Recuperatori di calore aria-aria:
tecnologie e prestazioni
Prof. Ing. Cesare Maria Joppolo - Dipartimento di Energetica, Politecnico di Milano
Ing. Calogero Leone – Recuperator Srl
Ing. Luca Molinaroli – Dipartimento di Energetica, Politecnico di Milano
SeminariTecnici
Tecnici
Seminari
Tecnici
Seminari
MCE
Milano
2006
MCE 2006
2006 -–Milano
Milano
MCE
Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Indice degli argomenti
Gestione dell’Energia Termica
• Fonti alternative e riciclabili
• Uso razionale dell’energia
• Risparmio energetico
Il recupero del calore
• Le origini del problema
• Definizioni
• Recupero del calore Aria-Aria
Categorie di recuperatori aria-aria (Norma Eurovent 10/1)
Tipologia di recuperatori aria-aria
Applicazioni e condizioni di utilizzo
Selezione delle prestazioni
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Ing. Calogero Leone – Recuperator Srl
Ing. Luca Molinaroli – Dipartimento di Energetica, Politecnico di Milano
Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Gestione dell’Energia Termica
Fonti alternative e riciclabili
•
•
•
•
•
Sole
Vento
Energia idraulica
Risorse geotermiche
Maree
•
•
•
•
•
Moto ondoso
Trasformazione dei rifiuti
Combustibili biotermici
Nucleare
Cogenerazione
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Gestione dell’Energia Termica
Uso razionale dell’energia
• Rendimento della combustione
• Regolazione automatica della temperatura
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Gestione dell’Energia Termica
Risparmio energetico
• Recupero del calore
• Isolamento degli edifici
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Il recupero del calore
•
•
•
Continuando a ricircolare sempre nello
stesso ambiente, l’aria si carica di
anidride carbonica e di agenti
inquinanti; essa va ricambiata.
Aria fresca di rinnovo, ossigenata, va
presa dall’esterno, trattata
termicamente ed inviata nell’ambiente.
Si può contenere l’incremento di costo
energetico che ne deriva, con l’impiego
di un sistema che recuperi una grande
parte del calore contenuto nella
corrente d’aria espulsa e lo trasferisca
alla corrente di rinnovo.
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Recuperatori di calore Aria-Aria
•
I recuperatori di calore
impiegati negli impianti di
climatizzazione sono degli
scambiatori che permettono
il trasferimento di calore e/o
umidità tra un flusso di aria
di espulsione ed un flusso di
aria di immissione, sotto
l'azione di una differenza di
temperatura (o di umidità).
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Gruppi di recupero di calore
Si fa distinzione tra
recuperatori e gruppi di
recupero di calore; questi
ultimi sono costituiti, oltre
che dal recuperatore vero
e proprio, da una serie di
accessori quali filtri,
dispositivi di
preriscaldamento,
serrande, apparecchiature
di regolazione, assemblati
in un cassone avente
flange di raccordo alle
canalizzazioni.
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Il recupero del calore
Rendimento
Il rendimento di uno scambiatore di calore, secondo la norma ASHRAE Standard '84 è definito
come rapporto tra l'energia o l'umidità effettivamente trasmesse ed i valori massimi
trasmissibili
η = Wi(Xiu-Xii) / Wmin(Xei-Xii) = We(Xei-Xeu) / Wmin(Xei-Xii)
dove:
η = efficienza (su calore sensibile, latente o totale)
Xii = temperatura o umidità o entalpia ingresso immissione
Xiu = temperatura o umidità o entalpia uscita immissione
Xei = temperatura o umidità o entalpia ingresso espulsione
Xeu = temperatura o umidità o entalpia ingresso espulsione
Wi = portata di immissione in peso
We = portata di espulsione in peso
Wmin = la minore tra Wi e We
In caso di efficienza di temperatura le portate andranno moltiplicate per il calore specifico.
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Il recupero del calore
Perdita di carico
Si definisce perdita di carico
di un recuperatore la
differenza di pressione
totale, misurata su ciascuno
dei due flussi, fra l’ingresso
e l’uscita dal recuperatore.
Questa perdita di carico
dovrà essere compensata
dalla prevalenza del
ventilatore.
