Calcolo potenza condizionatore

Metodo di calcolo della potenza del condizionatore

Il calcolatore della potenza del condizionatore determina la capacità frigorifera necessaria per raffrescare una stanza e la potenza termica necessaria per riscaldarla. Il calcolo considera le dimensioni del locale, le pareti esterne, l'isolamento, le superfici vetrate, le condizioni di temperatura e altri fattori che influenzano il carico termico.

Per il raffrescamento si parte dalla superficie e si applicano correzioni successive in base alle condizioni del locale. Per il riscaldamento si calcolano le dispersioni termiche attraverso l'involucro edilizio e il ricambio d'aria. I risultati in kW e BTU/h permettono di stimare la potenza richiesta al condizionatore o al sistema split.

Valori indicativi e raccomandazioni

Geometria del locale e pareti esterne

Superficie del locale. La superficie del pavimento A in m² si calcola dalla lunghezza L e dalla larghezza B in metri. Moltiplicando la superficie per l'altezza del soffitto H si ottiene il volume del locale V in m³.

A = L × B

V = A × H

Pareti esterne. Si considerano soltanto le pareti a contatto con l'aria esterna. La loro lunghezza complessiva P_ext dipende dai lati selezionati della stanza rettangolare. Con quattro pareti esterne si usa l'intero perimetro.

Pext = 2 × (L + B)

La superficie lorda delle pareti esterne, prima di sottrarre le aperture, si ottiene moltiplicando la loro lunghezza complessiva per l'altezza del locale.

Aext = Pext × H

Se non ci sono pareti esterne, la relativa superficie è considerata nulla. In tal caso finestre e porta esterna non contribuiscono al carico termico. In una stanza quadrata tutti i lati hanno la stessa lunghezza, quindi è sufficiente indicare il numero di pareti esterne.

Raffrescamento: potenza di base e altezza del soffitto

Capacità frigorifera di base. Per un primo dimensionamento del condizionatore domestico si utilizza spesso il valore indicativo di 100 W per 1 m² di superficie. È il valore iniziale, successivamente corretto in base alle condizioni effettive.

Qbase = 100 × A

Per esempio, una stanza di 20 m² ha una potenza di base di 2000 W, pari a 2 kW.

Correzione per l'altezza. L'altezza del soffitto di riferimento è 2,4 m. Con altezze diverse, la potenza di base varia in proporzione al rapporto tra altezza effettiva e altezza di riferimento.

Qheight = Qbase × H / 2.4

Con un'altezza di 3 m, il fattore è 1,25 e la potenza di base aumenta del 25%. Questa relazione considera in modo semplificato il volume della stanza.

Raffrescamento: correzione per la temperatura

Differenza di temperatura. La temperatura interna desiderata viene sottratta dalla temperatura esterna. Se l'aria esterna è più fresca di quella interna, per questa correzione si utilizza una differenza di 0 °C.

ΔT = max(0, Tout - Tin)

Coefficiente di temperatura. La differenza di riferimento è 8 °C, a cui corrisponde un coefficiente di 1,00. Per ogni grado di scostamento, la potenza calcolata varia del 2,5%.

kT = 1 + 0.025 × (ΔT - 8)

Il coefficiente è limitato all'intervallo 0,85-1,20. Per differenze di 2 °C o inferiori si usa 0,85, a 8 °C si usa 1,00 e da 16 °C in poi si usa 1,20.

Dopo le correzioni per altezza e temperatura si ottiene la capacità frigorifera di riferimento, sulla quale vengono calcolate le altre correzioni.

Qref = Qbase × H / 2.4 × kT

Raffrescamento: pareti esterne e isolamento

Quota di pareti esterne. La superficie delle pareti esterne viene confrontata con la superficie complessiva delle quattro pareti della stanza. La quota f indica quale parte dell'involucro verticale è esposta all'aria esterna.

f = Aext / (2 × (L + B) × H)

Il caso di riferimento prevede il 50% di pareti esterne. La correzione per esposizione è pari al 20% della potenza di riferimento per una variazione unitaria di tale quota. Per esempio, con il 100% di pareti esterne la potenza aumenta del 10%, mentre in loro assenza diminuisce del 10%.

