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UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO FACOLTÀ DI INGEGNERIA CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA CIVILE TESI DI LAUREA CONFRONTO PRESTAZIONALE ED ECONOMICO TRA IMPIANTI.

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1 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO FACOLTÀ DI INGEGNERIA CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA CIVILE TESI DI LAUREA CONFRONTO PRESTAZIONALE ED ECONOMICO TRA IMPIANTI DI RISCALDAMENTO TRADIZIONALI E A PANNELLI RADIANTI RELATORE:CANDIDATO: Ch.mo Prof. Ing.Vincenzo Pascale Gennaro CuccurulloMatr.: 063/ ANNO ACCADEMICO 2008/09

2 Premessa: gli impianti a pannelli radianti Gli impianti a pannelli radianti presentano prerogative favorevoli: basse temperature minori consumi libertà architettonica migliore benessere negli ambienti serviti ciò, unitamente alla raggiunta maturità installativa (componenti, materiali), ha prodotto un trend estremamente positivo anche in Italia per la quantità di impianti installata Daltra parte, ci sono difficoltà nel sintetizzare le curve prestazionali dovute a: maggiore complessità dello scambio termico in gioco complessità della geometria influenza delle condizioni al contorno Scopi ed obiettivi Studio della norma valutazione economica comparativa con diverse tipologie tradizionali di impianto in particolare si è preso in considerazione un caso reale: Chiesa di Gesù Redentore e relativo complesso parrocchiale in costruzione a SantAntonio Abate (NA). È stato scelto tale complesso per la diversità della destinazione duso degli ambienti riscaldati In risposta: la recente norma UNI EN 1264, caratterizzazione prestazionale basata su modelli semi-empirici.

3 isolante/supporto tub. massetto isolante tubazione rete antiritiro banda perimetrale consiste in una tubazione a spirale entro cui circola l'acqua calda/fredda i circuiti vengono alimentati da uno o più collettori di distribuzione i circuiti sono annegati nel massetto portante del pavimento dei locali da servire Lisolante ha varie funzioni: supporto della tubazione contenere le dispersioni verso il piano inferiore ridurre linerzia termica del pavimento riscaldante NO corpi scaldanti, lintero pavimento/soffitto li sostituiscono da un punto di vista funzionale. Impianto a pannelli radianti (1/2) Collettore di distribuzione solaio

4 Elementi comparativi con altre tipologie di terminali Impianto a pannelli radianti (2/2) P ROPRIETÀ R ADIATORE V ENTIL CONVETTORE P ANNELLI R ADIANTI Benessere termico Qualità dell'aria Condizioni igieniche Rispetto delle forme originali degli ambienti e libertà di arredo Possibilità di abbinamento a fonti energetiche alternative a basse temperature Economia di installazione Economia di esercizio Flessibilità di regolazione Semplicità progettuale Curva del benessere termico

5 Norma UNI EN 1264: Riscaldamento a pavimento - Impianti e componenti La curva di base ha come obiettivo la caratterizzazione del flusso termico superficiale e ne consente la correlazione alla T del pavimento Parametro chiave ai fini del benessere in ambiente. q [W/m 2 ] 9

6 Potenza termica scambiata da una sup. orizzontale Superficie infinita Letteratura Ashrae semplificato Aliquota convettiva Legge di Newton Aliquota radiativa Legge di Stefan – Boltzmann 200 q [W/m 2 ]. Daltra parte la T pav non è una variabile indipendente, è legata alla geometria, ai materiali e alla temperatura media dellacqua in circolo….

7 Curva caratteristica prestazionale dove: Bè il coefficiente caratteristico dellimpianto in W/(m 2 · K); a B è il fattore di rivestimento del pavimento in funzione di R λ,B e di λ E a P è il fattore di passo in funzione di R λ,B a U è il fattore di ricoprimento in funzione di P e di R λ,B a D è il fattore del diametro esterno del tubo in funzione di P e di R λ,B P=15 cm D T = T M -T R = 5K

8 Emissione areica limite dove: B G è un coefficiente funzione di s u, P e λ E f è il fattore di conversione per i valori di T pav,max e T a con = Δ T 0 = 9 K Lintersezione della curva caratteristica di base con la curva limite prestazionale è data dalla seguente equazione:

9 Curve caratteristiche quantitative elaborate su un caso tipo (1/2) Curve caratteristiche prestazionali e limite Dipendenza dellemissione areica dal passo..

10 Curve caratteristiche quantitative elaborate su un caso tipo (2/2) Verifica della T pav

11 Temperatura superficiale del pavimento in funzione della temperatura di mandata T pav 29°C zona soggiornale T pav 35°C zona marginale 29

12 Determinazione della portata di progetto Equazione di bilancio dellenergia TaTa TbTb RaRa RbRb RbRb TcTc ququ. q imp. qpqp.

