Edificio quiz ed appunti

SCELTA DELL'IMPIANTO

Quindi una delle domande che ci poniamo è: come scegliamo la

tipologia di impianto?

La scelta della varie tipologie talvolta è legata all'esperienza del

progettista (chiaramente). Tuttavia possiamo elencare alcune

caratteristiche "di base", in modo tale da facilitare la scelta a "l'uomo

della strada".

1)Tipologia dell'edificio:

-Spazi disponibili

-Nuova costruzione o ristrutturazione

2)Sito:

-Condizioni di progetto estive ed invernali (picchi)

-Umidità estiva

-Velocità del vento

-Irraggiamento solare

-Innevamento

-Normativa antincendio (ed energetica locale)

3)Requisiti e carichi degli ambienti interni:

-Carichi sensibili (apparecchiature e luci) e latenti

-Ventilazione minima necessaria

-Disposizione degli spazi delle zone

5)Disponibilità e costi degli approvvigionamenti energetici

6)Preferenze del cliente (i capricci insomma).

Ipotesi applicative:

Abbiamo un edificio che necessita di raffrescamento ma non

riscaldamento.

Alcune aree dell'edificio vengono usate 24 ore al giorno tutti i giorni,

altre solo dal lunedì al venerdi.

Il cliente indica che le spese di funzionamento sono più importanti di

quelle di costruzione.

Se un impianto non è in grado di garantire una determinata

prestazione "critica" va escluso anche se il punteggio complessivo può

essere buono.

Abbiamo questa matrice di supporto per la scelta:

In questa tabella abbiamo cinque voci dove si valuta l'efficacia nei vari

campi delle varie tipologie. Il punteggio relativo viene calcolato

moltiplicando la prestazione relativa per la importanza relativa.

RECUPERO DI CALORE

I recuperatori di calore hanno come obbiettivo quello di recuperare

l'energia posseduta dentro l'aria che viene espulsa all'esterno.

E' importante tener presente il grado igronometrico dell'aria, poichè

soprattutto in inverno, tendiamo a buttare all'esterno aria più calda

e più umida. Ne consegue che si ha un doppio vantaggio nel

recuperare energia dall'aria di uscita, poichè aumenta la temperatra

ed il grado igronometrico dell'aria in ingresso.

Strumenti di recupero:

HRV: Heat Recovery Ventilators, recuperano solo il calore.

ERV: Energy Recovery Ventilators, recuperano sia calore che

umidità.

Ad oggi tutti gli impianti sono provvisti di recuperatore di calore.

Recuperatore entalpico:

è un recuperatore energetico rotante, fatto con un pacchetto di

lamierini circolari disposti concentricamente in modo da fornare

tante "cannucce" concentriche. L'aria lambiesce il metallo, scaldando

la prima metà del recuperatore, che, girando, porta il calore alla

successiva metà trasmettendolo al fluido in ingresso. Uno dei

problemi è la "cross contamination" fenomeno dove l'aria di recupero,

se troppo inquinata, contamina quella in ingresso. Questa tipologia

riesce a recuperare sia il calore sensibile che il latente (ERV).

Recuperatore entalpico

Recuperatore con superfici fisse:

Il principio di funzionamento è lo stesso, l'unica differenza è che le

superfici dello scambiatore sono separate tra loro, quindi non ci sono

problemi di contaminazione.

Il problema di quest'ultima tipologia è: l'ingrombro e l'impossibilità

di recuperare l'umidità dall'aria di ricircolo.

Heat Pipe:

L'aria calda lambiesce l'estremità dell'evaporatore, dove il fluido

termovettore vaporizza. Il gradiente della pressione parziale di vapore

induce lo spostamento verso l'estremità del condensatore, dove il vapore

rilascia calore latente di condensazione.

A quel punto, il fluido condensato ritorna all'evaporatore dove viene

nuovamente vaporizzato, completando così il ciclo:

Ipotizziamo che il sole colpisca

la parete di una scatola piena

d'aria. I primi strati d'aria

(vicino alla parete), tendono a

scaldarsi, facendo innescare un

moto convettivo dal basso verso

l'alto (poichè la scaltola è chiusa).

Il fluido dentro l'heat pipe è progettato per eseguire un cambio di fase

durante questa transizione. Questa scelta provoca un cambio di massa

volumica molto più grande, facendo velocizzare il moto convettivo e

aumentando quindi

l'accumulo di energia immagazzinata dal

fluido termovettore.

L'heat pipe è vantaggioso

poichè non ha organi in

movimento, quindi: meno manutenzione

Anello liquido:

La quarta tipologia è il recuperatore ad anello liquido, in questo caso si

ha un fluido intermedio (una sorta di impianto secondario).

Vi due scambiatori di calore, uno sull'estrazione e uno sull'aria di

mandata, questi due scambiatori sono legati da un circuito munito di

pompa e vaso di espansione.

Nello schema si nota una valvola a tre vie, che serve per la

termoregolazione. Quest'ultima è quindi in grado di bypassare parte

dall'acqua (o in caso di necessità, tutta).

Il fatto di avere due scambiatori separati è utile poichè si evitano i

fenomeni di cross contamination. Problema: costi più elevati.

Efficienza negli scambiatori di calore:

ESERCIZIO 5 - UTA ESTATE

Una massa d'aria si trova a pressione ambiente ed il suo stato

termodinamico è individuato da una umidità relativa pari a 75% e

temperatura di bulbo secco pari a 30°C.