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Il recupero del calore
Pressione differenziale
I due flussi che
attraversano il recuperatore
possono avere una diversa
pressione. Questa
differenza di pressione
(pressione differenziale)
influenza le fughe di portata
dall'apparecchio. Inoltre, la
struttura meccanica
dell’apparecchio deve
essere adeguata a resistere
alla deformazione generata
dalla pressione
differenziale.
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Il recupero del calore
Calore trasferito
•
•
Il calore trasferito è la
quantità di calore
sensibile (e/o latente)
ceduto al flusso d'aria in
ingresso (o sottratto, in
regime estivo).
L'umidità trasferita è la
quantità di umidità
ceduta al flusso d'aria in
ingresso (o sottratta, in
regime estivo).
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Il recupero del calore
Portata di fuga
Interna
La fuga interna è la portata d'aria che può passare da un lato all'altro
di un recuperatore di calore.
Esterna
La fuga esterna è la portata d'aria che può attraversare il cassone di
un recuperatore di calore da o verso l'ambiente circostante.
Per trascinamento
La fuga per trascinamento è la portata d'aria trasferita dal lato
espulsione al lato immissione di un recuperatore rotante
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Recupero del calore Aria-Aria
Da processo a processo
Il calore catturato dalla corrente espulsa di un processo è trasferito nella
corrente di rinnovo dello stesso processo. Il sistema lavora,
generalmente ad alta temperatura.
Da processo a comfort
Il calore catturato dalla corrente espulsa di un processo è trasferito nella
corrente d’aria di rinnovo che presiede al controllo del comfort di un
edificio.
Da comfort a comfort
Nel processo che presiede al controllo del comfort di un edificio, il calore
catturato dalla corrente d’aria espulsa è trasferito nella corrente d’aria di
rinnovo.
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Categorie di recuperatori aria-aria
(Norma Eurovent 10/1)
•
Categoria I – Scambiatori statici a scambio diretto
– Ia – con parete di separazione
– Ib – con parete porosa di separazione
•
Categoria II – Scambiatori statici a scambio indiretto
– IIa – senza cambiamento di fase
– IIb – con cambiamento di fase
•
Categoria III – Scambiatori rotanti a scambio diretto
– IIIa – non igroscopico
– IIIb – igroscopico
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Tipologie di recuperatori aria-aria
•
•
•
•
•
Recuperatori statici a piastre
Recuperatori rotativi
Recuperatori a batterie con pompa (run around)
Recuperatori a tubi di calore (heat pipe)
Recuperatori a torri gemelle
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Recuperatori statici a piastre I.a
I recuperatori di categoria I.a hanno
la possibilità di recuperare il calore
sensibile ed anche quello latente.
Infatti, quando le pareti dello
scambiatore sono più fredde della
temperatura di rugiada dell’aria
estratta, il vapore in essa contenuto
condensa ed il calore di
condensazione viene trasferito
all’aria di rinnovo. In caso di
condensazione è opportuno che le
alette siano disposte verticalmente.
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Recuperatori statici a piastre
Funzionamento
Normalmente il movimento
dell'aria avviene a flusso
incrociato ed il rendimento ha
valori compresi tra il 40 ed il 70%
Sono disponibili anche modelli a
flusso controcorrente con
rendimenti che vanno oltre l'80%
a fronte di un relativo maggior
costo dell’unità.
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Recuperatori statici a piastre
Costruzione
•
•
•
•
Sono costituiti da strati piani, con spaziature
variabili a seconda del tipo di impiego.
I flussi di espulsione e di immissione
vengono mantenuti separati da apposite
sigillature.
Il calore è trasferito direttamente dal flusso a
temperatura più calda a quello a
temperatura più fredda.
La resistenza globale al passaggio di calore
del recuperatore risulta composta da
convezione su entrambe le facce della
piastra e da conduzione attraverso lo
spessore della piastra. Poiché i coefficienti
convettivi risultano molto più piccoli, rispetto
alla conducibilità termica delle piastre, ne
consegue che l’efficienza dello scambio
termico non è sostanzialmente influenzata
dallo spessore e dal materiale con cui e
realizzato il recuperatore.