Qexposure = Qref × 0.20 × (f - 0.50)

Isolamento delle pareti. Un coefficiente aggiuntivo dipende dalla qualità dell'isolamento delle pareti esterne:

• Isolamento scarso o edificio datato: +0,08.
• Isolamento medio: 0.
• Buon isolamento o edificio moderno: -0,08.

La correzione viene proporzionata alla quota di pareti esterne. Con il 50% si applica l'intero coefficiente, con il 100% il suo effetto raddoppia. Il moltiplicatore è limitato a 2.

Qins = Qref × kins × min(f / 0.50, 2)

La correzione complessiva per le pareti esterne è la somma degli effetti dell'esposizione e dell'isolamento.

Qwalls = Qexposure + Qins

Raffrescamento: superfici vetrate e carico solare

Rapporto di superficie vetrata. La superficie delle finestre viene rapportata a quella del pavimento. Il valore di riferimento è il 15%, per il quale la correzione specifica per i vetri è nulla.

r = Awin / A

kwin = 0.08 × (r - 0.15) / 0.15

Il coefficiente è limitato tra -0,08 e +0,12. Senza finestre la correzione è -8%, con vetri pari al 15% è nulla e al 30% raggiunge +8%. Da un rapporto del 37,5% si applica la correzione massima del +12%.

Qwin = Qref × kwin

Esposizione al sole. Una correzione aggiuntiva tiene conto dell'intensità della luce solare che raggiunge le finestre:

• Poco sole o ombra per gran parte della giornata: -0,05.
• Sole moderato per una parte della giornata: 0.
• Sole diretto intenso, soprattutto da sud o ovest: +0,10.

Il coefficiente solare viene moltiplicato per il rapporto tra la quota effettiva di vetri e il 15% di riferimento. Il moltiplicatore è limitato a 2 e la correzione solare finale all'intervallo da -10% a +20% della potenza di riferimento.

ksolar = ksun × min(r / 0.15, 2)

Qsolar = Qref × ksolar

In assenza di pareti esterne o finestre, la correzione solare è nulla. I coefficienti negativi indicano una riduzione del carico calcolato rispetto alle condizioni di riferimento, non un effettivo raffrescamento della stanza da parte del sole.

Raffrescamento: tetto e apporti di calore interni

Tetto e sottotetto. Per le stanze direttamente sotto il tetto si applica una correzione aggiuntiva in base all'isolamento della struttura superiore:

• Un altro locale sopra: 0%.
• Tetto o sottotetto ben isolato: +5%.
• Isolamento medio del tetto o sottotetto: +10%.
• Tetto poco isolato o sottotetto molto caldo: +15%.

Qroof = Qref × kroof

Apporti di calore delle persone. Il modello di base presume una presenza normale fino a due persone. Dalla terza persona in poi si aggiungono 180 W per ogni occupante ulteriore. Con zero, una o due persone la correzione è nulla.

Qpeople = max(0, N - 2) × 180

Elettrodomestici. La potenza elettrica degli apparecchi in funzione contemporaneamente si somma direttamente al carico termico in watt. Per esempio, apparecchi che assorbono 300 W aumentano il fabbisogno di raffrescamento calcolato di 300 W. Si presume che quasi tutta l'energia elettrica indicata si trasformi in calore all'interno del locale.

Qequipment = Pequipment

Raffrescamento: potenza totale e dimensionamento del condizionatore

Capacità frigorifera totale. Alla potenza di riferimento si sommano tutte le correzioni positive e negative. Il risultato non può essere inferiore a zero.

