Calcolo termosifoni
Metodo di calcolo dei termosifoni
Questo strumento per il calcolo termosifoni e dimensionamento radiatori determina la dispersione termica di progetto di un ambiente e calcola il numero di elementi o di radiatori completi necessari per compensarla. Il calcolo tiene conto delle dimensioni della stanza, delle pareti esterne, delle finestre, di una porta esterna, del soffitto, del pavimento, del ricambio d'aria e delle temperature interna ed esterna. Permette di calcolare termosifoni in alluminio, bimetallici, acciaio e ghisa in base alla superficie, al volume, al livello di isolamento e alle temperature dell'impianto di riscaldamento.
Dopo aver determinato la potenza termica necessaria, la potenza nominale del radiatore viene corretta in base alle temperature di mandata e ritorno selezionate. Il risultato viene mostrato in W, kW e BTU/h, insieme al carico termico specifico per 1 m2 di superficie del pavimento e per 1 m3 di volume dell'ambiente.
Valori indicativi e raccomandazioni
Geometria dell'ambiente e pareti esterne
Superficie del pavimento e volume dell'ambiente. La superficie del pavimento viene calcolata dalla lunghezza L e dalla larghezza B della stanza, mentre il volume tiene conto anche dell'altezza H:
A = L × B
V = L × B × H
Le dimensioni vengono inserite in metri, quindi la superficie A è espressa in m2 e il volume V in m3.
Superficie delle pareti esterne. Per un ambiente rettangolare viene utilizzata la lunghezza effettiva dei lati esterni selezionati. Ad esempio, se le pareti esterne sono lunghe 6 m e 4 m, il perimetro esterno calcolato è pari a 10 m. Se tutte e quattro le pareti sono esterne, viene utilizzato l'intero perimetro della stanza. Se non sono presenti pareti esterne, le dispersioni attraverso pareti, finestre e porta esterna vengono considerate pari a zero.
La superficie lorda delle pareti esterne viene calcolata moltiplicando il perimetro esterno per l'altezza della stanza. Successivamente vengono sottratte la superficie delle finestre e la superficie stimata della porta esterna:
Awall = Pext × H - Awindow - Adoor
In questo modo finestre e porte non vengono conteggiate una seconda volta come parte della superficie delle pareti. Se la loro superficie complessiva supera quella disponibile delle pareti esterne, il calcolo non viene prodotto finché i dati di ingresso non vengono corretti.
Dispersioni termiche attraverso gli elementi dell'edificio
Principio di calcolo. Le dispersioni termiche attraverso pareti, finestre, porta esterna, soffitto e pavimento vengono determinate in base alla superficie, al coefficiente di trasmittanza termica selezionato e alla differenza tra temperatura interna ed esterna:
Q = U × A × ΔT
Q è la dispersione termica in W, U è la trasmittanza termica o il coefficiente effettivo di calcolo in W/(m2·K), A è la superficie in m2 e ΔT è la differenza di temperatura in K. Una differenza di temperatura espressa in K ha lo stesso valore numerico della corrispondente differenza in °C.
Pareti esterne. Per i livelli semplificati di isolamento vengono utilizzati i seguenti coefficienti:
- isolamento scarso / edificio datato - U = 1,30 W/(m2·K);
- isolamento medio - U = 0,60 W/(m2·K);
- buon isolamento / edificio moderno - U = 0,25 W/(m2·K).
Finestre. Un unico coefficiente viene applicato all'intera superficie finestrata inserita:
- finestre datate con elevate dispersioni termiche - U = 2,80 W/(m2·K);
- finestre moderne con doppi vetri - U = 1,40 W/(m2·K);
- finestre moderne ad alta efficienza energetica - U = 0,90 W/(m2·K).
Porta esterna. Poiché non vengono inserite le dimensioni specifiche della porta, vengono utilizzate superfici di calcolo e valori U tipici:
- porta esterna isolata a un'anta - 2,0 m2, U = 1,40 W/(m2·K);
- porta esterna isolata a due ante - 4,0 m2, U = 1,40 W/(m2·K);
- porta esterna non isolata - 2,0 m2, U = 3,00 W/(m2·K);
- porta esterna vetrata a un'anta - 2,0 m2, U = 1,60 W/(m2·K);
- porta vetrata a due ante o portafinestra - 4,0 m2, U = 1,60 W/(m2·K).