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Recuperatori statici a piastre
Materiali
•
•
•
•
Il materiale con cui le piastre vengono
comunemente realizzate è l'alluminio per le sue
caratteristiche di resistenza alla corrosione,
facilità di realizzazione, ininfiammabilità e durata.
In ambienti più corrosivi l’alluminio può essere
protetto con una vernice acrilica.
In presenza di alte temperature (oltre i 200°C) e
dove il costo non rappresenti un fattore chiave
vengono impiegate leghe di acciaio inox.
Per esigenze di bassi costi uniti a resistenza alla
corrosione si impiegano materiali plastici od
anche vetro.
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Recuperatori statici a piastre categoria I.b
Particolari sono i recuperatori a flussi
incrociati della categoria I.b. La
particolarità risiede nel tipo di
costruzione del pacco di scambio,
costituito dalla sovrapposizione di vari
strati di speciale carta trattata, ondulata,
permeabile all’umidità, che consente lo
scambio simultaneo di calore sensibile e
latente.
Queste apparecchiature presentano
elevate prestazioni in termini di
efficienza di scambio ma, essendo il
diaframma in carta porosa, si presenta il
problema delle perdite per trafilamento
del flusso di aria viziata espulsa verso
quello dell’aria di ventilazione.
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Recuperatori statici a piastre
Regolazione
•
•
•
•
•
In molti casi, nello spazio ventilato sono
presenti altre sorgenti di calore (persone,
macchinari, illuminazione, ecc.) le quali
apportano una quantità di calore
supplementare al sistema.
In certe condizioni si può generare un
surriscaldamento
In queste condizioni la potenza del
recuperatore deve essere ridotta.
Nei recuperatori a piastre si usa una
serranda di bypass che esclude dal
trattamento di recupero una parte o tutta
l’aria esterna.
Questa metodo di riduzione della portata,
tramite la serranda di bypass, si impiega
anche in caso di rischio di brina nel periodo
invernale.
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Recuperatori statici a piastre
Pulizia
•
In presenza di polvere o di sostanze inquinanti è necessario prevedere dei
filtri adeguati a monte del recuperatore.
Sulla superfici delle alette dei recuperatori si possono formare dei depositi
di polvere e grassi; in tal caso tali depositi possono essere facilmente
rimossi nei seguenti modi:
- con aria compressa, nel caso di deposito di polveri
- con acqua calda o spruzzando con una soluzione detergente ( es:
Decade, ND-150, Chem Zyme, Primasept, Poly-Det, Oakite 86M o
similari) nel caso di depositi grassi.
Soluzioni fortemente alcaline o altre sostanze aggressive per l’alluminio
sono ovviamente da evitare.
•
•
•
•
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Recuperatori statici a piastre
Pregi e Difetti
•
•
•
•
•
•
•
Pregi
scarsa o assente
contaminazione tra i flussi
non hanno parti in movimento
flessibilità di costruzione che li
adatta ad ogni impiego
prodotti con materiali adeguati
alle caratteristiche di diversi
ambienti
basse cadute di pressione
facile pulizia
azione efficace per lo
smorzamento dei rumori
•
•
Difetti
Il trasferimento di calore latente
avviene solo a condizione che
la temperatura della superficie
del recuperatore scenda sotto il
punto di rugiada di una delle
due correnti d’aria,
condensandone l’umidità
presente.
I due flussi d’aria, di espulsione
e di rinnovo, devono essere
contigui
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Esempio
Un recuperatore a piastre di efficienza ε = 60 % è attraversato da una
portata di immissione Qi = 3000 m3/h che si trova nelle condizioni tii = 5 °C
e ϕii = 60 % e da una portata di estrazione Qe = 3000 m3/h di aria ambiente
che si trova nelle condizioni tei = 20 °C e ϕei = 50 %. Determinare le
condizioni di uscita dal recuperatore delle due correnti e la potenza
scambiata.
eu
ei
RECUPERATORE
ii
iu
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Esempio
PSENS,MAX = Qi·ρi·cPi·(tei - tii) = 15,16 kW
PSENS,REALE = PSENS,MAX·ε = 9,1 kW
tiu = tii + PSENS,REALE/ (Qi·ρi) = 13,5 °C
teu = tei - PSENS,REALE/ (Qe·ρe) = 11 °C
Occorre verificare che la temperatura teu sia maggiore della temperatura di
rugiada della corrente di immissione all’ingresso del recuperatore poiché
altrimenti si avrebbe la deumidificazione della corrente di espulsione ed un
ulteriore contributo alla potenza termica scambiata dato dalla potenza
latente di condensazione (occorrerebbe rivedere il calcolo sostituendo le
entalpie alle temperature per la corrente di espulsione).
