principi di base negli impianti di climatizzazione idronici residenziali

1. IDRONICA BASE

2. NOZIONI BASE
2
PRESSIONE
La pressione misura la forza su una determinata superficie
F
S
L’unità di misura nel Sistema Internazionale
(SI) è il Newton su metro quadro N/m2 e
corrisponde al Pascal (Pa)
CONVERSIONE
100.000 Pa = 1 bar
100.000 Pa = 0,98692 atm
100.000 Pa = 750,06 mmHg
100.000 Pa = 10.207 mmH20

3. NOZIONI BASE
3
FLUSSO
E’ il volume di fluido che
attraversa una superficie
nell’unita’ di tempo, in molti
casi viene chiamato portata. A
seconda del tipo di flusso si
usano diverse unità di misura
PORTATA
m  v*A La portata di massa si calcola come la velocità per
l’area attraversata (si esprime in m3/s)
CONVERSIONE
1 m3/s = 2188,89 cfm
1 m3/s = 3600 m3/h
1 m3/s = 1000 l/s

4. NOZIONI BASE
4
ALTRE CONVERSIONI
POTENZA
1kW = 3413 Btu/h 1kW = 860 frig/h
1ton = 12.000 btu/h
LUNGHEZZA
1” = 25,4 cm
1ft = 0,3048 m
ENERGIA
1 Btu = 1055,056 J 1 cal = 4,1868 J

5. NOZIONI BASE
5
FORMULA PER IL CALCOLO DELLA POTENZA FRIGORIFERA DATA
DA UNA CERTA PORTATA D’ACQUA SOTTOPOSTA AD UN
DETERMINATO SALTO TERMICO
[ / ]* [ ]
0,239
[ ]
m l s T C
P kW
 


P[kcal / h]  m[l / h]*T[C]

6. NOZIONI BASE
6

7. NOZIONI BASE
7

8. NOZIONI BASE
8

9. NOZIONI BASE
9

10. NOZIONI BASE
10

11. NOZIONI BASE
11

12. NOZIONI BASE
12

13. IMPIANTO IDRONICO
13

14. IMPIANTO IDRONICO
14
IMPIANTO A RITORNO DIRETTO:

15. IMPIANTO IDRONICO
15
IMPIANTO A RITORNO INVERSO:

16. IMPIANTO IDRONICO
16
IMPIANTO A COLLETTORI:

17. CHILLER - CALDAIA
17
Cuore dell’impianto:
serve a riscaldare (caldaia) o
raffreddare (chiller) l’acqua che poi
servirà le varie utenze.
Per selezionare la caldaia o il chiller
serve conoscere la potenza massima
richiesta, la potenza minima richiesta
e le temperature di funzionamento.

18. CHILLER
18
SI DISTINGUONO PER SISTEMA DI CONDENSAZIONE
CONDENSATI AD ARIA
CONDENSATI AD ACQUA
EVAPORATIVI

19. CHILLER
19
SI DISTINGUONO PER SISTEMA DI CONDENSAZIONE
CONDENSATI AD ARIA
CONDENSATI AD ACQUA
EVAPORATIVI

20. CHILLER
20
SI DISTINGUONO PER SISTEMA DI CONDENSAZIONE
CONDENSATI AD ARIA
CONDENSATI AD ACQUA
EVAPORATIVI

21. CHILLER
21
COMPONENTI DI UN CHILLER:
COMPRESSORE
CONDENSATORE (AD ARIA, AD ACQUA, A PIASTRE, EVAPORATIVI…)
VALVOLA DI ESPANSIONE (CAPILLARE, TERMOSTATICA, ELETTRONICA)
EVAPORATORE (PIASTRE, FASCIO TUBIERO, TUBI CONCENTRICI..)
SICUREZZE (PRESSOSTATI, VALVOLE DI SICUREZZA, KLIXON…)
VARIE (FILTRI, COMPONENTI ELETTRONICI, GRUPPO IDRAULICO…)

22. CHILLER
22
PER FUNZIONARE L’IMPIANTO RICHIEDE CHE SIA GARANTITA
UNA MINIMA PORTATA D’ACQUA
UN FLUSSO ECCESSIVO D’ACQUA
NELL’EVAPORATORE PUO’ CAUSARE
VIBRAZIONI, EROSIONI, RUMORI.
UN FLUSSO TROPPO BASSO INVECE PUO’
CAUSARE UN CATTIVO SCAMBIO TERMICO,
PERDITA DI EFFICIENZA E POSSIBILI
GHIACCIAMENTI.