Soffitto e pavimento
Soffitto. La dispersione termica viene calcolata sull'intera superficie della stanza. Se sopra si trova un ambiente riscaldato, il coefficiente viene assunto pari a 0. Negli altri casi viene utilizzato U = 0,18 W/(m2·K) per un tetto o sottotetto ben isolato, U = 0,35 per un isolamento medio del tetto o sottotetto e U = 0,90 per un isolamento scarso o un sottotetto freddo.
Pavimento. Il calcolatore utilizza coefficienti effettivi semplificati che rappresentano il comportamento termico complessivo del confine inferiore della stanza e non soltanto il materiale della struttura del pavimento:
- ambiente riscaldato sottostante - 0;
- cantina o garage non riscaldato sottostante - 0,35 W/(m2·K);
- buon isolamento del pavimento - 0,20 W/(m2·K);
- isolamento medio del pavimento - 0,40 W/(m2·K);
- isolamento scarso o assente - 0,80 W/(m2·K).
In questo calcolo semplificato, tali valori vengono applicati all'intera superficie del pavimento e alla differenza complessiva tra temperatura interna ed esterna.
Ricambio d'aria e infiltrazioni
Dispersioni termiche per ventilazione. Il calore necessario a riscaldare l'aria esterna in ingresso viene calcolato a partire dal volume della stanza V e dal tasso di ricambio d'aria n:
Qair = 0,34 × n × V × ΔT
Il coefficiente 0,34 rappresenta la capacità termica volumetrica dell'aria quando la portata è espressa in m3/h. Il tasso di ricambio n indica quanti volumi della stanza vengono sostituiti da aria esterna ogni ora. Ad esempio, n = 0,5 significa che in un'ora entra una quantità d'aria pari alla metà del volume della stanza.
Il calcolatore mette a disposizione i valori 0,3; 0,5; 0,8; 1,0; 1,5 e 2,0 h-1. Un valore di circa 0,5 h-1 viene spesso utilizzato come riferimento generale per un normale ambiente residenziale. Valori inferiori indicano un ricambio d'aria limitato, mentre 1,0 h-1 e oltre indicano una ventilazione più intensa o infiltrazioni significative.
Dispersione termica totale dell'ambiente
Carico termico totale. Tutte le componenti calcolate delle dispersioni termiche vengono sommate:
Qtotal = Qwall + Qwindow + Qdoor + Qceiling + Qfloor + Qair
Il valore risultante Qtotal rappresenta la potenza di progetto necessaria degli emettitori di calore in W. Il calcolatore determina inoltre il carico specifico Qtotal/A in W/m2 e il carico volumetrico Qtotal/V in W/m3. Per la conversione in BTU/h viene utilizzata la relazione 1 W = 3,41214 BTU/h.
Correzione della potenza del radiatore
Potenza nominale. La potenza del radiatore viene normalmente dichiarata per una determinata differenza di temperatura. Il calcolatore utilizza come riferimento la potenza nominale a ΔT = 50 K. Se è disponibile la potenza nominale dichiarata dal produttore per il modello specifico di radiatore, è consigliabile inserire tale valore.
Come valori indicativi iniziali vengono utilizzati 170 W per elemento per un radiatore bimetallico, 150 W per un radiatore in alluminio, 120 W per un radiatore in ghisa e 1000 W per un radiatore in acciaio completo. Questi valori possono essere modificati.
