In questo nuovo articolo di Inforedil Accademia parliamo di impianti termotecnici che, come è noto, sono inseriti in strutture fra loro molto diversificate per la loro destinazione d’uso.
Si parla di impianti termotecnici in edifici (civili, industriali, etc), nelle navi, negli aerei, nelle stazioni di ricerca polari, nelle astronavi e, in un futuro forse non molto lontano, in stazioni planetarie spaziali.
Progettazione termotecnica: cosa dice la normativa
Lo scopo dell’impiantistica termotecnica è creare le migliori condizioni di vita (di comfort) all’interno degli edifici.
Costituisce quindi un’ “esigenza fondamentale che la progettazione architettonica-strutturale e la progettazione termotecnica-impiantistica procedano di pari passo ed in maniera integrata, dall’elaborazione preliminare del progetto sino alla definizione degli elaborati esecutivi” (dalla Circolare Ministero Industria 13.12.93 n. 231 F).
L’importanza della costante di tempo di un edificio
L’evoluzione della moderna Architettura ha determinato uno scollamento fra le capacità termofisiche e la capacità di mantenere quasi autonomamente un microclima interno.
In pratica bisogna considerare che la capacità termica (massa per calore specifico) e la resistenza termica giochino un ruolo fondamentale nella cosiddetta costante di tempo dell’edificio: quanto maggiore è la costante di tempo tanto minori sono le oscillazioni termiche interne dell’edificio e quindi tanto migliore il comportamento termico dello stesso:
τ 0 = ⋅ R C
τ0 = costante di tempo
R = resistenza termica
C = capacità termica
Con la riduzione della massa dell’edificio (a causa dell’utilizzo di murature sempre più leggere e al sopravanzare dell’edilizia industrializzata) la capacità termica C diminuisce e, a pari resistenza termica R, anche τ0.
Le fasi progettuali degli impianti termotecnici
In definitiva, le procedure di calcolo per la progettazione degli impianti termotecnici possono così essere schematizzate:
- individuazione delle specifiche di progetto;
- calcolo dei carichi termici;
- scelta della tipologia impiantistica;
- dimensionamento dei componenti di impianto;
- schematizzazione della soluzione impiantistica;
- dimensionamento delle reti di distribuzione;
- disegno esecutivo degli impianti.
Specifiche di progetto
Si tratta di determinare, ricercare o pre-calcolare i parametri di progetto da realizzare. Spesso questi dati progettuali quali la temperatura interna, esterna, umidità, sono imposti dall’esterno sono imposti da norme tecniche specifiche (come, ad esempio, avviene con la L. 10/91).
In altri casi occorre valutare le condizioni migliori in funzione della destinazione d’uso degli edifici. In ogni caso occorre sempre avere ben chiari questi dati perché da essi dipende tutto il prosieguo delle fasi progettuali e la buona riuscita del progetto.
Calcolo dei carichi termici
Ciò che gli impianti termotecnici fanno si può riassumere in una fornitura (con il proprio segno) di energia agli ambienti.
Ad esempio, nelle condizioni invernali si hanno basse temperature all’esterno e temperature interne elevate (solitamente fissata ai valori di progetto sopra indicati, valore tipico 20°C) e pertanto del calore passa, di norma, dall’interno dell’edificio verso l’esterno.
Per un sistema energetico aperto (quale si può schematizzare un edificio) questo flusso di calore uscente porta ad un raffreddamento interno che tende a livellare la temperatura interna con quella esterna. L’impianto di riscaldamento fornisce all’edificio una quantità di calore tale da bilanciare quello uscente.
In queste condizioni si raggiungono le condizioni di stazionarietà e la temperatura interna dell’edificio si stabilizza al valore desiderato (ad esempio 20 °C).
Scelta della tipologia impiantistica
La scelta della tipologia impiantistica è la fase più delicata ed impegnativa di tutto l’iter progettuale. È proprio in questa fase che il Progettista deve decidere come realizzare il suo impianto.
Un impianto di riscaldamento (probabilmente la tipologia impiantistica più diffusa) si può realizzare in più modi, ad esempio:
- con radiatori;
- con termoconvettori;
- ad aria calda (con distribuzione dell’aria mediante canali e bocchette di mandata);
- a pavimento (pavimento radiante).
Le cose si complicano ulteriormente per gli impianti di climatizzazione estivi per i quali si hanno almeno tre tipologie:
- ad aria:
- ad acqua;
- misti con aria primaria.
In definitiva questa fase è la più delicata ed impegnativa e fortemente dipendente dall’esperienza del progettista. Inoltre la scelta impiantistica è spesso dipendente anche dall’architettura dell’edificio.
Dimensionamento dei componenti di impianto
In questa fase si selezionano i componenti di impianto, cioè si dimensionano i radiatori, i fan coil, le centrali di trattamento aria, le caldaie, i gruppi di refrigerazione o le pompe di calore, etc.
La selezione dei componenti va effettuata tenendo presente la produzione industriale disponibile per ciascuno di essi.
Schematizzazione della soluzione impiantistica
Per procedere nel dimensionamento delle reti di distribuzione occorre avere lo schema impiantistico, pertanto occorre avere i disegni delle piante e delle sezioni dell’edificio e segnare, anche in modo schematico, i percorsi delle tubazioni o dei canali.
Si osservi che in questa fase non si conoscono ancora i diametri delle tubazioni o le dimensioni dei canali d’aria. Per questi ultimi si hanno quasi sempre problemi geometrici dovuti allo scarso spazio disponibile.
Dimensionamento delle reti di distribuzione
Dimensionare le reti di distribuzione dell’acqua e dell’aria significa determinare i metodi di calcolo che possono essere implementati con programmi elettronici o con fogli elettronici.
Disegno esecutivo degli impianti
Avute dalla fase precedente le dimensioni delle tubazioni e dei canali si può procedere al tracciamento finale delle reti risolvendo tutti i possibili problemi di passaggio dei canali. Occorre poi predisporre i disegni impiantistici di ciascun componente della centrale termica.
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