Qcool = max(0, Qref + Qwalls + Qwin + Qsolar + Qroof + Qpeople + Qequipment)

Conversione in BTU/h. La potenza calcolata in watt viene moltiplicata per 3,41214. Per ottenere i kilowatt, si dividono i watt per 1000.

QBTU = Qcool × 3.41214

QkW = Qcool / 1000

Scelta della classe di potenza. Dalla serie nominale 7000, 9000, 12000, 15000, 18000, 21000, 24000, 28000, 30000, 36000, 42000, 48000 e 60000 BTU/h si seleziona il valore minimo non inferiore al fabbisogno calcolato. Oltre 60000 BTU/h si arrotonda per eccesso ai successivi 1000 BTU/h.

La percentuale di riserva si calcola dal rapporto tra la classe selezionata e il fabbisogno calcolato.

Reserve = (Qsize / QBTU - 1) × 100%

La classe in BTU/h è un riferimento indicativo. La capacità frigorifera nominale effettiva di un condizionatore può differire dal valore in kW ottenuto convertendo direttamente i BTU. Nella scelta dell'apparecchio occorre confrontare il carico calcolato con le specifiche del modello.

Riscaldamento: differenza di temperatura e trasmissione del calore

Differenza di temperatura di progetto. Per determinare la potenza necessaria del condizionatore in riscaldamento si utilizza la differenza tra la temperatura interna impostata e la temperatura esterna invernale.

ΔT = max(0, Tin - Tout)

Per esempio, con +20 °C all'interno e -15 °C all'esterno, la differenza è 35 K. Se la temperatura esterna non è inferiore a quella interna, si considera una differenza nulla.

Trasmissione del calore attraverso gli elementi edilizi. La dispersione termica è il prodotto tra la superficie dell'elemento, la sua trasmittanza termica U e la differenza di temperatura.

Q = U × A × ΔT

Qui Q indica la dispersione in watt, A la superficie in m² e U la trasmittanza termica in W/(m²·K). Più basso è il valore di U, migliore è l'isolamento e minore la dispersione.

Riscaldamento: dispersioni attraverso le pareti esterne

Isolamento delle pareti. Anziché calcolare ogni strato della parete, si utilizzano valori indicativi di trasmittanza termica:

• Isolamento scarso o edificio datato: 1,30 W/(m²·K).
• Isolamento medio: 0,60 W/(m²·K).
• Buon isolamento o edificio moderno: 0,25 W/(m²·K).

Superficie netta delle pareti. Le superfici delle finestre e della porta esterna si sottraggono alla superficie lorda delle pareti esterne. In questo modo si evita di conteggiare due volte le dispersioni attraverso la stessa parte dell'involucro.

Awall = Aext - Awin - Adoor

Qwall = Awall × Uwall × ΔT

Se la superficie complessiva delle finestre e della porta supera quella delle pareti esterne, il calcolo non viene eseguito finché i dati non sono corretti.

Riscaldamento: finestre e porta esterna

Dispersioni attraverso le finestre. Per le superfici vetrate si utilizzano i seguenti valori indicativi di trasmittanza:

• Vecchie finestre con forti dispersioni: 2,80 W/(m²·K).
• Finestre moderne con vetrocamera: 1,40 W/(m²·K).
• Finestre moderne ad alta efficienza energetica: 0,90 W/(m²·K).

Qwin = Awin × Uwin × ΔT

Porta esterna. Per differenti costruzioni si assumono superfici e trasmittanze termiche tipiche:

• Porta isolata a un'anta: 2 m², U = 1,40 W/(m²·K).
• Porta isolata a due ante: 4 m², U = 1,40 W/(m²·K).
• Porta esterna non isolata: 2 m², U = 3,00 W/(m²·K).
• Porta vetrata a un'anta: 2 m², U = 1,60 W/(m²·K).
• Porta vetrata a due ante o portafinestra su terrazzo: 4 m², U = 1,60 W/(m²·K).