In questo caso è: trugiada,ii = 9,6 °C < teu e quindi non si ha condensazione.
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Esempio
ASHRAE PSYCHROMETRIC CHART NO.1
NORMAL TEMPERATURE
BAROMETRIC PRESSURE: 101,325 kPa
R
110
R
Copyright 1992
120
30
AMERICAN SOCIETY OF HEATING, REFRIGERATING AND AIR-CONDITIONING ENGINEERS, INC.
SEA LEVEL
1.0
∞
-∞
1.0
-5,0
4,0
Qs
Qt
-∞
26
90
0,0
30
-0,2
10,0
5,0
4,0
0,2
0,1
WE
T
BU
1,0
-0,5
0,3
-1,0
0
120
-2,0
-4,0
-2,0
0,4
4
SENSIBLE HEAT
TOTAL HEAT
0,5
28
30
1,5
2,0
0,9
0,8
0,7
0,6
100
80
LB
TE
MP
E
24
RA
TU
RE
-
°C
110
0,9
2,0
3,0
22
2
2,5
ENTHALPY
HUMIDITY RATIO
70
∆h
∆W
25
20
100
25
60
C
16
90
20
20
%
90
%
6V
E
UM
OL
IC
UB
-C
RP
TE
ME
5
4
50%
ei
0,8
10
40%
iu
2
ii
IR
YA
DR
KG
ER
0,8
5
10
%
%
60
20
0,8
15
70
eu
30%
0,8
0
20%
0,7
10
20
35
30
25
20
15
10
5
8
E HUMIDITY
10% RELATIV
30
14
12
80
10
8
70
6
4
60
2
45
80
DRY BULB TEMPERATURE - °C
30
40
15
10
HUMIDITY RATIO - GRAMS MOISTURE PER KILOGRAM DRY AIR
-°
8
R
TU
SA
40
N
IO
AT
M
TE
RE
TU
RA
PE
40
50
50
0
RY
D
0,9
Y
R
PE
J
F
O
0,8
P
AL
TH
EN
-K
LO
KI
M
RA
G
18
R
AI
50
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Recuperatori rotativi III.a e III.b
I recuperatori di calore rotativi sono
costituiti da un rotore cilindrico
costruito in modo da risultare
permeabile all'aria, caratterizzato
da un elevatissimo sviluppo
superficiale; l'aria di rinnovo e
quella di espulsione attraversano
ciascuna una metà dello
scambiatore, fluendo in
controcorrente
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Recuperatori rotativi
Funzionamento
•
•
•
Lo scambio termico in questi recuperatori avviene
per accumulo: mentre il cilindro ruota lentamente
l'aria espulsa attraversa una metà dell'involucro e
cede calore alla matrice del rotore che lo
accumula. L'aria di rinnovo, che attraversa l'altra
metà, assorbe il calore accumulato.
Proseguendo la rotazione le parti che assorbono e
cedono calore si invertono continuamente, ed il
processo può continuare in maniera indefinita.
In regime estivo è l'aria esterna ad essere
raffreddata e deumidificata; in regime invernale
l'aria entrante, fredda e secca, assorbe calore dal
rotore ed eventualmente umidità, negli apparecchi
predisposti con superfici igroscopiche.
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Recuperatori rotativi
Settore di pulizia
•
•
•
•
Vi è la possibilità di contaminazione tra i
due flussi d'aria per trascinamento.
L’aria che resta intrappolata all'interno
dei canali viene ceduta all'altro flusso a
causa della rotazione. Per eliminare ciò
il recuperatore viene dotato di un settore
di pulizia.
