TERMODINAMICA - terminali di riscaldamento

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DESCRIZIONE:  

> AEROTERMI

Corpi scaldanti che cedono calore per convezione forzata. Sono costituiti essenzialmente da: 

– una batteria alettata di scambio termico, 

– un ventilatore elicoidale, 

– un involucro di contenimento. 

Si utilizzano per riscaldare palestre, piscine, supermercati, autorimesse, laboratori, officine,

SCELTA DEGLI AEROTERMI 

Una corretta scelta di questi corpi scaldanti richiede l’esame dei seguenti fattori: 

– tipo e collocazione degli aerotermi, 

– temperatura di uscita dell’aria, 

– livello sonoro

Tipo

In base alla direzione dei loro getti d’aria, gli aerotermi possono essere suddivisi in due categorie: 

-a proiezione orizzontale: servono a riscaldare locali non molto alti, max 4-5 ml

-a proiezione verticale: servono a riscaldare locali alti fino a circa 20÷25 metri 

Regole generali  di collocazione:

-installare non meno di due aerotermi in ogni locale; 

-verificare che la somma delle portate orarie dei ventilatori non sia inferiore a 3,5 volte il volume dell’ambiente da riscaldare; 

-disporre gli aerotermi a proiezione orizzontale con getti d’aria diretti verso le pareti esterne. 

-le soluzioni migliori sono quelle con getti fra loro concatenati e diretti tangenzialmente alle pareti

-disporre gli aerotermi a proiezione verticale con getti d’aria che si compenetrano fra loro; 

-dirigere i getti d’aria calda contro ampie zone vetrate o contro grandi porte; 

-evitare l’interferenza dei getti d’aria con colonne, macchine o altri ostacoli.  

Temperatura aria in uscita

E’ bene che la temperatura dell’aria in uscita dagli aerotermi sia compresa: 

- tra 40 e 45°C per aerotermi a proiezione orizzontale, 

- tra 30 e 45°C per aerotermi a proiezione verticale. 

Tali valori consentono di raggiungere un buon compromesso fra due esigenze diverse: 

• evitare che le correnti d’aria, generate dagli aerotermi stessi, possano provocare sensazioni di freddo, 

• impedire il formarsi di una forte stratificazione dell’aria. 

Solitamente la temperatura dell’aria in uscita dagli aerotermi è riportata sulle specifiche tecniche del costruttore. In caso contrario può essere calcolata.

Livello sonoro ammissibile.  

Il rumore prodotto dagli aerotermi - di norma riportato sulle relative specifiche tecniche - non deve superare il livello sonoro ammissibile nell’ambiente. Tale valore dipende essenzialmente dalla destinazione d’uso dei locali e può essere stabilito in base ai valori consigliati dalla letteratura tecnica. Nella tabella   si riportano i livelli sonori normalmente accettabili in ambienti ad uso civile e industriale (fonte: guide ASHRAE e UNI 8199  -misura in opera e valutazione del rumore prodotto negli ambienti dagli impianti di riscaldamento, condizionamento e ventilazione-)   

POTENZA NOMINALE.  E' la potenza termica scambiata da un aerotermo con l’ambiente esterno nelle condizioni di prova. Tali condizioni - con riferimento alla norma UNI 6552 (Aerotermi - metodi di prova) - possono essere così riassunte: 

• apparecchiature e strumentazione di misura: come richiesto dalla norma sopra richiamata; 

• temperature dei fluidi: 

– te = 80°C, temperatura di entrata del fluido scaldante,

– tu = 70°C, temperatura di uscita del fluido scaldante, 

– tae = 15°C, temperatura dell’aria in entrata nell’aerotermo; 

• velocità di rotazione del ventilatore: massima prevista; 

• differenza di pressione statica tra l’entrata e l’uscita dell’aria dall’aerotermo: nulla; 

• pressione atmosferica di prova: uguale alla pressione atmosferica esistente a livello del mare (101,3 kPa).

Esitono fattori di correzione per condizioni diverse da quelle di prova

> RADIATORI

I radiatori sono corpi scaldanti (ad elementi, a piastra, a tubi o a lamelle) che cedono calore per convezione naturale ed irraggiamento . 

In base al materiale sono :

- in ghisa, costituiti da elementi realizzati per fusione e assemblati con nipples. Al tradizionale modello a colonne si è aggiunto, negli anni Settanta, il modello a piastre.

Aspetti positivi : 

non temono fenomeni corrosivi; 

dilatandosi non causano rumori; 

sono sempre componibili. 

Aspetti negativi: 

maggior costo, soprattutto rispetto ai radiatori in acciaio a piastra e a colonne; 

elevato peso che rende meno agevole il montaggio del corpo scaldante; 

fragilità che può esser causa di rotture in fase di montaggio;

elevata inerzia termica che può rendere meno efficienti i sistemi di regolazione della temperatura ambiente. 

- in acciaio,  realizzati mediante saldatura di lamiere stampate o di tubi. Possono essere a piastra, a colonne, a tubi, a lamelle. 

Aspetti positivi 

costo contenuto. Nei tipi a piastra e a colonne sono i radiatori più economici; 

limitato peso. A parità di resa termica pesano circa il 65ˆ70% in meno dei radiatori in ghisa; 

facile inserimento ambientale. La vasta gamma di tipi e di forme geometriche disponibili consente soluzioni estetiche facilmente integrabili nell’ambiente; 

bassa inerzia termica nei tipi a piastra. 

Aspetti negativi

elevata inerzia termica nei tipi a colonne e a tubi (cioè nei tipi che contengono molta acqua). Tale caratteristica può rendere meno efficienti i sistemi di regolazione della temperatura ambiente; 

non sono componibili nei tipi a piastra, a lamelle e a colonne con elementi saldati; 

possibili fenomeni di corrosione. Senza adeguati rivestimenti superficiali questi radiatori sono facilmente esposti a corrosione esterna

- in alluminio, costituiti da elementi realizzati per estrusione o pressofusione e assemblati con nipples

Aspetti positivi

costo relativamente contenuto. Costano sensibilmente meno dei radiatori in ghisa; 

leggerezza. A parità di resa termica pesano circa il 70 ÷ 75% in meno dei radiatori in ghisa; 

sono sempre componibili;

imitata inerzia termica. 

Aspetti negativi

possibili fenomeni di corrosione interna. La presenza di alcali forti nell’acqua favorisce fenomeni di corrosione dell’alluminio. Per questo è opportuno evitare addolcimenti troppo spinti ed eventualmente ricorrere ad inibitori chimici

INSTALLAZIONE. 

E’ consigliabile installare i radiatori sotto finestra o lungo le pareti esterne perché in tal modo: si possono contrastare meglio le correnti d’aria fredda che si formano in corrispondenza di tali superfici; si migliorano le condizioni di benessere fisiologico limitando l’irraggiamento del corpo umano verso le zone fredde; si evita o si riduce, nell’intorno del corpo scaldante, l’eventuale formazione di condensa superficiale interna. Si devono assicurare le seguenti distanze: 

• distanza dal pavimento = 10 ÷ 12 cm; 

• distanza dalla parete = 4 ÷ 5 cm; 

• per sporgenze al di sopra o a fianco del radiatore (mensole, nicchie, ripiani, ecc..) è consigliabile garantire “distanze di rispetto” non inferiori a 10 cm

POTENZA TERMICA NOMINALE DI UN RADIATORE 

E’ la potenza termica scambiata da un radiatore (o da un suo elemento) con l’ambiente esterno nelle condizioni di prova : 

 • temperature dei fluidi  Dt = (Te-Tu)/2-Ta = 50): 

 • installazione del corpo scaldante: 

– distanza dalla parete = 5 cm, 

– distanza dal pavimento = 10 ÷ 12 cm; 

• alimentazione del corpo scaldante: entrata in alto e uscita in basso; 

• pressione atmosferica di prova: uguale alla pressione atmosferica esistente a livello del mare (101,3 kPa).

TEMPERATURA DI PROGETTO DEL FLUIDO SCALDANTE 

Normalmente conviene che i valori di questa temperatura siano compresi fra 65 e 75°C. Non sono consigliabili temperature più elevate in quanto possono: 

attivare forti moti convettivi e quindi contribuire al formarsi di zone con aria più calda a soffitto e più fredda a pavimento; 

determinare una sensibile “cottura” del pulviscolo atmosferico e quindi causare irritazioni all’apparato respiratorio, nonché l’annerimento delle pareti dietro e sopra i corpi scaldanti. 

D’altra parte, temperature di progetto troppo basse fanno aumentare notevolmente il costo dell’impianto e l’ingombro dei radiatori.

POTENZA TERMICA EFFETTIVA = F x Pnom

La potenza termica effettiva è calcolata mediante coefficienti di riduzione in funzione di : 

Ft  diversa temperatura dei fluidi (vedi tabella idealclima) 

Fal   effetto dell’altitudine 

Fpr  protezione del radiatore 

Fat   attacchi del radiatore 

Fvr  effetto della ri-verniciatura 

Per la determinazione della potenza termica di un radiatore commerciale con Δt (Tm-Ta) diverso da 50°C viene determinata (al netto dell'altitudine ,  della protezione e di successive verniciature, ma riferita alle caratteristiche costruttive), avendo come dato di riferimento la potenza nominale certificata secondo EN 442 a Δtnom 50°C,  utilizzando l’equazione caratteristica:  Q(Δt) = Qn • (Δt/50)^n     [w/el]  (dove n è dato dalle tabelle fornite dal costruttore. Esempio Faral tropical). -Per radiatori ventilati vedi uni en 1640-

DIMENSIONAMENTO RADIATORI

> TERMOCONVETTORI

I termoconvettori sono corpi scaldanti che cedono calore soprattutto per convezione. 