23. CHILLER
23
PER FUNZIONARE EFFICIENTEMENTE L’IMPIANTO RICHIEDE
CHE SIA GARANTITA UNA DETERMINATA PORTATA D’ACQUA
I PRODUTTORI DI CHILLER FORNISCONO LE
TABELLE DI RESA DELLE MACCHINE IN BASE
ALLA TEMPERATURA IN USCITA DELL’ACQUA E AL
SALTO TERMICO DELL’ACQUA ALL’INTERNO
DELL’EVAPORATORE.
IN BASE A TALI DATI SI RICAVA QUAL’E’ LA
PORTATA DA FORNIRE AL CHILLER

24. TERMINALI
24
Viene definito terminale qualsiasi
scambiatore abbia il compito di
trasferire calore tra l’ ambiente e il
circuito idronico secondario (fan
coil, UTA, cassette, termosifoni).

25. TUBAZIONI
25
Posso essere di materiale vario,
ferro, acciaio, rame, materiale
plastico o multistrato.
Devono essere dimensionate in
base alla portata d’acqua dei vari
componenti e in modo da tenere la
velocità del fluido a valori corretti.

26. DILATAZIONE TERMICA
26
Le dimensioni di un corpo aumentano o diminuiscono a
variare della sua temperatura
E’ importante tenere sotto controllo le dilatazioni
termiche lineari dei tubi che trasportano fluidi ad
alta temperatura.
L’acqua aumenta il proprio volume man mano
che la temperatura si discosta dai 4°C, per cui è
sempre necessario prevedere dei vasi di
espansione per compensare le dilatazioni

27. DILATAZIONE TERMICA
27
Negli impianti “limitati” la dilatazione è assorbita
dall’elasticità naturale dell’impianto stesso

28. DILATAZIONE TERMICA
28
Negli impianti a grande sviluppo serve inserire dei
compensatori che possono essere naturali (curve dei tubi) o
artificiali (a soffietto, a telescopio, a tubo flessibile)

29. ISOLANTI PER TUBAZIONI
Un buon materiale isolante deve avere le seguenti proprietà:
Basso coefficiente di conducibilità;
Comportamento al fuoco conforme alle norme di sicurezza
Inorganicità
Non aggressività chimica
Basso calore specifico
Durata
Facilità di posa in opera.
29

30. VALVOLE
30
Le valvole hanno il
compito di regolare,
bilanciare o chiudere
una parte del circuito
idraulico

31. ALTRO
31
STRUMENTI DI MISURA
FILTRI
SFIATI
TORRI EVAPORATIVE
INERZIE TERMICHE

32. POMPE E CIRCOLATORI
Qualora si utilizzi un refrigeratore sprovvisto di
modulo idraulico è necessario tenere in stretta
considerazione la portata idrica e la prevalenza
richieste dal sistema per dimensionare
correttamente i circolatori.
Anche in presenza di modulo idraulico è
opportuno verificare la sufficiente portata della
pompa.
32

33. POMPE E CIRCOLATORI
33
PREVALENZA
La prevalenza di una pompa è l’incremento di
energia che la pompa è in grado di cedere
alla massa di liquido tra l’ra l’ingresso e
l’uscita della pompa.
Viene di solito espressa, come la pressione, in
bar, in kPa o in metri di colonna d’acqua e fa
riferimento alla formula:
c c
H z z u i u i
g
p p
u i g
2
2 2 


  


34. POMPE E CIRCOLATORI
Girante: con la sua rotazione
crea le condizioni per il moto
del fluido
Chiocciola: raccoglie l’acqua
proveniente dalle varie pale
della girante.
34
Diffusore: trasforma l’energia
cinetica in energia di pressione

35. POMPE E CIRCOLATORI
Elettropompe: il motore elettrico
è esterno al corpo pompa.
Il motore elettrico è collegato alla
girante per mezzo di un albero di
trasmissione. La tenuta idraulica
fra l’albero e il corpo della pompa
è assicurata da appositi supporti
meccanici o da premistoppa.
35
Queste pompe lavorano in un
ampio campo di prevalenze e
portate.