Qdoor = Adoor × Udoor × ΔT

Se non è presente una porta esterna, la sua superficie e le dispersioni sono nulle.

Riscaldamento: soffitto e pavimento

Dispersioni attraverso il soffitto. Per la struttura superiore si utilizza l'intera superficie del pavimento. Il coefficiente dipende da ciò che si trova sopra la stanza:

• Locale riscaldato al piano superiore: U = 0.
• Tetto o sottotetto ben isolato: U = 0,18 W/(m²·K).
• Isolamento medio del tetto o sottotetto: U = 0,35 W/(m²·K).
• Isolamento scarso o sottotetto freddo: U = 0,90 W/(m²·K).

Qceiling = A × Uceiling × ΔT

Dispersioni attraverso il pavimento. Per il limite inferiore del locale si utilizzano i seguenti coefficienti:

• Locale riscaldato al piano inferiore: U = 0.
• Cantina o garage non riscaldati: U = 0,35 W/(m²·K).
• Buon isolamento del pavimento: U = 0,20 W/(m²·K).
• Isolamento medio del pavimento: U = 0,40 W/(m²·K).
• Isolamento scarso del pavimento o assente: U = 0,80 W/(m²·K).

Qfloor = A × Ufloor × ΔT

Per soffitto e pavimento viene applicata la stessa differenza tra temperatura interna ed esterna. Si tratta di valori efficaci semplificati. Le temperature del sottotetto, della cantina e del terreno non vengono calcolate separatamente.

Riscaldamento: ricambio d'aria e infiltrazioni

Dispersioni per ventilazione. Quando entra aria esterna fredda, occorre riscaldarla fino alla temperatura interna. Le dispersioni dipendono dal volume del locale, dal tasso di ricambio d'aria e dalla differenza di temperatura.

Qair = 0.34 × n × V × ΔT

Il coefficiente 0,34 rappresenta approssimativamente la capacità termica volumetrica dell'aria. Il tasso di ricambio n si esprime in h^-1 e indica quanti volumi d'aria del locale vengono sostituiti da aria esterna ogni ora.

Per una stima preliminare si utilizzano i seguenti valori:

• Ricambio d'aria basso: 0,3 h^-1.
• Ricambio d'aria normale: 0,5 h^-1.
• Ricambio d'aria moderatamente elevato: 0,8 h^-1.
• Ricambio d'aria elevato: 1,0 h^-1.
• Ricambio d'aria alto: 1,5 h^-1.
• Ricambio d'aria molto alto: 2,0 h^-1.

Per le normali stanze residenziali si utilizza spesso un tasso di circa 0,5 h^-1 nelle stime preliminari. Un maggiore ricambio d'aria aumenta proporzionalmente le dispersioni associate.

Riscaldamento: potenza termica totale

Dispersioni termiche totali. Si sommano le dispersioni attraverso pareti esterne, finestre, porta, soffitto, pavimento e ricambio d'aria. Il risultato rappresenta la potenza necessaria a compensarle alle temperature indicate.

Qheat = Qwall + Qwin + Qdoor + Qceiling + Qfloor + Qair

La potenza complessiva è espressa in watt e kilowatt. Per la conversione in BTU/h si usa lo stesso fattore 3,41214.

QkW = Qheat / 1000

QBTU = Qheat × 3.41214

Carico termico specifico. In entrambe le modalità si calcola anche la potenza per unità di superficie e di volume del locale.

qA = Q / A

qV = Q / V

Il primo valore è espresso in W/m², il secondo in W/m³. Questi valori consentono di confrontare il carico termico di locali di dimensioni diverse.

Scelta del condizionatore per il riscaldamento. La potenza termica calcolata deve essere confrontata con le prestazioni dell'apparecchio alla temperatura esterna selezionata. Nei condizionatori a pompa di calore la potenza disponibile può diminuire al calare della temperatura esterna. La sola potenza nominale non è quindi sufficiente.