Il settore di pulizia è posizionato a valle
del rotore, nel punto in cui il rotore
passa dalla parte dell'espulsione a
quella di immissione.
In questo modo, una piccola quantità
dell'aria di immissione sarà trasferita nei
canali dell’aria di espulsione
permettendone la pulizia.
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Recuperatori rotativi
Regolazione
•
•
•
Per escludere il surriscaldamento,
soprattutto nelle stagioni intermedie
(primavera e autunno), viene effettuato un
controllo sulla temperatura di mandata, in
funzione delle esigenze dell'impianto,
tramite una regolazione della velocità di
rotazione.
Viene utilizzato un motore di
trascinamento a velocità variabile ed è
così possibile modulare il rendimento tra
un valore minimo ed uno massimo.
La quantità di calore recuperato aumenta
all'aumentare della velocità di rotazione.
Solitamente, quindi, la velocità di rotazione
del recuperatore viene asservita alla
temperatura richiesta.
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Recuperatori rotativi
Pregi e Difetti
•
•
•
Pregi
La superficie di scambio, molto
elevata in rapporto al volume,
consente delle rese più alte di
altre tipologie di recuperatori.
L'efficienza elevata e la
possibilità di recupero
dell'umidità oltre che del calore
consentono di ridurre in modo
determinante la potenzialità
installata in un impianto.
La possibilità di recuperare
umidità consente di ridurre i
dispositivi di umidificazione.
•
•
•
Difetti
Contaminazione tra i due flussi
per trascinamento e per
trafilamento
Nel trascinamento l'aria che resta
intrappolata all'interno del volume
può essere ceduta all'altro flusso.
Applicazioni critiche, quali
ospedali, sale operatorie, camere
bianche richiedono un controllo
rigoroso dei flussi di
trascinamento per prevenire
qualunque pericolo di
contaminazione.
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Recuperatori a batterie con pompa II.a
•
In un circuito ad anello chiuso, un fluido intermedio, per mezzo di una
pompa, viene fatto circolare tra due o più scambiatori statici a batterie
di tubi alettati.
• Il calore ceduto dalla corrente d’aria più calda ad una batteria, viene
trasportato dal fluido intermedio all’altra batteria e da questa ceduto
alla corrente più fredda.
• Il fluido intermedio, in dipendenza dalla temperatura di lavoro, può
essere acqua, miscela anticongelante o fluido diatermico.
• Analogamente ad altri sistemi di recupero di calore aria/aria
recuperano principalmente calore sensibile; eventuale calore latente,
recuperato dalla condensazione della corrente d’aria più calda, viene
trasformato in calore sensibile e si aggiunge a quello trasmesso alla
corrente più fredda.
• Non sono possibili recuperi di umidità.
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Recuperatori a batterie con pompa
Impieghi tipici
La separazione fisica
completa tra i due flussi e
la conseguente esclusione
di qualunque pericolo di
contaminazione rendono
questi sistemi adatti ad
impieghi quali: ospedali,
sale operatorie, camere
bianche, laboratori,
lavorazioni industriali
particolari.
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Recuperatori a batterie con pompa
Pregi e Difetti
Pregi
•
•
•
L'alto grado di flessibilità che
contraddistingue questi dispositivi
di recupero di calore li rende
idonei all'impiego in applicazioni
industriali e su impianti già
esistenti.
Questo sistema rende infatti
possibile il recupero di calore da
più fonti distanziate una dall'altra
ed inoltre non vi è la necessità di
ubicare vicine tra loro la presa
dell'aria di immissione e lo
scarico dell'aria di espulsione.
Esclusione assoluta di pericolo di
contaminazione tra i due flussi.
•
•
Difetti
La presenza di un fluido
intermedio deprime il
rendimento del sistema che
difficilmente supera il 55%.
Accorgimenti per incrementare il
rendimento porterebbero i costi
al di là dei limiti di convenienza
economica.
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Ing. Calogero Leone – Recuperator Srl
Ing. Luca Molinaroli – Dipartimento di Energetica, Politecnico di Milano
Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Recuperatori a tubi di calore II.b
Sono costituiti da uno
scambiatore a tubi alettati diviso
in due sezioni: una percorsa
dall'area di immissione, l'altra
dall'aria espulsa.
I tubi sono riempiti per una certa
frazione del volume interno con
un fluido allo stato liquido. La
rimanente porzione è occupata
dallo stesso fluido allo stato
gassoso.
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Recuperatori a tubi di calore
Funzionamento
•
In condizioni invernali l'aria calda espulsa che attraversa la sezione inferiore, cede calore
al liquido che bagna la superficie interna del tubo, provocandone l'evaporazione.
Il vapore prodotto sale nella sezione superiore e qui condensa sulla superficie del tubo,
raffreddata dall'aria di immissione, alla quale cede calore.
Il liquido formatosi ritorna nella sezione inferiore per gravità, concludendo il ciclo.
Per la strutturazione intrinseca di questo sistema, il flusso più caldo deve sempre
attraversare la parte più bassa del recuperatore.
Per ottenere l'inversione del ciclo, passando dal funzionamento invernale a quello estivo
(o viceversa), sarà sufficiente invertire l'inclinazione del recuperatore.
•
•
•
•
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Recuperatori a tubi di calore
Pregi e Difetti
Pregi
•
•
•
Non vi sono parti in movimento
Non vi sono pericoli di
contaminazione tra i due flussi
Disponibili in varie dimensioni
•
•
•
•
Difetti
Poca flessibilità
nell'installazione.
Per regolare la prestazione
di questi recuperatori viene
variata l’inclinazione dei tubi.
Solitamente questi
recuperatori vengono
montati su supporti che
permettono
quest'operazione.
Questa regolazione è
piuttosto complicata.
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Gruppi di recupero di calore con ciclo
frigorifero
Un gruppo di recupero
particolarmente efficiente
impiega un recuperatore
tra i due flussi di
temperatura, calda e
fredda, di un circuito
frigorifero
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Recuperatori a torri gemelle II.b
• Si tratta di un sistema di recupero dell'entalpia arialiquido-aria in cui un liquido assorbente circola
continuamente venendo in contatto sia con il flusso di
ingresso che con quello di espulsione, circolanti all'interno
del riempimento, in scambiatori costruttivamente simili a
delle torri evaporative. Questo liquido trasporta vapore
acqueo e calore.
• Il liquido in circolo è in genere costituito da un sale
alogeno in soluzione acquosa (es.: cloruro di litio). Una
pompa mantiene in circolazione il liquido fra le due torri.
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Recuperatori a torri gemelle
Funzionamento
•
•
•
•
•
Questo sistema consiste di una torre che tratta l’aria di rinnovo e di un’altra che
tratta l’aria espulsa di un edificio.
Un liquido assorbente circola continuamente tra le due torri ed entra in
contatto diretto con la corrente di rinnovo e con quella espulsa.
Esso trasporta, pertanto, umidità e calore tra le due correnti.
Durante l’estate, la corrente di rinnovo viene raffreddata e deumidificata.
Durante l’inverno essa viene riscaldata ed umidificata.
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Esempio
• Un locale pubblico da 100 m², in cui sia consentito
fumare
• Numero di persone ammesse nel locale: 70
• Portata d’aria per persona: 36 m³/h + 108 m³/h di
ricambio supplementare
• Immissione: 144 x 70 = 10080 m³/h
• Estrazione : 11088 m³/h; leggermente superiore per
generare la depressione richiesta dalla legge.
• Valutiamo il risparmio ed il ritorno dell’investimento
con un recuperatore a piastre con rendimento del
50% e con uno di rendimento del 60%
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Progetto Recuperatore a piastre
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Scelte Recuperatori a piastre
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Recuperatore scelto
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Apporto di calore ad un ambiente
(Cpa * Gst * Qar x TMv) – (Cpa * Gst * Qae x TA) + Gente = DISP
Qar / Qae = R
TMv = TA / R + (DISP – Gente) / Cpa x Gst x Qar
Cpa calore specifico dell’aria
Gst
peso specifico dell’aria
Qar
portata d’aria di rinnovo
TMv temperatura dell’aria immessa
Qae portata d’aria di espulsione
TA
temperatura dell’ambiente
Gente calore apportato da persone ed altre sorgenti
DISP dispersioni di calore verso l’esterno
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Risparmio con uso del Recuperatore
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Temp
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Pot
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Recuperatore con Rendimento 50%
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Risp
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Recuperatore con Rendimento 60%
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Temp 60%
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Pot 60%
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Recuperatore con Rendimento 60%
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Risp 60%
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Calcolo Recuperatori rotativi
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Calcolo Recuperatori a batterie con pompa
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Calcolo Recuperatori a batterie con pompa
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Calcolo Recuperatori a batterie con pompa
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Normative
• UNI 9953 (1993) – Recuperatori di calore aria-aria negli impianti di
condizionamento dell’aria. Definizioni, classificazione, requisiti e prove.