36. POMPE E CIRCOLATORI
Circolatori: il motore viene
alloggiato nel corpo della
pompa.
Il motore dei circolatori è
spesso ad avvolgimento
multiplo e quindi queste
pompe possono funzionare a
diverse velocità.
36

37. POMPE E CIRCOLATORI
37
Per stabilire il funzionamento di una pompa bisogna
conoscerne la portata e la prevalenza.
Queste due grandezze sono in relazione tra loro e vengono
rappresentate su diagrammi chiamati “curve caratteristiche”.

38. CARATTERISTICA DI UNA ELETTROPOMPA
38
Le varie curve disegnate
dipendono dal numero di
giri del motore.

39. POMPE IN SERIE
Stessa portata
Prevalenza sommata
39

40. POMPE IN PARALLELO
40
Stessa prevalenza
Portata sommata

41. RENDIMENTO DI UNA POMPA
E’ il rapporto fra la potenza resa dalla pompa e la potenza da
essa assorbita.
E’ possibile
individuare
la zona in cui la
pompa funziona
in condizioni
ottimali.
41

42. NPSH
42
Net Positive Suction Head
Pressione minima che deve essere garantita, all’ingresso
della pompa, per evitare fenomeni di cavitazione.
I fenomeni di cavitazione sono causa di elevata rumorosità e
possono provocare anche la rottura delle giranti.

43. POMPA - IMPIANTO
Il punto di funzionamento di una pompa applicata ad un
impianto è dato dalla intersezione tra la curva caratteristica
della pompa e la curva di resistenza dell’impianto.
43

44. LIQUIDI ANTIGELO
44
liquidi che, aggiunti all’acqua, possono abbassarne
sensibilmente il punto di congelamento.
MAGGIORAZIONE IN % PERDITE DI CARICO
CONCENTRAZIONE
VOLUMETRICA DI
GLICOLE ETILENICO
TEMPERATURA DI
PROTEZIONE °C
TUBI RAME E PLASTICA TUBI IN ACCIAIO
15% -5 1,08 1,06
20% -8 1,11 1,08
25% -12 1,15 1,1
30% -15 1,19 1,12
35% -20 1,23 1,14
40% -25 1,26 1,16
45% -30 1,3 1,18

45. PERDITE DI CARICO
Sono le perdite di carico (o di pressione) che un fluido, in moto
attraverso un condotto, subisce a causa delle resistenze
continue; a causa degli attriti dovuti alla rugosità del condotto.
45

46. PERDITE DI CARICO CONTINUE
46
Sono le perdite di carico
nei tratti di tubo
rettilinei.
Si possono calcolare
tramite formule oppure si
ricavano da diagrammi.

47. PERDITE DI CARICO LOCALIZZATE
Sono le perdite di carico
date dalle curve,
confluenze, diramazioni
o da tutti i componenti
presenti nell’impianto
che danno una
resistenza specifica al
passaggio dell’acqua. Si possono calcolare tramite formule
47
oppure si ricavano da diagrammi.

48. PERDITE DI CARICO TOTALI
48
Sono le perdite di carico (o pressione) che un fluido, in
moto attraverso un condotto, subisce a causa delle
resistenze continue e localizzate.
Il valore così ottenuto dipende da parametri variabili come:
il diametro delle tubazioni
la viscosità
la rugosità
la messa in opera
lo sviluppo della rete di distribuzione

49. PORTATA DI BILANCIAMENTO
49
E’ la nuova portata che si ottiene variando la prevalenza
applicata ad un circuito.
La portata di bilanciamento si può calcolare, con buona
approssimazione, mediante la formula:
0,525
1


H
1 

 
H
Q Q
Q1 = portata di bilanciamento (nuova portata)
H1 = nuova prevalenza del circuito
Q = portata del circuito da bilanciare
H = prevalenza del circuito da bilanciare

50. VALVOLE DI INTERCETTAZIONE
50
VALVOLE A SARACINESCA
Queste valvole intercettano i fluidi mediante un otturatore
a forma di cuneo che scorre in apposite guide come una
saracinesca.