13 Caso studio: Chiesa di Gesù Redentore e complesso parrocchiale Zona aule ventilconvettori Zona sagrestia pannelli radianti Livello 2 Zona aule ventilconvettori Zona WC radiatori Livello 1 Livello 3 Zona Casa canonica Radiatori Zona casa canonica Pannelli radianti

14 Posa dei circuiti Livello 1 Livello 2 Per ampie superfici bisogna prevedere dei giunti di dilatazione nel massetto

15 Giunto di dilatazione Giunti di dilatazione servono a consentire la dilatazione termica del massetto la dimensione massima dell'area contenuta tra i giunti di dilatazione è di 40m 2, e comunque a dimensione massima del lato non può superare gli 8m lineari, evitare aree tra i giunti con rapporto tra i lati inferiore a 1:2, la larghezza minima del giunto di dilatazione è di 8mm, passare attraverso un giunto di dilatazione con le adduzioni e mai con parte di un circuito. proteggere il tubo che passa sul giunto con un tubo in plastica corrugato, non estendere mai la rete di rinforzo sopra un giunto di movimento.

16 Collocazione in SantAntonio Abate

17 Dimensionamento impianto i.e. costi iniziali ZonaSuperficieVolumePotenza [m 2 ][m³][W] Casa canonica Aule Livello Chiesa Salone Aule Livello Radiatori Livello Radiatori Livello Sagrestia Totale T alim radiatori = 70°C T alim ventilconvettori = 45 / 70 °C T alim pannelli = 38 °C T alim radiatori = 70°C T alim ventilconvettori = 45 / 70 °C T alim pannelli = 38 °C T e,min =0°C

18 Fabbisogno energetico edificio GENFEBMARAPRMAGGIULUGAGOSETOTTNOVDIC 10,510,613,216,019,524,126,726,523,819,615,512,1 Valori medi mensili della temperatura media giornaliera dellaria esterna [°C] Zona climatica C periodo di riscaldamento: 15 novembre - 31 marzo (no accumulo) casa canonica costi di esercizio Maggiori costi rispetto a quelli legati al mero fabbisogno delledificio in quanto si tiene in conto delle perdite lungo il percorso dellenergia dalla fase di produzione a quella di distribuzione- erogazione rendimenti

19 I rendimenti FEI e r d e FEE fabbisogno energetico edificio FEI fabbisogno energetico impianto e rendimento medio stagionale di emissione ; r rendimento medio stagionale di regolazione d rendimento medio stagionale di distribuzione p rendimento medio stagionale di produzione rendimento medio stagionale globale g = e. r. d. p I 4 rendimenti dipendono da fattori ricollegabili alla tecnica impiantistica (scelta della tipologia di impianto e dei relativi componenti) p p =Q u /FEI e =Q u /Q r d =Q u /(Q u+ Q p ) r =Q u /Q r FEE Quanto calore si perde lungo la tubazione?

20 Il problema studiato prevede: profilo di velocità sviluppato (parabolico) funzione della sola coordinata R profilo di temperatura che si sta sviluppando funzione di X e di R con scambio convettivo alla parete le due assunzioni precedenti sono giustificate dallessere il numero di Prantl = / >>1 per lacqua: ciò comporta che lo strato limite dinamico si sviluppa prima di quello termico la struttura della soluzione in termini adimensionali è del tipo: t(x,r) = (T-T w )/(T i -T w ) = n C n n (r) exp( 2 2 x) Flusso termico lungo una tubazione (1/2) i risultati sono plottati in figura per un tubazione di diametro 1 cm isolata secondo legge e per due collocazioni diverse una interna ed una esterna con riferimento ad una lunghezza tipica di 20 m si nota come sia limitato labbassamento di temperatura, ciò autorizza luso del modello 1D si nota che la temperatura dellacqua può comportare notevoli dispersioni stante lelevato valore della capacità termica di questa e se le portate massiche sono elevate b) esterno a) interno

21 T e temperatura esterna T f temperaura fluido D 1 diametro tubazione Rraggio esterno isolante Llunghezza del tubo Q p calore disperso TeTe TfTf raggio medio logaritmico dove resistenza termica dellisolante Flusso termico perso lungo la tubazione Si può valutare il rendimento di distribuzione Flusso termico lungo una tubazione (2/2) QpQp

