Bibliografia capitolo 3
di 15 m 2 /persona circa) oppure ad emissioni elevate di sostanze nocive (se, ad esempio, si fuma su una
4.3 Ricupero del calore
Sotto l'aspetto energetico, negli impianti di ricupero del calore occorre tener conto degli aspetti seguenti:
– il fabbisogno di energia per il riscaldamento e l'eventuale umidificazione dell'aria esterna ven-gono ridotti.
– Il fabbisogno di energia per il trasporto dell'aria viene aumentato a causa della perdita di pressio-ne pressio-nel sistema RDC (eventualmente compresi i fil-tri accessori per l'aria viziata) e crea, di conse-guenza, un fabbisogno di energia supplementare per gli impianti ausiliari (ad es. per un circuito in-termedio acqua-glicole).
Gli impianti di ricupero del calore permettono un ri-sparmio di energia per il riscaldamento ed inoltre, se dimensionati in modo adeguato, creano i presuppo-sti di un dimensionamento più favorevole di ulterio-ri componenti dell'impianto. Il sistema RDC, infatti, presenta il miglior rendimento in condizioni estreme (massime differenze di temperatura, rispettivamen-te di entalpia), ciò che gli permetrispettivamen-te di eliminare le punte di carico.
Princìpi
– A parte poche eccezioni, gli impianti di ventilazio-ne e di condizionamento dovranno sempre esse-re equipaggiati con un impianto di ricupero del ca-lore (RDC).
– La scelta del sistema avviene in funzione delle con-dizioni specifiche dell'oggetto. Non esiste alcun si-stema perfetto, ossia in grado di soddisfare tutti i fabbisogni.
– Nella tecnica di ventilazione e di condizionamen-to il ricupero del calore dipende da un dimensio-namento accurato, motivo per cui è determinante il guadagno annuo netto d'energia. In tal caso oc-corre prendere in considerazione un eventuale fab-bisogno di energia elettrica con un'efficacia di cir-ca 3 in confronto all'energia termicir-ca.
– Secondo punti di vista economici, gli impianti RDC ben dimensionati costituiscono, nella maggioran-za dei casi, un investimento redditizio, anche con i prezzi odierni dell'energia (troppo bassi).
Per progettare correttamente gli impianti di ricupero del calore, bisogna non solo conoscere il rendimen-to dei componenti nel punrendimen-to d'esercizio ideale, ma conoscere anche il loro comportamento in condizio-ni d'esercizio differenti. Poiché gli impianti di ricupe-ro del calore necessitano anche di energia, in ultima analisi interessa l'utile netto. Gli impianti di ricupero del calore non dovrebbero perciò essere dimensio-nati per la temperatura esterna più bassa (o più ele-vata), per le quali deve essere ancora sufficiente l'im-pianto di ventilazione, bensì per il miglior grado di utilizzazione annuale.
Si fa una distinzione tra il rendimento massimo pos-sibile ed il rendimento ottimale dell'impianto di ricu-pero del calore. In un impianto di ventilazione con una forte accumulazione di calore estraneo, l'impian-to ottimale di ricupero del calore sarà progettal'impian-to e di-mensionato in altro modo che non nel caso in cui sia presente soltanto una debole accumulazione di ca-lore estraneo.
Al momento del dimensionamento occorre tener conto di molte condizioni non tecniche, quali il prez-zo dei combustibili fossili e dell'elettricità, le percen-tuali corrispondenti del rincaro, gli interessi atpercen-tuali e futuri del capitale, il periodo d'ammortamento, non-ché gli obiettivi generali dello sforzo fatto per conse-guire un risparmio. L'impianto ottimale di ricupero del calore non è quindi determinato soltanto da dati tecnici, ma anche da molte ipotesi economiche e di politica ambientale.
Il presupposto della progettazione dell'impianto RDC e di tutto l'impianto di ventilazione e di condiziona-mento deve essere un'analisi accurata di minimizza-zione dei bisogni. D'altra parte, una ripartiminimizza-zione ra-zionale degli impianti, nonché dei mezzi di comando e di regolazione adeguati, costituiscono le condizio-ni essenziali per un funzionamento parsimocondizio-nioso e conforme al fabbisogno.
Per gli studi preliminari il progettista può basarsi su differenti nuove pubblicazioni. Basi fondamentali utili si trovano nel quaderno «ll ricupero del calore negli impianti di ventilazione e condizionamento»
del programma d'impulso per l'impiantistica 1987 [4.8]. Dati utili si trovano anche nella direttiva 89-1 della SITC [4.21] che ogni progettista dovrebbe cono-scere.