51. VALVOLE DI INTERCETTAZIONE
Queste valvole intercettano i fluidi mediante un otturatore
tronco-conico a foro passante.
L’azione di apertura e di chiusura si ottiene ruotando
l’otturatore di un quarto di giro.
51
VALVOLE A SFERA

52. VALVOLE DI INTERCETTAZIONE
52
VALVOLE A FARFALLA
Sono valvole che intercettano i fluidi mediante un
otturatore a disco di forma lenticolare.
L’azione di apertura e di chiusura si ottiene ruotando
l’otturatore di un quarto di giro.

53. VALVOLE DI RITEGNO
53
VALVOLE A BATTENTE O A CLAPET
Sono caratterizzate dall’avere un
otturatore a battente (o a clapet)
incernierato al corpo valvola.
Il flusso normale mantiene aperto
il battente, mentre il suo peso e il
contro-flusso lo mandano in
chiusura.

54. VINCOLI DEI TUBI
Sono dispositivi meccanici che servono ad equilibrare le forze
che normalmente agiscono sulle reti di distribuzione.
54
Forze di natura statica sono il peso proprio dei tubi, il peso del
fluido in essi contenuto e il peso di eventuali apparecchiature e
accessori
Forze di natura dinamica sono, invece, quelle che derivano dalle
dilatazioni termiche dei tubi.

55. PUNTI FISSI
55
Sono vincoli che bloccano le tubazioni in modo da
impedire qualsiasi movimento.

56. GUIDE
56
Sono vincoli che consentono alle tubazioni di
muoversi solamente lungo una direzione prefissata.

57. APPOGGI E SOSTEGNI
57
Sono vincoli che lasciano alle tubazioni la possibilità di
muoversi assialmente e lateralmente.

58. IMPIANTI A COLLETORI
58
Sono costituiti principalmente da:
Chiller o caldaia,
Rete principale con relative derivazioni,
Collettori,
Circuiti interni,
Terminali di climatizzazione.

59. IMPIANTI A COLLETORI
59
VANTAGGI
1. Possibilità di realizzare impianti a zone.
2. Facile posa in opera dei tubi.
3. Elevata resa termica dei corpi scaldanti.
4. Buon funzionamento delle valvole termostatiche.
5. Uniformità nella messa a regime dei corpi scaldanti e nel
mantenimento della temperatura ambiente.

60. IMPIANTI A COLLETORI
60
SVANTAGGI
1. L'esigenza di dover realizzare circuiti indipendenti per
ogni terminale.
2. Il maggior impegno richiesto per l'assistenza muraria.

61. COLLETTORI
Disporre i collettori in zona
baricentrica rispetto ai terminali da
servire
Il collettore deve essere posta in una
posizione che permetta interventi di
ispezione, manutenzione e
riparazione
61
Le cassette dei collettori devono
avere aperture di ventilazione se al
loro interno ci sono componenti
sensibili alle alte temperature
(sonde, valvole elettrotrermiche)

62. COLLETTORI
62
CIRCUITI INTERNI
Fare in modo da avere i percorsi dei tubi che non
interferiscano con quelli delle tubazioni sanitarie
Cercare di far passare i tubi dove sono previste le porte

63. DIMENSIONAMENTO
63
PASSI FONDAMENTALI
CALCOLO DEI CARICHI TERMICI
SCELTA DEL TIPO DI IMPIANTO
SCELTA DEI COMPONENTI FONDAMENTALI DI IMPIANTO
DIMENSIONAMENTO DI TUTTTI GLI ALTRI COMPONENTI
VERIFICA E CORREZIONE

64. SCELTA DEI COMPONENTI FONDAMENTALI
64
UNITA’ TERMINALI
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.

65. SCELTA DEI COMPONENTI FONDAMENTALI
65
UNITA’ TERMINALI
Una corretta scelta di questi corpi scaldanti, richiede
l’esame dei seguenti fattori:
potenza termica e portata d’aria dei ventilconvettori,
capacità di deumidificazione,
temperatura di uscita dell’aria,
livello sonoro.

