Calcolo della potenza e
dell’energia necessaria per la
climatizzazione di un edificio
Ricambio
d’aria
Ø dispersioni
Ricambio
d’aria
φ = φdispersioni + φricambio
d' aria
φdispersioni = Σ UiS i ( t int − t est )
i
φricambio
d' aria
= Σ n j Vj ρ ariac p aria ( t int − t est )
j
φ = Σ UiSi ( t int − t est ) + Σ n j Vj ρ ariac p aria ( t int − t est )
i
j
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• le potenze specifiche (W/m2 o W/m3) necessarie
per l’impianto di riscaldamento
• i consumi energetici specifici per riscaldamento
degli edifici, stagionali (J/m2/stagione o
J/m3/stagione) e non
dipendono fortemente dal rapporto S/V che
caratterizza ciascun edificio
A pari resistenza termica dell’involucro, e a pari
condizioni climatiche, il consumo specifico cresce al
crescere con S/V
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ENERGIA PER UNA STAGIONE DI
RISCALDAMENTO
15aprile( Torino )
E=∫
15 ottobre( Torino )
φ dτ
φ = Σ UiSi ( t int − t est ) + Σ n j Vj ρ ariac p aria ( t int − t est )
i
j
t est = f (τ )
t est = f (ora del giorno e giorno dell' anno )
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Temperatura
°C
20 °C
tint
test
0 °C
Tempo τ
(giorni)
15 ottobre
15 aprile
t
ore
0
=∫
fine stagione risc
inizio stagione risc
24
( tint −t est )dτ ≡ GG gradi giorno
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Esercizio
Sia dato un edificio di forma parallelepipeda avente
altezza 12 m (4 piani), larghezza 15 m e lunghezza
30 m.
Si supponga che la superficie utile sia 1800 m2 ed il
volume utile 5400 m3 (si trascuri cioè lo spessore di
pareti, solette, soffitto e pavimento).
Sulle pareti verticali sono realizzate finestre per una
superficie pari al 40% del totale della superficie
verticale delle pareti.
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Esercizio (continua)
Si immagini che:
• il pavimento non trasmetta calore;
• il tetto, piano, abbia una trasmittanza pari a Ktetto = 3 W/m2 °C;
• le pareti verticali abbiano una trasmittanza pari a
Kpareti verticali opache = 3,5 W/m2 °C;
• le superfici vetrate abbiano una trasmittanza pari a
Kvetri = 2,8 W/m2 °C e rappresentino il 40% della superficie laterale
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Esercizio (continua)
Nelle ipotesi suddette calcolare la potenza φ che deve essere
fornita all’edificio dall’impianto di riscaldamento per
mantenere, all’interno dell’edificio stesso, una taria int = 20 °C,
supposta uniforma in ogni ambiente, quando la temperatura
dell’aria esterna è pari a – 8 °C.
Calcolare, inoltre, la potenza W gen che deve avere il
generatore di calore (caldaia) sapendo che il rendimento
istantaneo è ηgen ist 0,9.
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Esercizio (continua)
Si supponga inoltre che:
• il numero dei gradi giorno caratteristici della località ove è situato
l’edificio sia pari a 2050;
• l’impianto di riscaldamento sia alimentato da gas naturale (p.c.i.
8250 kcal/Nm 3);
• il valore del rendimento dell’impianto di riscaldamento su base
stagionale sia pari a η stag 0,78;
• il n° di ricambi ora sia pari a 3 per tutto l’edificio e che non vi sia
recupero energetico sull’aria espulsa.
Calcolare il consumo di gas naturale per la stagione di
riscaldamento standard per mantenere la temperatura
dell’aria all’interno dell’edificio ad una temperatura pari a
20 °C.
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Esercizio (continua)
Calcolo delle dispersioni
pvo = pareti verticali opache
φdisperso = ΣSik i (t i − t e ) =
pv trasp = pareti verticali trasparenti
= [S tettok tetto + Spvokpvo + Spvtraspkpvtrasp ]( t i − t e ) =
= [ 450 ∗ 3 + 1080 ∗ 0,6 ∗ 3,5 + 1080 ∗ 0,4 ∗ 2,8]( t i − t e ) =
= 4768( t i − t e ) =
= 4768[20 − (−8 )] = 133504 W = 133,5 kW
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Esercizio (continua)
Calcolo della potenza necessaria al riscaldamento dell’aria di
ricambio
&
φricambi d 'aria
nV
= ρ ariac p aria
(t i − t e ) =
3600
ρaria= 1,3 kg/Nm 3
cp aria= 1007 J/kg °C
n = 3/ora
V = 12x15x30=5400 m3
φricambi d'aria = 1,3 * 1007 * 3 * 5400 [20 − (−8)] =
= 593,8 ⋅ 10 6 [J / ora ] = 164 .944 W = 164,9 kW
Flusso totale φtotale = φdisperso + φricambi d'aria =
= 133,5 − 164,9 = 298,4 kW
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Esercizio (continua)
Si sottolinea l’importanza della potenza necessaria per il
riscaldamento dell’aria di ricambio che è dello stesso ordine
di grandezza di quella dispersa attraverso le pareti. Per
contenere questa quota, se è presente un impianto di
ventilazione meccanica, è opportuno (oggi necessario)
prevedere un recuperatore energetico sull’aria espulsa.
Si ricorda anche che in realtà non tutta l’aria immessa viene
espulsa, bensì una parte viene riciclata ed inviata all’interno
dell’edificio dopo essere stata filtrata.
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Esercizio (continua)
La potenza che deve essere fornita all’interno dell’edificio per
mantenervi una temperatura costante pari a 20 °C deve
essere pari alla potenza dispersa.
Calcolo della potenza del generatore di calore (caldaia)
W generatore necessaria a fornire il flusso totale prima calcolato
Wgeneratore
φtotale
298,4
=
=
= 331,6 kW
η gen ist
0,9
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Esercizio (continua)
Calcolo dell’energia E richiesta dall’edificio per l’intera
stagione del riscaldamento supponendo che essa sia la
stagione tipo
nV&
E=∫
[ΣSik i ( ti − t e ) + ρ aria c p aria
(t i − t e )]dτ =
15 ottobre
3600
15 aprile
&  15aprile

nV
∫
E =  ΣSik i + ρc paria
(t i − t e )dτ = 4,8 + 5,9 ∗ GG ∗ 24 =

15
ottobre
3600

= (4,8 + 5,9 ) ⋅ 2050 ⋅ 24 = 526440
kWh = 526 GWh
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Esercizio (continua)
Parametri caratteristici della prestazione energetica
dell’edificio.
Consumo specifico per
unità di superficie
526440
= 292 kWh / m2
1800
Consumo specifico per
unità di volume
526440
= 97 kWh / m3
5400
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Esercizio (continua)
Calcolo del consumo di gas naturale per la stagione del
riscaldamento
Per fornire l’energia E sopra calcolata, l’impianto di
riscaldamento consuma:
Consumo di gas naturale
E
ηstag
⋅
860
524964
=
p.c.i. CH4
0,78
860
= 70.158 Nm3 gas / stagione
8.250
Parametri caratteristici della prestazione energetica del
sistema edificio impianto
Consumo di metano per m3 13,0 Nm3/m3
Consumo di metano per m2 39 Nm3/m2
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