Una prima panoramica concernenti possibili sistemi RDC, a seconda della situazione, è fornita dalla figu-ra 4.2.
Sulla base delle condizioni locali e di utilizzazione tec-nica tutti i sistemi che entrano in considerazione de-vono essere dimensionati ed ottimizzati per mezzo dei dati grafici forniti dal produttore.
Oggi purtroppo soltanto i sistemi interconnessi in un circuito possono essere ottimizzati in modo affidabi-le sulla base di calcoli. Per gli altri sistemi (in parti-colare per i rotori rigenerativi) mancano ancora am-piamente le basi, rispettivamente non sono ancora state elaborate.
La figura 4.3 dimostra che gli indici di ricupero del ca-lore e le perdite di pressione dei diversi componenti del sistema RDC devono essere confrontati tra di lo-ro alle stesse condizioni di flusso.
È desiderato
Tabella dei criteri per una prima scelta tra le diverse possibilità di sistemi [4.8 completato]
Sistemi RDC possibili
Condotti per l'aria di alimentazione e l'aria viziata assemblabili in modo razionale
(nuova costruzione) sotterraneo ad aria **
Non è di alimentazione e l'aria viziata
che non possono essere assemblati (riattamento)
Rol/Ror SC a rotazione lenta o a rotazione rapida SP scambiatore a piastre
SIC sistema interconnesso in un circuito
** utilizzazione dell'aria riciclata e sistema RDC a seconda della stagione mediante presa dell'aria esterna attraverso collettore tubolare sotterraneo ad aria non costituiscono, per definizione, metodi RDC ufficiali. Essi servono tuttavia allo stesso scopo.
(U) con strato igroscopico
SCT/SCTD scambiatore di calore a tubi / scambiatore di calore a tubi densi
* scambiatore AV con rivestimento speciale
CT condotta termica PC pompa di calore
1 Scambiatore di calore a rotazione ET12, RT10, PT10 2 Scambiatore di calore a rotazione ET7, PT5
3 Scambiatore a glicole 10RR / 2.5 mm, A (netta) = h•B 4 Condotta termica 6RR / 3.2 mm, diritta
* Dati del prospetto inverosimili Figura 4.3
Esempio di un paragone tra le prestazioni [4.8]
PERDITA DI PRESSIONE PER SCAMB. DI CALORE DPv [Pa]
VELOCITÀ DI AFFLUSSO SULLA SUPERFICIE NETTA [m/s]
INDICE DI RICUPERO DEL CALORE f[%]
Nella prassi le condizioni di spazio pongono spesso chiari limiti. Le limitazioni reali di spazio fanno in mo-do che il paragone debba essere relativizzato. Se, ad esempio, deve essere fatto un paragone tra la va-riante con sistema a circuito e la vava-riante a rotore, è opportuno chiedersi dapprima a quali velocità di af-flusso abbia luogo l'esercizio. In un apparecchio di ventilazione la velocità di afflusso sul rotore è di cir-ca 1.5-1.7 volte superiore a quella di un scir-cambiatore di calore a glicole, in cui lo spazio a disposizione vie-ne sfruttato in modo migliore. Questo aumento del-la velocità ha come conseguenza un minor rendi-mento del rotore (a causa della mancanza di spazio) dal 5 al 10%. Tali rapporti, non immediatamente ri-conoscibili al momento del lavoro di progettazione usuale, rendono necessario il paragone solo tra va-rianti concrete.
Per motivi economici lo scambiatore a piastre è pra-ticamente l'unica soluzione possibile nei piccoli im-pianti. Ma anche per questo sistema oggi mancano ancora dati di progettazione soddisfacenti. I fabbri-canti dovrebbero in particolare pubblicare dati più precisi per quanto riguarda il pericolo di gelo e le mi-sure da adottare a questo proposito [4.2].
Durante il lavoro pratico di progettazione l'ingegne-re RDC prosegue normalmente in modo graduale.
Uno strumento utile per i primi studi del sistema è costituito dalla curva della frequenza cumulativa del-le temperature del punto scelto (cfr. figura 4.4). Se sono in gioco anche processi di umidificazione e di deumidificazione la curva della frequenza cumulati-va è inoltre adatta nel caso dell'umidità assoluta che risulta dal rapporto probabile tra temperatura ed umi-dità. Al contrario del caso dell'impiego della curva della frequenza cumulativa per l'entalpia, sarà pos-sibile mostrare e giudicare in modo differenziato l'im-portanza di variazioni della temperatura e dell'umi-dità. I dati meteorologici per differenti luoghi della Svizzera si trovano in [4.14].
Umidificatore
Temperatura dell'aria viziata = 24°C Caso 1: temperatura mirata = 20°C
Caso 2: temperatura mirata = 12°C
Riscaldatore a calore residuo Zurigo-Kloten 24 h
t aria [°C]
t aria [°C]
Figura 4.4
Esempio di dimensionamento di un sistema RDC con curve della frequenza cumulativa della temperatura e dell'umidità
Nel caso 2 dell'esempio della figura 4.4 (temperatu-ra mi(temperatu-rata 12°C) un RDC di 50% è uguale (oppure per-fino leggermente migliore) di un RDC di 75% come nel caso 1, in cui l'aria deve essere riscaldata ad una temperatura mirata di 20°C.
In questo stadio i rendimenti dei componenti pos-sono essere utilizzati, sotto forma di valutazioni, con sufficiente esattezza. Questo lavoro di progettazio-ne sfocia non di rado in una rielaborazioprogettazio-ne di tutto il sistema e, di conseguenza, in un miglioramento delle condizioni limite per il RDC – se del caso con effetti che si ripercuotono anche sul progetto archi-tettonico.
Un vantaggio di questa tecnica di progettazione è co-stituito dal fatto che essa permette un paragone gra-fico dei gradi ore che risultano ogni anno per le di-verse possibilità di soluzione. La quantità di calore annuo viene calcolata moltiplicando i gradi ore per la capacità termica media. Qualora abbiano impor-tanza anche l'umidificazione e la deumidificazione, viene utilizzata in modo complementare anche la cur-va della frequenza cumulaticur-va per l'umidità assolu-ta, nel qual caso i grammi ora per anno esprimono la superficie equivalente.
Quando si hanno a disposizione questi studi è razio-nale prendere contatto con i fornitori dei singoli componenti. A seconda delle loro conoscenze e delle loro capacità tecniche essi potranno proporre un'ot-timizzazione più o meno fidata. È questo l'ultimo momento in cui il progettista ha la possibilità di chia-rire che nella seconda fase di progettazione, ossia durante la progettazione per l'esecuzione, possono essere considerati solo i componenti per i quali il pro-duttore è in grado di dare precise indicazioni:
– nel caso d'impianti da medi a grandi fanno parte di queste informazioni un'ottimizzazione detta-gliata e verificabile delle varianti d'esecuzione pos-sibili secondo criteri di ottimizzazione a scelta. In questo campo sono ad esempio compresi i circui-ti idraulici dei fluidi, le variazioni geometriche del-le lamine, del-le forme deldel-le piastre, del-le ondulazioni, del-le resistenze, l'utilizzazione di energia ausiliaria, gli ammortamenti, ecc.
– A ciò si aggiungono i dati concernenti la protezio-ne contro la corrosioprotezio-ne e la durata di vita che ci si può aspettare con l'influsso corrispondente della potenza e dei costi d'acquisto.
– A ciò si aggiungono inoltre anche i dati concer-nenti il fabbisogno di energia e l'inquinamento del-l'ambiente per la produzione e l'eliminazione dei componenti.
La figura 4.5 indica l'andamento dell'energia netta ri-cuperata in funzione dell'indice di ricupero del calo-re per due diverse temperatucalo-re limite. Nel caso del-l'impianto A il calore può essere sfruttato soltanto fi-no ad una temperatura di 12°C, poiché all'aria ester-na trattata si aggiunge ancora aria riciclata. Ciò si-gnifica che l'impianto RDC è in funzione solo a tem-perature esterne minori di circa 11°C. L'indice di ri-cupero del calore ottimale è per questo motivo f= 60%. Nel caso dell'impianto B il calore può tuttavia essere sfruttato fino ad una temperatura di 20°C. Da
ciò risulta un indice di ricupero del calore ottimale di f = 82%, che viene limitato a causa del fatto che l'aria di smaltimento non deve essere raffreddata ulteriormente a causa del pericolo di gelo.
Figura 4.5
Dipendenza dell'esecuzione ottimale dai settori di utilizza-zione [4.8]
RICUPERO DEL CALORE NETTO [kWh/a] ESECUZIONE SCELTA PERICOLO DI GELO
per TAAmax = 20°C
per TAAmax = 12°C
Un impianto RDC non dovrebbe mai essere definito solo con una potenza o un rendimento in uno solo punto d'esercizio, bensì mediante l'energia netta ri-cuperata annualmente. Occorre tener conto di que-sto fatto al momento della messa al bando (cfr.
[4.21]).