Sono realizzati con batterie alettate e con dispositivi di “tiraggio” naturale atti ad aumentare la resa termica delle batterie stesse.

I termoconvettori ad alette semplici vengono installati anche sotto il livello del pavimento, soprattutto per proteggere dalla condensa le grandi superfici vetrate

Rispetto ai radiatori, questi corpi scaldanti possono offrire i seguenti vantaggi: 

a pari potenza sono più leggeri e meno costosi; 

hanno minor inerzia termica; 

possono risolvere meglio specifici problemi d’arredo. 

Per contro presentano i seguenti svantaggi: 

sono difficili da pulire, e pertanto non devono essere utilizzati in locali polverosi o dove non è assicurata una soddisfacente pulizia;

non sono componibili; 

non consentono di adottare una regolazione climatica perché la loro curva di resa termica presenta un “ginocchio” (cioè una forte variazione di pendenza) per temperature del fluido comprese fra 45 e 50 gradi

In base alle loro caratteristiche costruttive, i termoconvettori possono essere suddivisi nei tipi: 

ad alette semplici, 

a canali alettati, 

a mobiletto 

a zoccolo

Caratteristiche di dimensionamento e di posa analoghe ai radiatori

> VENTILCONVETTORI

I ventilconvettori sono terminali che cedono o sottraggono calore all’ambiente per convezione forzata. 

Sono costituiti essenzialmente da: 

– una o due batterie alettate di scambio termico, 

– uno o due ventilatori centrifughi o tangenziali, 

– un filtro dell’aria, 

– una bacinella di raccolta condensa, 

– un involucro di contenimento. 

Si utilizzano per riscaldare e raffreddare abitazioni, uffici, sale di riunione, alberghi, ospedali, laboratori, ecc....

I ventilconvettori possono essere classificati secondo i seguenti criteri:

 in base al luogo di messa in opera: 

• a pavimento, 

• a parete, 

• a controsoffitto, 

• a soffitto

secondo il tipo di protezione: 

• con mobiletto, 

• ad incasso; 

in base alla posizione del ventilatore: 

• sulla mandata (il ventilatore invia aria alla batteria), 

• sull’aspirazione (il ventilatore aspira aria dalla batteria); 

in relazione alle caratteristiche del flusso d’aria: 

• a percorso libero, 

• a percorso canalizzato; 

in base al numero di batterie: 

• a batteria singola (in impianti a 2 tubi), 

• a doppia batteria (in impianti a 4 tubi, cioè in impianti in cui circola contemporaneamente sia il fluido caldo che il fluido freddo

E’ consigliabile installare i ventilconvettori sotto finestra o lungo le pareti esterne perché in tal modo: 

si possono contrastare meglio le correnti d’aria fredda che si formano in corrispondenza di tali superfici; 

si evita o si riduce, nell’intorno del corpo scaldante, l’eventuale formazione di condensa superficiale interna. 

E’ consigliabile installare i ventilconvettori sotto finestra o lungo le pareti esterne perché in tal modo: 

si possono contrastare meglio le correnti d’aria fredda che si formano in corrispondenza di tali superfici; 

si evita o si riduce, nell’intorno del corpo scaldante, l’eventuale formazione di condensa superficiale interna. 

In locali medio-grandi è consigliabile suddividere la potenza termica richiesta su più ventilconvettori. 

Potenze termiche troppo concentrate possono, infatti, determinare temperature interne non uniformi. 

Per garantire una buona distribuzione del calore è bene, inoltre, che la portata d’aria dei ventilconvettori non sia inferiore a 3,5 volte il volume del locale da riscaldare.

E’ conveniente che, in fase di riscaldamento, la temperatura dell’aria in uscita dai ventilconvettori sia compresa tra 35 e 50°C. Tali valori consentono di raggiungere un buon compromesso fra due esigenze diverse: 

• evitare che le correnti d’aria, generate dai ventilconvettori stessi, possano provocare sensazioni di freddo, 

• impedire il formarsi di una forte stratificazione dell'aria

Caratteristiche di dimensionamento e di posa analoghe ai termoconvettori-radiatori

> TUBI

> TUBI ALLETTATI

> TERMOSTRISCE

Link: 

> SLIDE RADIATORI

> caleffi - quaderno 2