66. SCELTA DEI COMPONENTI FONDAMENTALI
66
UNITA’ TERMINALI
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
40% 45% 50% 55% 60% 65% 70%
U.R.
Re
5°C min 5°C med 5°C max 7°C min 7°C med
7°C max 10°C min 10°C med 10°C max

67. SCELTA DEI COMPONENTI FONDAMENTALI
67
UNITA’ TERMINALI
ATTENZIONE:
Ilocali medio o grandi è bene suddividere la potenza totale
su più fancoil;
Se a pavimento è consigliabile installare i fan coil sotto le
finestre;
In fase di riscaldamento è bene che la temperatura di
uscita aria non superi i 50°C

68. SCELTA DEI COMPONENTI FONDAMENTALI
68
CHILLER
La scelta del chiller dipende dal carico massimo e minimo che
deve fornire all’impianto.
E’ importante rispettare la portata minima e massima
indicate dal costruttore in modo da evitare rumori, erosioni o
ghiacciamenti.

69. DIMENSIONAMENTO
69
CIRCUITO IDRAULICO SEMPLICE
1. Si dimensiona l’ultimo circuito secondario in base alla portata richiesta
2. Si dimensionano gli ultimi tronchi del circuito principale
3. Si dimensiona il penultimo circuito secondario in base alla portata
richiesta
4. Si dimensionano i penultimi tronchi del circuito principale
5. Si dimensionano gli altri circuiti secondari e gli altri tronchi del circuito
principale:

70. VALVOLE DI TARATURA
L’otturatore deve essere in grado
di assicurare un flusso regolare e
70
uniforme
Lo stelo deve avere riferimenti di
lettura atti a consentire un preciso
posizionamento e controllo
dell’otturatore.
Le prese di pressione devono
essere poste in zone a bassa
turbolenza

71. AUTOFLOW
Tale regolatore - mosso dalla
spinta del fluido e dalla
controspinta di una molla a
spirale - deve assicurare
automaticamente portate
pressoché costanti entro un
ampio campo di pressioni
differenziali
71

72. VALVOLE DI SOVRAPRESSIONE
Sono valvole che consentono di
72
realizzare by-pass atti ad
impedire che la pressione
differenziale fra due punti di
un circuito superi un
determinato valore

73. SCELTA DELLA POMPA
73
La scelta di una elettropompa deve essere fatta in modo
che il suo punto di lavoro risulti:
1. vicino al punto di funzionamento teorico del circuito;
2. interno alla zona di rendimento ottimale della pompa
stessa.

74. SCELTA DELLA POMPA
74
E’ necessario prevedere la messa in opera delle elettropompe con:
valvole di intercettazione
giunti antivibranti (solo per pompe medio-grandi)
manometri, da installare prima e dopo ogni pompa:
una diminuzione della pressione differenziale segnala che la
girante è logora o che i passaggi tra le palette sono ostruiti
l'oscillazione degli indici è generalmente segno della presenza
di aria nell'impianto.

75. ALTRI ACCESSORI DI IMPIANTO
75
VASO DI ESPANSIONE
L’acqua espande secondo la formula:
V = V0x(e-e0)
Dove:
V0 è il volume a 4°C
e-e0 sono i coefficienti di espansione
alle temperature iniziale e finale per
l’acqua.

76. ALTRI ACCESSORI DI IMPIANTO
76
VASO DI ESPANSIONE
A membrana
Autopressurizzati
Pressurizzati
Per i vasi di espansione a membrana le norme ISPESL
prevedono l’uso della seguente formula:
 
 l F 
V e e
V
 
0 0

V 1 P /
P

VV = volume del vaso di espansione, l
V0 = contenuto di acqua dell’impianto, l
e = coef. di espansione dell’acqua alla temp.
finale,
e0 = coef. di espansione dell’acqua alla
temp. iniziale,
PI = pressione assoluta di carica del vaso, bar
PF = pressione assoluta max di esercizio
riferita al vaso, bar