Norme europee correlate

EN ISO 52016-1 «Prestazione energetica degli edifici. Fabbisogni energetici per riscaldamento e raffrescamento, temperature interne e carichi termici sensibili e latenti. Parte 1: Procedure di calcolo». La norma descrive i metodi di stima dei fabbisogni energetici e dei carichi termici degli edifici. Il calcolatore impiega un modello stazionario semplificato con coefficienti fissi, non un calcolo completo secondo la norma.

EN 12831-1 «Prestazione energetica degli edifici. Metodo per il calcolo del carico termico di progetto. Parte 1: Carico termico per il riscaldamento degli ambienti». La norma definisce i metodi per determinare la potenza necessaria dalle dispersioni per trasmissione e ventilazione. Queste componenti sono utilizzate in forma semplificata nella modalità riscaldamento.

EN ISO 6946 «Componenti ed elementi per edilizia. Resistenza termica e trasmittanza termica. Metodi di calcolo». La norma descrive come calcolare la resistenza e la trasmittanza termica delle strutture edilizie. Il calcolatore utilizza valori indicativi predefiniti anziché il calcolo dei singoli strati.

EN 14511-2 «Condizionatori, refrigeratori di liquido e pompe di calore per riscaldamento e raffrescamento degli ambienti, con compressori azionati elettricamente. Parte 2: Condizioni di prova». La norma definisce le condizioni di prova delle apparecchiature, anche per la determinazione della capacità frigorifera e termica. Nella scelta del condizionatore occorre verificare i dati del produttore per le temperature pertinenti.

Domande frequenti

Perché il condizionatore richiede potenze diverse per raffrescamento e riscaldamento?

Nel raffrescamento si stimano gli apporti di calore legati a superficie, sole, vetri, persone e apparecchi. Nel riscaldamento si determina la potenza necessaria a compensare le dispersioni attraverso le strutture e il ricambio d'aria. Per la stessa stanza i risultati possono quindi differire sensibilmente.

È possibile calcolare la potenza del condizionatore dalla sola superficie della stanza?

Il riferimento di 100 W/m² è adatto a una prima stima della capacità frigorifera in condizioni normali. Locali della stessa superficie possono però presentare carichi diversi per altezza, vetrate, isolamento ed esposizione al sole. Per il riscaldamento sono particolarmente importanti le dispersioni dell'edificio e la temperatura esterna invernale di progetto.

Quale temperatura esterna usare per calcolare la potenza?

Per il raffrescamento scegli una temperatura esterna alta rappresentativa, alla quale il condizionatore deve mantenere la temperatura interna desiderata. Per il riscaldamento usa la temperatura invernale di progetto della tua zona, non la media stagionale. Una differenza di temperatura maggiore aumenta il carico calcolato, anche se la correzione in raffrescamento è limitata all'intervallo previsto.

Perché in riscaldamento non si seleziona la classe BTU immediatamente superiore?

La potenza termica nominale di un condizionatore può differire molto dalla potenza effettiva a basse temperature esterne. Due apparecchi della stessa classe BTU possono fornire potenze termiche diverse durante il gelo. Per questo il fabbisogno calcolato viene mostrato separatamente e la scelta del modello deve basarsi sulla potenza termica dichiarata alla temperatura invernale richiesta.

Come influisce l'isolamento sulla potenza necessaria del condizionatore?

Nel raffrescamento, l'isolamento modifica il carico tramite correzioni percentuali legate all'esposizione delle pareti esterne. Nel riscaldamento, le trasmittanze termiche determinano direttamente le dispersioni attraverso pareti, finestre, soffitto e pavimento. Per esempio, ridurre la trasmittanza di una parete esterna da 1,30 a 0,25 W/(m²·K) diminuisce di circa l'81% la dispersione calcolata nella sua parte opaca, a parità di superficie e differenza di temperatura.