Formulario di Impianti termotecnici e analisi energetica

IMPIANTI TERMOTECNICI

FORMULARIO

ANTHONY ABATE

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Esercizio 1: CASO ESTIVO CON RECUPERO SENSIBILE

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Si consideri un ufficio open space da 300 m e altezza libera di 4 m, da mantenere a 25°C e 50% di U.R. quando le

condizioni esterne di progetto sono 35°C e 50% di U.R. L’impianto di climatizzazione che si vuole realizzare è del tipo

a tutta aria. L'UTA è fornita di doppio recuperatore di calore sensibile con doppio raffreddamento adiabatico

indiretto (RAI), caratterizzato da una efficienza di recupero sensibile pari a 0.6 ed efficienza dell'umidificatore pari a

0.8. I carichi termici sensibili che insistono sull’ambiente sono: 12 kW di rientrate termiche e 0.02 kW/persona di

carico sensibile. Il carico latente è invece pari a 0.04 kW/persona. Si vuole inoltre mantenere il locale in

sovrapressione con 0.5 Vol/h. Si rappresentino le trasformazioni sul diagramma psicrometrico e si calcolino:

1) La portata volumetrica di aria totale di immissione in ambiente, aria esterna, di ripresa, di ricircolo (se

prevista) e di espulsione.

2) L’energia frigorifera da fornire per il raffreddamento dell’aria e l’eventuale energia termica per il post-

riscaldamento.

3) Il risparmio percentuale di potenza frigo installata comparando il sistema con e senza recupero termico e

RAI.

4) Le portate di acqua refrigerata (con ΔT=5 °C) e acqua calda (con ΔT=10 °C) da fornire all’UTA.

SVOLGIMENTO

Estrapoliamo i dati dal testo

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Superficie → A = 300 m Efficienza recupero sensibile ε = 0,6

s

Altezza → h = 4 m Efficienza umidificatore → η = 0.8

u

Temperatura interna → T = 25 °C Carico sensibile rientrate termiche → Q = 12 kW

sr

A

Temperatura esterna → T = 35 °C Carico sensibile dovuto alle persone → Q = 0,02 kW / persona

sp

e

Umidità relativa interna → ф = 50% Carico latente per persona → Q = 0,04 kW / persona

I Lp

Umidità relativa esterna → фe = 50% Sovrapressione → SP = 0,5 Vol/h

Essendo un doppio recuperatore di calore sensibile con doppio raffreddamento adiabatico indiretto possiamo

schematizzare l’impianto come segue:

Dalla tabella 7.2, seguendo l’UNI 10339 possiamo ricavare l’indice di affollamento, denominato arbitrariamente K,

per calcolare il numero di persone che potrebbero occupare questo ambiente

= ∗ []

Da cui ai calcoliamo i carichi termici (sensibile totale e latente totale)

̇ ̇ ̇

= + ∗ []

̇ ̇

= ∗ []

Dalla tabella 7.2, possiamo anche ricavare la portata di aria esterna di estrazione (v ) per persona, utile per ricavare

est

la portata volumetrica di aria esterna come richiesto dall’esercizio

̇ = ∗ [ ]

ℎ

Grazie a questi due valori è possibile calcolare il fattore di carico R, utile per calcolare le condizioni dell’area di

immissione nel seguente modo ̇

= ̇ ̇

+

La scelta della temperatura di immissione invece è arbitraria, tra un valore che va dai 16 ai 18 °C. Con questi dati è

possibile tracciare il punto di immissione nel diagramma psicometrico come in foto e, se necessario, tramite una

proporzione può essere calcolata il volume specifico.

Ricordando che il calore specifico dell’aria c = 1 kJ/kg*C, la portata massica del punto di immissione è pari a

p ̇

̇ = ∗ 3600 [ ]

∗ ∆ ℎ

E dopo aver calcolato il volume specifico v, è possibile calcolare anche la portata volumetrica di aria di immissione

nell’ambiente come richiesto dall’esercizio

̇ = ̇ ∗ [ ]

ℎ

Avendo una sovrapressione, la portata volumetrica all’interno del locale varia secondo la seguente legge

̇ = ∗ ∗ ℎ [ ]

ℎ

Grazie alla portata di sovrapressione è possibile calcolare la portata volumetrica di ripresa, come richiesto

dall’esercizio, come la differenza tra la portata volumetrica di aria di immissione e quella in sovrapressione

̇ = ̇ − ̇ [ ]

ℎ

Come si può vedere dallo schema nella pagina precedente, ho previsto l’aggiunta di un sistema di ricircolo. Essendo

l’aria immessa nel locale la somma tra l’aria di estrazione e l’aria di ricircolo, possiamo ricavare la portata di ricircolo

dalla formula inversa

̇ = ̇ − ̇ [ ]

ℎ

Infine, possiamo ricavare la portata di espulsione dalla seguente differenza

̇ = ̇ − ̇ [ ]

ℎ

È possibile calcolare il titolo del punto A’ partendo dalla formula inversa dell’efficienza dell’umidificatore

∆

η = → ∆ = η ∗ ∆ [ ]

∆ . .

si può calcolare tramite valori reperiti nel diagramma psicometrico: il titolo del punto A e del punto A (linee

∆ SAT

arancione isotitolo). La locazione del punto A è ricavabile seguendo la linee viola (Isoentalpica)

SAT

∆ = − → ∆ = η ∗ − [ ]

. .

Il titolo del punto A’ è calcolabile come la somma del valore appena ricavato e il titolo nel punto A

= + ∆ [ ]

. .

Dal diagramma lungo la isoentalpica precedentemente disegnata (linea viola), si trova con precisione il punto A’ e la

sua corrispettiva temperatura T A’.

Dal valore della sua efficienza, capiamo che il recuperatore è a tubi incrociati: possiamo ricavare la temperature T E’

dalla formula inversa dell’efficienza del recuperatore

̇ ∗ ( − )

ε = ̇ ∗ ( − )

Solitamente la coincide con la portata di espulsione. Avendo il valore delle portate volumetriche possiamo

̇

ricavare le portate massiche ricavando il volume specifico dal grafico. La portata volumetrica di espulsione la

ricaviam