22 I rendimenti RendimentiPannelliRadiatori Fan-Coil (bassa temp.) Fan-Coil (alta temp.) ηeηe Emissione0,970,960,98 ηrηr Regolazione0,940,920,94 ηdηd Distribuzione 0,870,770,850,77 ηpηp Produzione1,020,901,020,90 ηgηg Globale0,8090,6120,7990,638 Fabbisogno energetico impianto Metano: PCI=34,02 MJ/kg, ρ=0,71 kg/m 3, prezzo = 0,40 /m 3 Funzionamento 4h/giorno FEI [MJ]Vol Metano [m 3 ]Costo Pannelli Radianti3391,3140,4 56,2 Fan-Coil bassa temp.4512,9186,8 74,7 Radiatori5522,7228,6 91,5 Fan-Coil alta temp5718,4236,7 94,7 Funzionamento 12h/giorno Pannelli Radianti9495,6377,3 150,9 Fan-Coil bassa temp ,9498,3 199,3 Radiatori15242,5605,8 242,3 Fan-Coil alta temp15884,5631,5 252,6 Fabbisogno energetico annuale di un aula e relativi costi di esercizio.

23 Costi di esercizio annuali Casa CanonicaPannelli Radianti 739,07 447,30 12h = clima rigidoRadiatori 1.186,38- Zona Tipologia di impianto Costi Esercizio Risparmio energetico Casa CanonicaPannelli Radianti 263,95 165,89 4h= clima mite Esempio: salerno Radiatori 429,85 - Configurazione radiatori Configurazione pannelli radianti

24 Costi di esercizio annuali Zone Livello 2Pannelli Radianti 810,36 545,24 (8h)Fan Coil Bassa Temp 1.069,82 285,77 Fan Coil Alta Temp 1.355,60 - ZonaTipologia di impiantoCosti Esercizio Risparmio energetico Zone Livello 2Pannelli Radianti 434,12 297,90 (4h)Fan Coil Bassa Temp 577,71 154,32 Fan Coil Alta Temp 732,02- Configurazione fan coil Configurazione pannelli radianti Ai costi di esercizio bisogna contrapporre i costi di impianto

25 Costi di impianto Pannelli Radianti 9.474,03 Radiatori 6.039,94 Costi di impianto casa canonica Pannelli Radianti ,04 Fan Coil bassa temp ,62 Fan Coil alta temp ,62 Costi di impianto Livello 2 TARIFFADESIGNAZIONE DEI LAVORIU.M.quantitàIMPORTI unitarioTOTALE NP 001 Pannello in polistirene espanso, prodotto con sistema ad iniezione a stampo unico, autoestinguente, riciclabile, senza CFC. SPESSORE ISOLAMENTO 35 mm m2m2 16,04 Livello Livello Livello Totale ,75 NP 002 Tubo in polietilene mod. PEX-b reticolato con tecnologia a silani, caratterizzato da qualità superiori di resistenza alla pressione. Fornito con barriera allossigeno in EVOH. MM 17X2 m 2,28 Livello Livello Livello 3874 Totale ,66 NP 016 Gruppo compatto di regolazione mod. PREMIX V-MAX BASSA TEMPERATURA ideato appositamente per la termoregolazione degli impianti radianti a punto fisso. 8 vie cad 1.359,10 Livello 2 1 Totale ,10

26 Confronto economico Aula liturgica e salone Aule Sagrestia e ufficio Casa canonica Casa Canonica (12h)Costi ImpiantoDifferenzaCosti EsercizioRisparmio energ.Tempo Pannelli Radianti 9.474, , Radiatori 6, , Zona Livello 2 (4h)Costi ImpiantoDifferenzaCosti EsercizioRisparmio energ.Tempo Pannelli Radianti 13, , Fan Coil Bassa Temp 11, Fan Coil Alta Temp 10, Zona Livello 2 (8h)Costi ImpiantoDifferenzaCosti EsercizioRisparmio energTempo Pannelli Radianti 13, , Fan Coil Bassa Temp 11, , Fan Coil Alta Temp 10, , Pannelli radianti Ventilconvetori Pannelli radianti ZonaSoluzione adottata

27 Conclusioni I rendimenti rappresentano un metodo semi-empirico per valutare il fabbisogno energetico e si dimostra tipicamente più alto allaumentare del tempo di accensione dellimpianto. Il rendimento di distribuzione è tale per cui si è praticamente autorizzati a utilizzare modelli semplici unidimensionali per il calcolo delle dispersioni nelle tubazioni. Le zone dove è dobbligo l'utilizzo degli impianti a pannelli radianti, per le loro evidenti peculiarità, sono laula liturgica e il salone. Mentre, per le altre zone, la scelta dei pannelli radianti comporta un recupero del maggior costo, rispetto agli impianti tradizionali, in diversi anni. Il tempo di ritorno si riduce all'aumentare delle ore di funzionamento dell'impianto a pannelli radianti come in caso di clima rigido. Il criterio economico non è l'unico a determinare le scelte del progettista o dell'utente visto che tali impianti enfatizzano peculiarità attrattive descritte.


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