
Gli scambiatori di calore rotanti non sono adatti per I’impiego in agricoltura. Con I’aumento della sporcizia .
e della corrosione I’umidità viene trasmessa dall’aria di smaltimento all’aria esterna. Non possono essere evitate Ie perdite d’aria. La pulizia degli scambiatori di calore rotanti e inoltre possibile solo in modo Iimitata. I tubi di calore (Heatpipe) idonei per I’impiego nell’aria della stalla non sono attualmente reperibili sul merca- to. Quelli ottenibili sono composti in tubi di rame con Iamelle-alluminio sottili e con piccole distanze tra Ie la- melle. Questi prodotti dimostrano una forte tendenza alla corrosion ed alla sporcizia. La Ioro pulizia e inol- tre difficoltosa. Nell’attuale situazione di mercato è quindi consigliabile non utilizzare questi tubi di calore.