Differenza media di temperatura. Il calcolatore determina la differenza media di temperatura in base alla temperatura di mandata Ts, alla temperatura di ritorno Tr e alla temperatura interna dell'aria Ti. In condizioni normali viene utilizzata la media aritmetica:
ΔTm = (Ts + Tr)/2 - Ti
Se il rapporto (Tr - Ti)/(Ts - Ti) scende sotto 0,7, viene utilizzata invece la differenza media logaritmica di temperatura:
ΔTm = (Ts - Tr) / ln((Ts - Ti)/(Tr - Ti))
Correzione della potenza. La potenza nominale P50 viene corretta in funzione delle reali temperature di esercizio mediante la seguente relazione di potenza:
P = P50 × (ΔTm/50)1,3
L'esponente 1,3 viene utilizzato come valore medio per i comuni radiatori di riscaldamento. Di conseguenza, con temperature di impianto più basse, la potenza effettiva di un radiatore o di un singolo elemento è inferiore alla potenza nominale a ΔT50.
Numero di elementi del radiatore. Nei radiatori a elementi, il carico termico totale viene diviso per la potenza corretta di un singolo elemento. Per un radiatore in acciaio viene utilizzata la potenza dell'intero radiatore. Il risultato viene sempre arrotondato per eccesso al numero intero successivo:
N = ceil(Qtotal/P)
La potenza complessiva del numero selezionato di radiatori o elementi è pari a N × P, quindi non risulta inferiore alla dispersione termica calcolata dell'ambiente.
Norme europee correlate
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». Questa norma è collegata al metodo generale di calcolo delle dispersioni termiche per trasmissione e ventilazione. Il calcolatore applica una versione semplificata di questi principi utilizzando coefficienti rappresentativi predefiniti.
EN ISO 6946 «Componenti ed elementi per edilizia - Resistenza termica e trasmittanza termica - Metodi di calcolo». Questa norma descrive la determinazione della trasmittanza termica U degli elementi edilizi. In questo calcolatore, l'utente seleziona un livello rappresentativo di isolamento invece di definire ogni singolo strato della costruzione.
EN 442-1 «Radiatori e convettori - Parte 1: Specifiche tecniche e requisiti». Questa norma riguarda la dichiarazione e la determinazione della potenza termica dei radiatori. Per un dimensionamento dei radiatori più preciso, utilizzare la potenza nominale del modello effettivamente installato a ΔT50.
FAQs
Perché la potenza calcolata del radiatore è diversa da quella nominale?
La potenza nominale di un radiatore viene normalmente dichiarata per una determinata differenza di temperatura, ad esempio ΔT50. Se le temperature di mandata e ritorno sono più basse, diminuisce la differenza di temperatura tra il radiatore e l'aria della stanza e quindi diminuisce anche la potenza termica effettiva. Il calcolatore applica automaticamente questa correzione.
Perché è importante selezionare quali pareti sono esterne?
In una stanza rettangolare, le singole pareti possono avere lunghezze diverse. Una parete esterna lunga 6 m presenta una superficie di scambio termico maggiore rispetto a una parete di 4 m con la stessa altezza e lo stesso livello di isolamento. Selezionare le pareti esterne effettive permette quindi un calcolo termosifoni più preciso rispetto all'indicazione del solo numero di pareti esterne.
Quale tasso di ricambio d'aria conviene utilizzare?
Un valore di 0,5 h-1 è un punto di partenza pratico per un normale ambiente residenziale. Valori intorno a 0,3 indicano un ricambio d'aria limitato, mentre 0,8-1,0 e oltre sono più adatti in presenza di ventilazione più intensa o di infiltrazioni significative di aria esterna.
È necessario aggiungere altri elementi al risultato calcolato?
Il calcolatore arrotonda già per eccesso il numero necessario di elementi o di radiatori completi, quindi la potenza installata risultante non è inferiore alla dispersione termica calcolata. In genere non è necessario aggiungere un margine arbitrario supplementare se le temperature, i livelli di isolamento e la potenza nominale del radiatore sono stati inseriti in modo realistico.
Perché con temperature dell'acqua più basse servono più elementi?
Temperature di mandata e ritorno più basse riducono la differenza di temperatura tra il radiatore e l'aria della stanza. Lo stesso radiatore fornisce quindi molta meno potenza a 55/45 °C rispetto a 75/65 °C. Per compensare la stessa dispersione termica sono necessari più elementi oppure un radiatore con una potenza nominale maggiore.