77. ALTRI ACCESSORI DI IMPIANTO
77
ACCUMULI VOLANI TERMICI
Servono a fornire caldo o
freddo a caldaia o chiller
spento oppure per gestire i
picchi di richiesta termica
ad acqua
a menbrana
a labirinto
a celle
a ghiaccio
a serpentina sommersa
a sfere
turbo
Servono a limitare il numero di
spunti del compressore e si
calcolano valutando la quantità
minima di acqua per l’impianto
Litri impianto = 50 x P[kW]
La formula è per chiller con
1,5°C di isteresi sull’accensione
del compressore e con al
massimo 5 spunti all’ora

78. ALTRI ACCESSORI DI IMPIANTO
E’ opportuno rivestire tutte le tubazioni e tutti i
componenti che contengono acqua con materiali termo-isolanti,
78
in modo da evitare formazioni di condensa e
inutili scambi termici indesiderati.
E’ obbligatorio interporre tra il gruppo
frigorifero e le tubazioni dei giunti elastici
per evitare la propagazione delle
vibrazioni e la conseguente rottura delle
tubazioni. Installare inoltre il gruppo su
supporti antivibranti.

79. ALTRI ACCESSORI DI IMPIANTO
79
Tutti i componenti elettrici del sistema devono
essere adeguatamente protetti da interruttori
magnetotermici dimensionati in base
all’assorbimento del componente specifico.
I cablaggi elettrici devono essere dimensionati
anch’essi in base all’ assorbimento del componente
che collegano.
Nel caso si effettuino collegamenti di pannelli di
controllo remoti, è opportuno utilizzare cavi di
sezione adatta e schermati, evitando di farli passare
dentro guaine contenenti cablaggi di alta tensione.

80. PREPARAZIONE IMPIANTO
80
Una volta terminati i lavori di assemblaggio
del circuito idronico è opportuno mettere
sotto pressione le tubazioni per verificare
che non ci siano perdite.
Riempire quindi il circuito di acqua ad una
pressione di 4 bar.
Verificare sul manometro che la pressione
rimanga invariata per il maggior tempo
possibile.

81. PREPARAZIONE IMPIANTO
81
Prima di procedere all’avviamento di un circuito
frigorifero è opportuno accendere tutti i circolatori
e aprire le valvole di sfiato aria per eliminare
eventuali bolle rimaste dentro le tubazioni.
In caso si abbia a che fare con terminali dotati di
valvole deviatrici, è opportuna fare circolare il
fluido sia a terminali disattivati sia a terminali
accesi.

82. IMPIANTI A PORTATA COSTANTE
82
VALVOLE A DUE VIE
ON - OFF MODULANTI
La valvola chiude
quando viene raggiunta
la temperatura in
ambiente, riapre
quando c’è di nuovo
richiesta dall’ambiente.
Man mano che la
temperatura in ambiente si
avvicina a quella impostata
la valvola chiude
parzialmente il passaggio
all’acqua in modo da
diminuire la potenza del
terminale

83. IMPIANTI A PORTATA COSTANTE
83
VALVOLE A DUE VIE

84. IMPIANTI A PORTATA COSTANTE
84
VALVOLE A DUE VIE: ATTENZIONE!
Negli impianti piccolI l’incremento delle pressioni
differenziali può essere tenuto sotto controllo con un
limitatore di pressione posto alla base del circuito.
Negli impianti medio-grandi l’incremento delle pressioni
differenziali deve essere tenuto sotto controllo non solo alla
base, ma anche lungo lo sviluppo del circuito.

85. IMPIANTI A PORTATA COSTANTE
85
VALVOLA A TRE VIE
ON - OFF MODULANTI
La valvola devia sul by-pass
quando viene
raggiunta in ambiente
temperatura impostata,
il by-pass deve fornire
la stessa perdita di
carico del terminale
Man mano che la
temperatura in ambiente si
avvicina a quella impostata
la valvola devia
parzialmente il flusso
all’acqua in modo da
diminuire la potenza del
terminale

86. IMPIANTI A PORTATA COSTANTE
86
VALVOLA A TRE VIE
MISCELATRICI DEVIATRICI
Le valvole a tre vie asservite ad una regolazione on-off
possono lavorare indifferentemente da deviatrici o
miscelatrici, le valvole a tre vie modulanti lavorano
meglio come miscelatrici.