• UNI EN 308 (1998) (Eurovent 10/1) – Scambiatori di calore.
Procedimenti di prova per stabilire le prestazioni dei recuperatori di
calore aria/aria e aria/gas.
• ARI Standard 1060 (2005) – Performance rating of air-to-air heat
exchangers for energy recovery ventilation equipments.
• ANSI-ASHRAE Standard 84 (1991) – Method of testing air-to-air heat
exchangers.
• ASHRAE Terminology of Heating, Ventilation, Air Conditioning and
Refrigeration, Second Edition, 1991.
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Normative – UNI EN 308
•Classifica i recuperatori di calore in base al principio di funzionamento
(Statici → Categoria I, Fluido Termovettore → Categoria II, Rotativi →
Categoria III)
•Definisce l’efficienza del recuperatore in base alla sola differenza di
temperatura (o di umidità assoluta) senza tener conto delle portate di aria
(ηt = (tiu-tii) / (tei-tii))
•Fornisce precise indicazioni in merito alle prove da condurre per
determinare le portate di fuga interna, di fuga esterna e di trascinamento
•Indica i valori di portata d’aria in corrispondenza dei quali occorre
determinare le perdite di carico sui rami di immissione e di estrazione (5
casi)
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Normative – UNI EN 308
•Per la determinazione dell’efficienza del
recuperatore fornisce i valori che devono
assumere le portate di aria di immissione e di
estrazione (7 casi) e le temperature delle due
correnti (1 caso solo funzione del tipo di
recuperatore) indicando una ulteriore condizione
a causa della possibilità di condensazione del
vapor acqueo
•Non fornisce indicazioni sui valori delle temperature di prova nel caso di
funzionamento estivo
•I bilanci di potenza utilizzati come verifica della correttezza della prova
sono valutati in riferimento alla sola potenza sensibile scambiata tra i due
rami del recuperatore. Lo scostamento tra la potenza misurata lato
immissione e la potenza misurata lato estrazione deve essere ≤ ± 5 %
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Normative – ARI Standard 1060
•Indica tre categorie di scambiatori (Piastre, Rotativi, Tubi di calore)
escludendo i recuperatori a batteria con pompa
•Definisce l’efficienza del recuperatore in base alla differenza di
temperatura (o di umidità assoluta) ed alla portata di aria
(ηt = Wi·(tiu-tii) / (Wmin·(tei-tii)))
•Indica una metodologia di prova per la determinazione delle portate di
perdita complessiva
•Non prevede prove specifiche per la valutazione delle sole perdite di
carico sui rami di immissione e di estrazione
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Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni
Normative – ARI Standard 1060
•Per la determinazione dell’efficienza del
recuperatore fornisce i valori che devono
assumere le portate di aria di immissione e di
estrazione (4 casi) e le temperature delle due
correnti (1 caso solo funzione della stagione)
senza considerare la possibilità di recupero
del calore di condensazione del vapore
•I bilanci di potenza utilizzati come verifica della correttezza della prova
sono valutati in riferimento alla potenza sensibile o latente scambiata tra i
due rami del recuperatore. Lo scostamento tra la potenza misurata lato
immissione e la potenza misurata lato estrazione deve essere ≤ ± 5 % nel
caso di potenza sensibile e ≤ ± 7 % nel caso di potenza latente
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Recuperatori di calore aria-aria: processo di progettazione
Recuperatori di calore aria-aria: dati tipici e lista di controllo
Recuperatori di calore aria-aria: dati tipici e lista di controllo