Determinare, analiticamente ed utilizzando il diagramma di Mollier (e

di Carrier):

-La pressione parziale dell'aria secca e del vapore;

-Il titolo del vapore;

-L'entalpia massica dell'aria umida.

Si determini l'energia per unità di massa che è necessario sottrarre e

fornire nelle batteria di raffreddamento e post-riscaldamento di un

ipotetico impianto di condizionamento per portare l'aria nelle

condizioni T=19°C e phi=50% tramite le trasformazioni ideali viste a

lezione (non si usi il fattore di by-pass della batteria fredda).

Dal Carrier:

Analiticamente: (la battezzo:

"la solita formula")

punto finale: tabulato, guardare T=19°C

(con la solita formula) schema riassuntivo della

trasformazione

Bilancio sulla batteria di raffreddamento e condensazione:

solita formula

tabulato

assumiamo che la temperatura dell'acqua condensata è T3

l'incidenza percentuale di trascurare la parte condensata è:

(Energia per unità di massa)

Riscaldamento sensibile:

ESERCIZIO 6 - UTA INVERNO

In un condensatore viene trattata, in regime invernale, aria prelevata

dall'ambiente esterno, le cui condizioni nominali sono: Te=3°C,

phi_e=50%.

Si vuole mantenere l'ambiente condizionato a Ti=20°C e temperatura

bulbo umido interno=14,5°C utilizzando una portata pari a 10000

m^3/h.

Sapendo che:

-le dispersioni in tali condizioni valgono 35 kW;

-Il carico termico interno è pari a 10 kW;

-Il carico igrometrico è nullo;

Determinare le potenze termiche scambiate nelle batterie di pre e post-

riscaldamento e la portata d'acqua che è necessario vaporizzare

(processo di umidificazione adiabatica)

isentalpica Non avendo gradi

igronometrici, dovremo

i lavorare in condizioni di

isotitolo (la verticale di M)

isentalpica "i-esima" da trovare

di conseguenza (con la solita formula):

essendo che:

solita formula =

si può quindi fare il bilancio sull'ambiente: no

vaporizzazione

dispersioni

generato ambiente

se non c'è scritto niente, questa

temperatura è di 20°C

potenza di pre-riscaldamento:

potenza post-riscaldamento:

portata di acqua: CICLI INVERSI A

COMPRESSIONE DI VAPORE

Per motivi di carattere tecnologico ed economico lo schema ed il ciclo

sono modificati rispetto al caso del ciclo di Carnot inverso ideale

La turbina, viene sostituita da

una valvola di laminazione,

dove l'espansione non avviene

più isentropicamente ma

isentalpicamente.

La compressione in presenza di vapore umido è sconsigliabile.

Le goccioline dentro al fluido frigorigeno possono reagire con il

lubrificante, con conseguente danno al compressore.

Il lavoro massico del compressore è legato da due aspetti, dal salto

pressione e dalla densità del fluido (sugli attriti ci possiamo fare ben

poco): P cond

P evap

Per aumentare la quantità di calore sottraibile a bassa temperatura

( Q2), bisogna svolgere un sottoraffreddamento del liquido

condensato, fino alla temperatura ambiente. In questo modo si riduce

l'entalpia di fine espansione.

Il ciclo inverso, assume tipicamente questo aspetto: Nota bene

La temperatura ambiente è

SEMPRE compresa tra

queste due rette parallele

Le energie scambiate nello svolgimento di questo ciclo sono:

Dove si può dire che, la potenza elettrica assorbita,

è proporzionale alla potenza meccanica (portata

del fluido per il lavoro massico)

Efficienze nei cicli inversi:

MACCHINE FRIGORIFERE AD ASSORBIMENTO

L'assorbitore è l'elemento che

permette al fluido

termovettore di assorbire

un'altra sostanza, ma cosa

succede dentro quest'ultimo?

Se prendiamo, per esempio,

una bottiglia di wiskey,

beviamo e la richiudiamo, e

dopo qualche anno andassimo

a riprenderla, assaggiandola

noteremmo che ha perso

alcolicità. Questo succede perchè, c'è una sostanza che evapora più

velocemente dell'altra (l'alcool, in questo caso).

L'idea di base è questa, pensiamo che dall'evaporatore arriva una certa

quantità di fluido frigorigeno (ipotizziamo NH3, ammoniaca). Essa

è facilmente solubile nell'acqua, quindi, facendole incontrare

nell'assorbitore, avviene l'assorbimento dell'ammoniaca nell'acqua.

Dopo che le due sostanze si miscelano completamente, avremo un

liquido che viene portato nel generatore tramite una pompa,

quest'ultimo fornendo calore separa nuovamente il fluido frigorigeno

dall'acqua.

In pratica: si è sostituito il compressore con l'assorbitore, la pompa ed il

generatore.

Tutto questo discorso è interessante dal punto di vista del COP:

Nell'assorbitore sarà necessario rimuovere il calore di condensazione

del vapore Qa con un refrigerante, e viceversa, nel generatore occorre

fornire il calore Qg necessario per consentire l'evaporazione.

Deduciamo quindi che il calore fornito nel generatore sarà più piccolo

del calore rimosso nel condensatore (il COP>1, se non è chiaro, si

pensi alla sua definizione, Coefficent Of Per