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CALCOLO DEI CARICHI TERMICI ESTIVI

(metodo TFM - ASHRAE Handbook Fundamentals 1985)

 

Le variabili che influenzano il calcolo dei carichi termici estivi sono numerose, spesso difficili da definire in modo preciso e sempre difficilmente correlate tra loro.

Per molti componenti d’impianto, le potenze erogate variano notevolmente nelle 24 ore di funzionamento, in un range abbastanza largo ed in modo non simultanee. Nasce da qui la necessità di calcolare i carichi massimi contemporanei per zona impiantistica e/o per edificio.

Nel dimensionamento di un impianto di climatizzazione estiva ed invernale, occorre tener conto di quattro flussi di calore di stinti, ma legati l’uno all’altro, ed ognuno dei quali variabile nel tempo:

  1. Heat gain
  2. Cooling load
  3. Heat extraction rate

Con il termine Heat Gain si intende il flusso di calore istantaneo che entra o che si genera all’interno dell’ambiente considerato, ad ogni istante. L’intervallo di tempo considerato nel programma Mc4Suite è 1 ora.

Nel definire l’Heat gain è molto importante specificare le modalità secondo cui il flusso di calore entra nello spazio climatizzato, in quanto da esso dipende l’equazione utilizzata nel calcolo, e se è di tipo sensibile o latente. Si calcola cosi il flusso di calore per radiazione solare attraverso superfici trasparenti, per conduzione attraverso muri e soffitti esterni e attraverso pareti e solai interni, flussi generati all’interno (per persone, illuminazione, apparecchiature) ed infine i flussi di calore dovuti alle infiltrazioni d’aria esterna ed alla ventilazione.

La distinzione tra Sensibile e Latente è importante per la corretta scelta del terminale d’impianto (aria, ventilconvettore etc). Ricordiamo che il carico sensibile è trasferito all’ambiente da condizionare per conduzione, convezione ed irraggiamento; il carico latente  si trasferisce attraverso il vapor d’acqua (ad esempio, quello prodotto dagli occupanti). A tal proposito, ricordiamo che per mantenere le costanti condizioni idrometriche in ambiente, la portata d’acqua che si produce all’interno degli ambienti deve essere sottratta dai terminali.

Con Cooling Load si intende invece la potenza che occorre sottrarre all’ambiente per mantenere costante la temperatura al suo interno. Da notare che la somma di tutti gli heat gains (apporti istantanei) ad una certa ora non necessariamente corrisponde al cooling load  alla stessa ora, questo perché, ad esempio, la radiazione viene assorbita parzialmente da superfici ed oggetti presenti in ambiente e farà sentire i suoi effetti sull’aria con un certo ritardo (inerzia termica delle pareti che racchiudono l’ambiente). Per meglio comprendere il tutto si osservi la figura sottostante. L’accumulo di calore nelle pareti è fondamentale nel determinare la capacità economica di raffreddamento dei terminali.

La differenza tra Heat Gain e Cooling Load dovrebbe essere chiarificata maggiormente dalla figura riportata di seguito.

 

 

L’ Heat extraction rate invece è la parte di calore che viene estratta effettivamente dallo spazio climatizzato. Essa è uguale al cooling load solo nel caso in cui la temperatura dell’ambiente si mantenga costante, cosa che accade raramente. La regolazione, insieme l’intermittenza del funzionamento provocano un’oscillazione nei valori di temperatura ambiente.
Per calcolare il cooling load (incognito) dall’ Heat Gain (noto) il metodo utilizzato da mc4Suite è il metodo TFM (Trasfer Function Method – Ashrae Handbook - Fundamentals 1985). Tale metodo trasforma in cooling load ad un certo instante, l’heat gain ed il cooling load della stessa ora e delle ore precedenti attraverso coefficienti di funzioni di trasferimento degli ambienti, (fattori di peso delle strutture).

N.B. Tutte le formule utilizzate sono pubblicate su Ashrae Handbook - Fundamentals 1985

L'apporto (o perdita) di calore per componente è definito come il flusso di calore (Watt) che attraversa la superficie interna di un componente edilizio (parete, tetto, superficie vetrata, ecc.) considerato separatamente dal contesto edilizio in cui esso è inserito e nella ipotesi che:

  • La temperatura dell'aria interna sia mantenuta costante al valore prefissato di progetto.

  • Gli effetti degli scambi per radiazione e convezione, rispettivamente tra la superficie interna del componente e le restanti superfici, tra la stessa e l'aria interna (condizioni al contorno sullo strato limite interno del componente) sia riconducibile ad un prefissato valore del coefficiente liminare interno (adduttanza interna).

Un apporto di calore può essere ottenuto, ad esempio, per radiazione attraverso le superfici vetrate, per conduzione attraverso un componente opaco, per convezione, per effetto delle infiltrazioni, per radiazione/convezione in relazione alla presenza di sorgenti di calore interne (persone, lampade, apparecchiature).

Gli apporti di calore forniscono, per tipo di eccitazione incidente (radiazione, conduzione, convezione), l'ammontare della quantità di calore che entra o esce da ogni componente edilizio. Vengono calcolati i valori orari dei seguenti apporti di calore:

  • Conduzione in regime transitorio, attraverso componenti opachi, quali pareti verticali, solai, coperture, ecc. definiti tutti sotto il nome di pareti, soffitti, ecc.

  • Conduzione in regime stazionario (K * S * deltaT) attraverso componenti opachi e trasparenti a inerzia termica trascurabile (porte, finestre).

  • Infiltrazioni attraverso serramenti o aperture.

  • Radiazione solare incidente su superfici trasparenti (finestre).

  • Occupanti.

  • Apparecchiature.

  • Luci.

 

COLLEGAMENTI: