Calcolo del riscaldamento ad aria: principi fondamentali + esempio di calcolo

L'installazione del sistema di riscaldamento non è possibile senza effettuare calcoli preliminari. Le informazioni ottenute devono essere il più accurate possibile, quindi il calcolo del riscaldamento ad aria viene effettuato da esperti utilizzando programmi specializzati, tenendo conto delle sfumature costruttive.

È possibile calcolare il sistema di riscaldamento ad aria (di seguito – SRA) autonomamente, possedendo conoscenze elementari di matematica e fisica.

In questo articolo spiegheremo come calcolare il livello di perdita di calore della casa e del SRA. Per rendere tutto il più chiaro possibile, verranno forniti esempi specifici di calcoli.

Calcolo delle perdite di calore della casa

Per scegliere il SRA, è necessario determinare la quantità d'aria per il sistema, la temperatura iniziale dell'aria nel condotto per un riscaldamento ottimale dell'ambiente. Per ottenere queste informazioni, è necessario calcolare le perdite di calore della casa e procedere ai calcoli principali in seguito.

Qualsiasi edificio durante il periodo freddo perde energia termica. La quantità massima lascia l'ambiente attraverso pareti, tetto, finestre, porte e altri elementi di contenimento (di seguito – EC), che hanno un lato esposto all'esterno.

Per garantire una certa temperatura in casa, è necessario calcolare la potenza termica in grado di compensare le dispersioni di calore e mantenere in casa la temperatura desiderata.

Esiste un'opinione errata secondo cui le perdite di calore sono le stesse per ogni casa. Alcune fonti affermano che per riscaldare una piccola casa di qualsiasi configurazione siano sufficienti 10 kW, altre si limitano a cifre di 7-8 kW per metro quadrato.

Secondo uno schema di calcolo semplificato, ogni 10 m² di superficie utilizzata nelle regioni settentrionali e nelle zone della fascia centrale devono essere garantiti con 1 kW di potenza termica. Questa cifra, individuale per ogni edificio, viene moltiplicata per un coefficiente di 1,15, creando così una riserva di potenza termica in caso di perdite impreviste.

Tuttavia, queste stime sono piuttosto approssimative e inoltre non tengono conto delle qualità, delle caratteristiche dei materiali utilizzati nella costruzione della casa, delle condizioni climatiche e di altri fattori che influenzano i consumi termici.

La quantità di calore disperso dipende dalla superficie dell'elemento di chiusura, dalla conduttività termica di ciascuno dei suoi strati. La maggior quantità di energia termica lascia l'ambiente attraverso pareti, pavimento, tetto, finestre.

Se nella costruzione della casa sono stati utilizzati moderni materiali da costruzione con bassa conducibilità termica, allora le dispersioni termiche della struttura saranno minori, e quindi sarà necessaria una potenza termica inferiore.

Se si prende un'apparecchiatura termica che genera una potenza superiore al necessario, si verificherà un eccesso di calore, che solitamente viene compensato con la ventilazione. In questo caso, si verificano spese finanziarie aggiuntive.

Se per il sistema di riscaldamento ad aria viene scelto un'apparecchiatura di bassa potenza, nell'ambiente si sentirà una carenza di calore, poiché il dispositivo non sarà in grado di generare la quantità di energia necessaria, motivo per cui sarà necessario acquistare ulteriori unità termiche.

L'uso di poliuretano espanso, fibra di vetro e altri moderni isolanti consente di ottenere il massimo isolamento termico dell'ambiente.

I consumi termici dell'edificio dipendono da:

• degli elementi costruttivi di chiusura (pareti, soffitti, ecc.), i loro spessori;
• le superfici riscaldate;
• l'orientamento rispetto ai punti cardinali;
• la temperatura minima esterna nella regione/città per un periodo di 5 giorni invernali;
• la durata della stagione di riscaldamento;
• i processi di infiltrazione e ventilazione;
• gli apporti termici interni;
• il consumo di calore per usi domestici.

Non è possibile calcolare correttamente le perdite di calore senza tenere conto dell'infiltrazione e della ventilazione, che influenzano in modo significativo la componente quantitativa. L'infiltrazione – è un processo naturale di movimento delle masse d'aria che si verifica durante lo spostamento delle persone all'interno dell'ambiente, l'apertura delle finestre per arieggiare e altri processi domestici.

La ventilazione – è un sistema appositamente installato attraverso il quale avviene l'immissione di aria, e l'aria può entrare nell'ambiente a una temperatura inferiore.

Attraverso la ventilazione si disperde 9 volte più calore rispetto all'infiltrazione naturale.

Il calore entra nell'ambiente non solo attraverso il sistema di riscaldamento, ma anche attraverso apparecchi elettrici che si scaldano, lampade a incandescenza, persone. È importante considerare anche il consumo di calore per riscaldare oggetti freddi portati dall'esterno, i vestiti.

Prima di scegliere l'attrezzatura per il sistema di riscaldamento, progettare l'impianto di riscaldamento è importante calcolare con elevata precisione le dispersioni termiche della casa. Questo può essere fatto utilizzando il programma gratuito Valtec. Per non addentrarsi nei dettagli dell'applicazione, si possono utilizzare formule matematiche che garantiscono un'alta precisione dei calcoli.

Per calcolare le perdite termiche totali Q dell'abitazione, è necessario calcolare le dispersioni termiche delle strutture di chiusura Q_org.k, il consumo energetico per la ventilazione e l'infiltrazione Q_v, considerare gli apporti termici interni Q_t. Le perdite sono misurate e registrate in W.

Per calcolare le dispersioni termiche totali Q si utilizza la formula:

Q = Q_org.k + Q_v – Q_t

Di seguito esamineremo le formule per determinare le dispersioni termiche:

Q_org.k , Q_v,  Q_t.

Determinazione delle perdite di calore delle strutture di contenimento

Attraverso gli elementi di chiusura della casa (pareti, porte, finestre, soffitto e pavimento) fuoriesce la maggior parte del calore. Per determinare Q_org.k è necessario calcolare separatamente le perdite di calore di ogni singolo elemento strutturale.

Ovvero Q_org.k si calcola con la formula:

Q_org.k = Q_pol + Q_st + Q_okn + Q_pt + Q_dv

Per determinare la Q di ogni elemento della casa, è necessario conoscere la sua composizione e il coefficiente di conducibilità termica o il coefficiente di resistenza termica, indicato nella scheda tecnica del materiale.

Per il calcolo delle dispersioni termiche si considerano gli strati che influenzano l'isolamento termico. Ad esempio, materiali isolanti, muratura, rivestimento, ecc.

Il calcolo delle perdite termiche avviene per ogni strato omogeneo dell'elemento di chiusura. Ad esempio, se una parete è composta da due strati eterogenei (isolante e muratura in mattoni), il calcolo viene eseguito separatamente per l'isolante e per la muratura.

Si calcolano le dispersioni termiche dello strato tenendo conto della temperatura desiderata nell'ambiente mediante l'espressione:

Q_st = S × (t_v – t_n) × B × l/k

Nell'espressione, le variabili hanno il seguente significato:

• S – area dello strato, m²;
• t_v – temperatura desiderata nella casa, °C; per le stanze d'angolo la temperatura viene presa 2 gradi più alta;
• t_n – temperatura media del periodo di 5 giorni più freddo nella regione, °C;
• k – coefficiente di conducibilità termica del materiale;
• B – spessore di ogni strato dell'elemento di chiusura, m;
• l – parametro tabellare, tiene conto delle peculiarità della dispersione termica per gli elementi di chiusura situati in diverse esposizioni.

Se nella parete per la quale si effettua il calcolo sono incorporate finestre o porte, nel calcolo di Q dall'area totale dell'elemento di chiusura è necessario sottrarre l'area della finestra o della porta, poiché le loro dispersioni termiche saranno diverse.

Nel certificato tecnico delle finestre o porte talvolta viene indicato il coefficiente di trasmissione termica D, grazie al quale è possibile semplificare i calcoli.

Il coefficiente di resistenza termica si calcola con la formula:

D = B/k

La formula delle perdite termiche per un singolo strato può essere rappresentata come:

Q_st = S × (t_v – t_n) × D × l

Nella pratica, per calcolare Q del pavimento, delle pareti o dei soffitti, si calcolano separatamente i coefficienti D di ogni strato dell'elemento di chiusura, si sommano e si sostituiscono nella formula generale, semplificando il processo di calcolo.

Contabilizzazione delle spese di infiltrazione e ventilazione

Nell'ambiente, dall'impianto di ventilazione può entrare aria a bassa temperatura, che influisce notevolmente sulle perdite termiche. La formula generale per questo processo è la seguente:

Q_v = 0.28 × L_n × p_v × c × (t_v – t_n)

Nell'espressione, i simboli letterali hanno il seguente significato:

• L_n – portata dell'aria in ingresso, m³/h;
• p_v – densità dell'aria nell'ambiente alla temperatura data, kg/m³;
• t_v – temperatura nella casa, °C;
• t_n – temperatura media del periodo di 5 giorni più freddo nella regione, °C;
• c – capacità termica dell'aria, kJ/(kg*°C).

Il parametro L_n si ricava dalle caratteristiche tecniche dell'impianto di ventilazione. Nella maggior parte dei casi, il ricambio d'aria di mandata ha una portata specifica di 3 m³/h, in base a ciò L_n si calcola con la formula:

L_n = 3 × S_pol

Nella formula, S_pol – area del pavimento, m².

La densità dell'aria nell'ambiente p_v è determinata dall'espressione:

p_v = 353/273+t_v

Qui t_v – temperatura impostata nella casa, misurata in °C.

La capacità termica c è una costante fisica ed è pari a 1.005 kJ/(kg×°C).

Con la ventilazione naturale, l'aria fredda entra attraverso finestre e porte, spostando il calore attraverso la canna fumaria.

La ventilazione non organizzata, o infiltrazione, è determinata dalla formula:

Q_i = 0.28 × ∑G_h × c × (t_v – t_n) × k_t

Nell'equazione:

• G_h – portata d'aria attraverso ogni recinzione, è un valore tabellare, in kg/h;
• k_t – coefficiente di influenza del flusso d'aria termico, si ricava dalla tabella;
• t_v, t_n – temperature assegnate all'interno e all'esterno del locale, in °C.

All'apertura delle porte si verificano le perdite di calore più significative, pertanto, se l'ingresso è dotato di barriere d'aria termiche, è necessario tenerne conto.

La barriera termica è un ventilatore termico allungato che genera un potente flusso d'aria all'interno dell'apertura di una finestra o di una porta. Minimizza o praticamente elimina la perdita di calore e l'infiltrazione d'aria dall'esterno, anche quando la porta o la finestra sono aperte.

Per il calcolo delle perdite di calore delle porte si utilizza la formula:

Q_ot.d = Q_dv × j × H

Nell'espressione:

• Q_dv – perdite di calore di progetto delle porte esterne;
• H – altezza dell'edificio, in m;
• j – coefficiente tabellare che dipende dal tipo di porte e dalla loro posizione.

Se nella casa è presente una ventilazione organizzata o infiltrazione, i calcoli vengono eseguiti secondo la prima formula.

La superficie degli elementi di chiusura della struttura può essere disomogenea – possono presentarsi fessure e imperfezioni attraverso le quali passa l'aria. Queste perdite di calore sono considerate trascurabili, ma è comunque possibile determinarle. Ciò può essere fatto esclusivamente con metodi software, poiché non è possibile eseguire calcoli di alcune funzioni senza l'uso di applicazioni.

Un quadro estremamente preciso delle perdite di calore reali è fornito da un'ispezione termografica della casa. Questo metodo di diagnostica consente di individuare errori di costruzione nascosti, lacune nell'isolamento termico, perdite nel sistema idraulico che riducono le prestazioni termotecniche dell'edificio e altri difetti.

Apporti termici domestici

Attraverso apparecchi elettrici, il corpo umano e le lampade, nell'ambiente arriva calore aggiuntivo, che viene anch'esso considerato nei calcoli delle perdite di calore.

È stato stabilito sperimentalmente che tali apporti non possono superare il valore di 10 W per 1 m². Pertanto, la formula di calcolo può assumere la forma:

Q_t = 10 × S_pol

Nell'espressione, S_pol – superficie del pavimento, in m².

Metodologia principale di calcolo del SRA

Il principio fondamentale di funzionamento di qualsiasi SVO consiste nel trasferimento dell'energia termica attraverso l'aria mediante il raffreddamento del fluido termovettore. I suoi elementi principali sono il generatore di calore e la conduttura termica.

L'aria viene immessa nell'ambiente già riscaldata alla temperatura t_r per mantenere la temperatura desiderata t_v. Pertanto la quantità di energia accumulata deve essere uguale alla perdita termica totale dell'edificio, cioè Q. Vale l'uguaglianza:

Q = E_ot × c × (t_v – t_n)

Nella formula E – portata di aria riscaldata in kg/s per il riscaldamento dell'ambiente. Dall'uguaglianza possiamo esprimere E_ot:

E_ot = Q/ (c × (t_v – t_n))

Ricordiamo che la capacità termica dell'aria è c=1005 J/(kg×K).

Con la formula si determina esclusivamente la quantità di aria immessa utilizzata solo per il riscaldamento nei soli sistemi di ricircolo (di seguito – RSVO).

Nei sistemi a ricircolo parziale, una parte dell'aria viene prelevata dall'esterno e l'altra parte – dall'ambiente. Entrambe le parti vengono miscelate e, dopo essere state riscaldate alla temperatura richiesta, vengono immesse nell'ambiente.

Se il sistema di riscaldamento ad aria (SVO) viene utilizzato come sistema di ventilazione, la quantità di aria immessa viene calcolata come segue:

• Se la quantità di aria per il riscaldamento supera o è uguale alla quantità di aria per la ventilazione, si prende in considerazione la quantità di aria per il riscaldamento e si sceglie un sistema a flusso diretto (di seguito – PSVO) o a ricircolo parziale (di seguito – CRSVO).
• Se la quantità di aria per il riscaldamento è inferiore alla quantità di aria necessaria per la ventilazione, si prende in considerazione solo la quantità di aria necessaria per la ventilazione, si adotta un sistema PSVO (talvolta – CRSVO) e la temperatura dell'aria immessa viene calcolata con la formula: t_r = t_v + Q/c × E_vent.

In caso di superamento dei parametri ammissibili da parte del valore t_r, si deve aumentare la quantità di aria introdotta attraverso la ventilazione.

Se nell'ambiente sono presenti fonti di emissione termica costante, la temperatura dell'aria immessa viene ridotta.

Gli apparecchi elettrici accesi generano circa l'1% del calore nell'ambiente. Se uno o più dispositivi funzionano in modo continuativo, la loro potenza termica deve essere considerata nei calcoli.

Per un singolo ambiente, il valore t_r può risultare diverso. Tecnicamente è possibile realizzare l'idea di fornire temperature diverse in ambienti separati, ma è molto più semplice fornire aria alla stessa temperatura in tutti i locali.

In questo caso, si prende come temperatura complessiva t_r quella che risulta essere la più bassa. Quindi la quantità di aria immessa viene calcolata con la formula che determina E_ot.

Di seguito determiniamo la formula per calcolare il volume di aria in ingresso V_ot alla temperatura di riscaldamento t_r:

V_ot = E_ot/p_r

La risposta viene espressa in m³/h.

Tuttavia, il ricambio d'aria nell'ambiente V_p sarà diverso dal valore V_ot, poiché è necessario determinarlo in base alla temperatura interna t_v:

V_ot = E_ot/p_v

Nella formula per determinare V_p e V_ot, gli indici di densità dell'aria p_r e p_v (kg/m³) vengono calcolati tenendo conto della temperatura dell'aria riscaldata t_r e della temperatura nell'ambiente t_v.

La temperatura immessa nell'ambiente t_r deve essere superiore a t_v. Ciò ridurrà la quantità di aria fornita e permetterà di diminuire le dimensioni dei canali dei sistemi a movimento d'aria naturale o di ridurre i costi dell'elettricità nel caso in cui si utilizzi una spinta meccanica per la circolazione della massa d'aria riscaldata.

Tradizionalmente, la temperatura limite dell'aria in arrivo nell'ambiente quando viene immessa a un'altezza superiore a 3.5 m deve essere di 70 °C. Se l'aria viene immessa a un'altezza inferiore a 3.5 m, la sua temperatura è solitamente equiparata a 45 °C.

Per gli ambienti residenziali con un'altezza di 2.5 m, il limite di temperatura consentito è 60 °C. Se la temperatura viene impostata più alta, l'atmosfera perde le sue proprietà e non è più adatta per l'inalazione.

Se le barriere aria-termiche sono posizionate presso porte esterne e aperture verso l'esterno, è consentita una temperatura dell'aria in entrata di 70 °C, mentre per le barriere situate nelle porte esterne fino a 50 °C.

La temperatura immessa è influenzata dalle modalità di immissione dell'aria, dalla direzione del getto (verticale, inclinato, orizzontale, ecc.). Se nell'ambiente sono costantemente presenti persone, la temperatura dell'aria fornita dovrebbe essere ridotta a 25 °C.

Dopo aver effettuato i calcoli preliminari, è possibile determinare il fabbisogno termico per il riscaldamento dell'aria.

Per i RSVO i costi termici Q₁ sono calcolati secondo l'espressione:

Q₁ = E_ot × (t_r – t_v) × c

Per i PSVO il calcolo di Q₂ viene effettuato secondo la formula:

Q₂ = E_vent × (t_r – t_v) × c

Il consumo di calore Q₃ per i CRSVO è determinato dall'equazione:

Q₃ = [E_ot × (t_r – t_v) + E_vent × (t_r – t_v)]× c

In tutte e tre le espressioni:

• E_ot ed E_vent – portata d'aria in kg/s per il riscaldamento (E_ot) e la ventilazione (E_vent);
• t_n – temperatura dell'aria esterna in °C.

Le altre caratteristiche delle variabili rimangono invariate.

Nei CRSVO la quantità di aria di ricircolo è determinata dalla formula:

E_rec = E_ot – E_vent

La variabile E_ot esprime la quantità di aria mista riscaldata alla temperatura t_r.

Nei PSVO a trazione naturale c'è una particolarità – la quantità di aria in movimento varia in base alla temperatura esterna. Se la temperatura esterna scende, la pressione del sistema aumenta. Ciò porta a un aumento dell'aria che entra in casa. Se invece la temperatura sale, si verifica il processo inverso.

Inoltre, negli SVO, a differenza dei sistemi di ventilazione, l'aria si muove con una densità inferiore e variabile rispetto alla densità dell'aria che circonda i condotti.

A causa di questo fenomeno si verificano i seguenti processi:

1. Provenendo dal generatore, l'aria, attraversando i condotti, si raffredda notevolmente durante il movimento.
2. Con il movimento naturale, la quantità di aria che entra nell'ambiente cambia nel corso della stagione di riscaldamento.

I processi di cui sopra non vengono considerati se nel sistema di riscaldamento ad aria vengono utilizzati ventilatori per la circolazione dell'aria, inoltre esso ha una lunghezza e un'altezza limitate.

Se invece il sistema ha molteplici ramificazioni, è piuttosto esteso, e l'edificio è grande e alto, allora è necessario ridurre il processo di raffreddamento dell'aria nei condotti e diminuire la ridistribuzione dell'aria che entra sotto l'influenza della pressione di circolazione naturale.

Nel calcolo della potenza necessaria per sistemi di riscaldamento ad aria estesi e ramificati, è necessario considerare non solo il processo naturale di raffreddamento della massa d'aria durante lo spostamento attraverso il condotto, ma anche l'effetto della pressione naturale della massa d'aria quando passa attraverso il canale.

Per controllare il processo di raffreddamento dell'aria, si esegue un calcolo termico dei condotti. A tal fine, è necessario stabilire la temperatura iniziale dell'aria e determinare la sua portata mediante formule.

Per calcolare il flusso termico Q_ohl attraverso le pareti del condotto, la cui lunghezza è pari a l, si utilizza la formula:

Q_ohl = q₁ × l

Nell'espressione, il valore q₁ indica il flusso termico che attraversa le pareti del condotto di lunghezza 1 m. Il parametro viene calcolato con l'espressione:

q₁ = k × S₁ × (t_sr – t_v) = (t_sr – t_v)/D₁

Nell'equazione, D₁ – resistenza alla trasmissione del calore dall'aria riscaldata con temperatura media t_sr attraverso l'area S₁ delle pareti del condotto di lunghezza 1 m nell'ambiente alla temperatura t_v.

L'equazione del bilancio termico si presenta come segue:

q₁l = E_ot × c × (t_nach – t_r)

Nella formula:

• E_ot – quantità di aria necessaria per il riscaldamento dell'ambiente, kg/h;
• c – capacità termica specifica dell'aria, kJ/(kg °C);
• t_nac – temperatura dell'aria all'inizio del condotto, °C;
• t_r – temperatura dell'aria immessa nell'ambiente, °C.

L'equazione del bilancio termico consente di stabilire la temperatura iniziale dell'aria nel condotto in base alla temperatura finale data e, viceversa, di conoscere la temperatura finale data quella iniziale, nonché di determinare la portata dell'aria.

La temperatura t_nach può anche essere trovata con la formula:

t_nach = t_v + ((Q + (1 – η) × Q_ohl)) × (t_r – t_v)

Qui η – parte di Q_ohl che entra nell'ambiente, nei calcoli viene considerata pari a zero. Le caratteristiche delle altre variabili sono state menzionate sopra.

La formula corretta per la portata dell'aria calda sarà la seguente:

Eot = (Q + (1 – η) × Q_ohl)/(c × (t_sr – t_v))

Tutti i valori letterali nell'espressione sono stati definiti sopra. Passiamo ora all'esempio di calcolo del riscaldamento ad aria per una casa specifica.

Esempio di calcolo delle perdite di calore della casa

La casa in esame si trova nella città di Kostroma, dove la temperatura esterna durante il periodo più freddo di cinque giorni raggiunge i -31 gradi, la temperatura del suolo – +5 °C. La temperatura desiderata all'interno è – +22 °C.

Prenderemo in considerazione una casa con le seguenti dimensioni:

• larghezza – 6.78 m;
• lunghezza – 8.04 m;
• altezza – 2.8 m.

Questi valori verranno utilizzati per calcolare l'area degli elementi di recinzione.

Per i calcoli, è più comodo disegnare la pianta della casa su carta, indicando larghezza, lunghezza, altezza dell'edificio, posizione di finestre e porte e le loro dimensioni

Le pareti dell'edificio sono composte da:

• calcestruzzo aerato con spessore B=0.21 m, coefficiente di conducibilità termica k=2.87;
• polistirolo espanso B=0.05 m, k=1.678;
• mattoni faccia a vista B=0.09 m, k=2.26.

Per determinare k, è opportuno utilizzare i dati delle tabelle, o meglio – le informazioni dal certificato tecnico, poiché la composizione dei materiali di diversi produttori può variare e quindi avere caratteristiche diverse.

Il cemento armato ha la conducibilità termica più alta, i pannelli di lana minerale – la più bassa, quindi sono i più efficaci da utilizzare nella costruzione di case calde.

Il pavimento della casa è composto dai seguenti strati:

• sabbia, B=0.10 m, k=0.58;
• ghiaia, B=0.10 m, k=0.13;
• calcestruzzo, B=0.20 m, k=1.1;
• isolante in ecowool, B=0.20 m, k=0.043;
• massetto armato, B=0.30 m, k=0.93.

Nella pianta della casa fornita, il pavimento ha la stessa struttura su tutta l'area e non è presente un seminterrato.

Il soffitto è composto da:

• lana minerale, B=0.10 m, k=0.05;
• cartongesso, B=0.025 m, k=0.21;
• pannelli di pino, B=0.05 m, k=0.35.

Il solaio del soffitto non ha accessi alla soffitta.

La casa ha 8 finestre in totale, tutte a doppia camera con vetro K e argon, indice D=0.6. Sei finestre hanno dimensioni 1.2×1.5 m, una – 1.2×2 m, una – 0.3×0.5 m. Le porte hanno dimensioni 1×2.2 m, l'indice D secondo il certificato è 0.36.

Calcolo delle perdite termiche delle pareti

Il calcolo delle perdite di calore verrà effettuato per ogni parete separatamente.

Per prima cosa troviamo l'area della parete nord:

S_sev = 8.04 × 2.8 = 22.51

Sulla parete non ci sono aperture di porte o finestre, quindi nei calcoli utilizzeremo questo valore di S.

Per calcolare le dispersioni termiche delle strutture orientate verso un punto cardinale, è necessario considerare i coefficienti di correzione.

In base alla composizione della parete, troviamo la sua resistenza termica totale, pari a:

D_s.sten = D_gb + D_pn + D_kr

Per trovare D utilizziamo la formula:

D = B/k

Quindi, sostituendo i valori iniziali, otteniamo:

D_s.sten = 0.21/2.87 + 0.05/1.678 + 0.09/2.26 = 0.14

Per i calcoli si utilizza la formula:

Q_st = S × (t_v – t_n) × D × l

Considerando che il coefficiente l per la parete nord è pari a 1.1, si ottiene:

Q_sev.st = 22.51 × (22 + 31) × 0.14 × 1.1 = 184

Nella parete sud è presente una finestra con superficie:

S_ok3 = 0.5 × 0.3 = 0.15

Pertanto nei calcoli è necessario sottrarre la superficie della finestra dalla superficie della parete sud per ottenere risultati il più precisi possibile.

S_yuj.s = 22.51 – 0.15 = 22.36

Il parametro l per la direzione sud è uguale a 1. Quindi:

Q_sev.st = 22.36 × (22 + 31) × 0.14 × 1 = 166

Per le pareti est e ovest, il coefficiente di correzione l=1.05, quindi è sufficiente calcolare l'area della superficie delle strutture opache (OK) senza considerare la superficie delle finestre e della porta.

S_ok1 = 1.2 × 1.5 × 6 = 10.8

S_ok2 = 1.2 × 2 = 2.4

S_d = 1 × 2.2 = 2.2

S_zap+vost = 2 × 6.78 × 2.8 – 2.2 – 2.4 – 10.8 = 22.56

Quindi:

Q_zap+vost = 22.56 × (22 + 31) × 0.14 × 1.05 = 176

In conclusione, la Q totale delle pareti è uguale alla somma delle Q di tutte le pareti, cioè:

Q_sten = 184 + 166 + 176 = 526

In totale, il calore che si disperde attraverso le pareti è di 526 W.

Perdite di calore attraverso finestre e porte

Dalla pianta della casa si vede che la porta e le 7 finestre sono esposte a est e ovest, quindi il parametro l=1.05. La superficie totale delle 7 finestre, tenendo conto dei calcoli precedenti, è:

S_okn = 10.8 + 2.4 = 13.2

Per esse, Q, considerando che D=0.6, sarà calcolata come segue:

Q_ok4 = 13.2 × (22 + 31) × 0.6 × 1.05 = 630

Calcoliamo la Q della finestra sud (l=1).

Q_ok5 = 0.15 × (22 + 31) × 0.6 × 1 = 5

Per le porte D=0.36, S=2.2, l=1.05, quindi:

Q_dv = 2.2 × (22 + 31) × 0.36 × 1.05 = 43

Sommiamo le perdite di calore ottenute e otteniamo:

Q_ok+dv = 630 + 43 + 5 = 678

Successivamente determiniamo Q per il soffitto e il pavimento.

Calcolo delle perdite di calore del soffitto e del pavimento

Per il soffitto e il pavimento l=1. Calcoliamo la loro superficie.

S_pol = S_pot = 6.78 × 8.04 = 54.51

Considerando la composizione del pavimento, determiniamo il D totale.

D_pol = 0.10/0.58 + 0.10/0.13 + 0.2/1.1 + 0.2/0.043 + 0.3/0.93 =61

Allora le perdite di calore del pavimento, considerando che la temperatura del suolo è +5, sono:

Q_pol = 54.51 × (21 – 5) × 6.1 × 1 = 5320

Calcoliamo il D totale del soffitto:

D_pot = 0.10/0.05 + 0.025/0.21 + 0.05/0.35 = 2.26

Allora Q del soffitto sarà uguale a:

Q_pot = 54.51 × (22 + 31) × 2.26 = 6530

Le perdite di calore totali attraverso le strutture opache (OK) saranno:

Q_ogr.k = 526 + 678 +6530 + 5320 = 13054

In totale, le perdite di calore della casa saranno pari a 13054 W, cioè quasi 13 kW.

Calcolo delle perdite di calore per ventilazione

Nel locale è presente una ventilazione con un ricambio d'aria specifico di 3 m³/h, l'ingresso è dotato di una tenda termica ad aria, quindi per i calcoli è sufficiente utilizzare la formula:

Q_v = 0.28 × L_n × p_v × c × (t_v – t_n)

Calcoliamo la densità dell'aria nel locale alla temperatura data di +22 gradi:

p_v = 353/(272 + 22) = 1.2

Il parametro L_n è uguale al prodotto della portata specifica per la superficie del pavimento, cioè:

L_n = 3 × 54.51 = 163.53

La capacità termica dell'aria c è pari a 1.005 kJ/(kg× °C).

Considerando tutti i dati, troviamo Q della ventilazione:

Q_v = 0.28 × 163.53 × 1.2 × 1.005 × (22 + 31) = 3000

In totale, le spese termiche per la ventilazione saranno di 3000 W o 3 kW.

Apporti termici domestici

Gli apporti di origine domestica si calcolano con la formula.

Q_t = 10 × S_pol

Cioè, sostituendo i valori noti, otteniamo:

Q_t = 54.51 × 10 = 545

Riassumendo, si può vedere che le perdite termiche totali Q della casa saranno pari a:

Q = 13054 + 3000 – 545 = 15509

Prendiamo come valore di lavoro Q=16000 W o 16 kW.

Esempi di calcoli per il SRA

Sia la temperatura dell'aria immessa (t_r) – 55 °C, la temperatura desiderata nell'ambiente (t_v) – 22 °C, le perdite termiche della casa (Q) – 16000 W.

Determinazione della quantità d'aria per SRA con ricircolo (SRA-R)

Per determinare la massa dell'aria immessa alla temperatura t_r si usa la formula:

E_ot = Q/(c × (t_r – t_v))

Sostituendo i valori dei parametri nella formula, otteniamo:

E_ot = 16000/(1.005 × (55 – 22)) = 483

La quantità volumetrica di aria immessa si calcola con la formula:

V_ot = E_ot /p_r,

dove:

p_r = 353/(273 + t_r)

Per prima cosa calcoliamo la densità p:

p_r = 353/(273 + 55) = 1.07

Quindi:

V_ot = 483/1.07 = 451.

Il ricambio d'aria nell'ambiente si determina con la formula:

Vp = E_ot /p_v

Determiniamo la densità dell'aria nell'ambiente:

p_v = 353/(273 + 22) = 1.19

Sostituendo i valori nella formula, otteniamo:

V_p = 483/1.19 = 405

Pertanto, il ricambio d'aria nell'ambiente è pari a 405 m³ all'ora, e il volume d'aria immessa deve essere pari a 451 m³ all'ora.

Calcolo della quantità d'aria per SRA a ricircolo parziale (SRA-PR)

Per calcolare la quantità d'aria per ČRSVO, prendiamo i dati ottenuti dall'esempio precedente, oltre a t_r = 55 °C, t_v = 22 °C; Q=16000 W. La quantità d'aria necessaria per la ventilazione, E_vent=110 m³/h. La temperatura esterna di progetto t_n=-31 °C.

Per il calcolo di ČRSVO usiamo la formula:

Q₃ = [E_ot × (t_r – t_v) + E_vent × p_v × (t_r – t_v)] × c

Sostituendo i valori, otteniamo:

Q₃ = [483 × (55 – 22) + 110 × 1.19 × (55 – 31)] × 1.005 = 27000

Il volume d'aria di ricircolo sarà di 405-110=296 m³ all'ora. Il consumo aggiuntivo di calore è pari a 27000-16000=11000 W.

Determinazione della temperatura iniziale dell'aria

La resistenza del condotto meccanico D=0.27 ed è ricavata dalle sue caratteristiche tecniche. La lunghezza del condotto al di fuori dell'ambiente riscaldato l=15 m. È stato determinato che Q=16 kW, la temperatura dell'aria interna è di 22 gradi, e la temperatura necessaria per il riscaldamento dell'ambiente è di 55 gradi.

Determiniamo E_ot con le formule sopra indicate. Otteniamo:

E_ot = 10 × 3.6 × 1000/ (1.005 × (55 – 22)) = 1085

Il valore del flusso termico q₁ sarà:

q₁ = (55 – 22)/0.27 = 122

La temperatura iniziale con scostamento η = 0 sarà:

t_nach = 22 + (16 × 1000 + 137 × 15) × (55 – 22)/ 1000 × 16 = 60

Precisiamo la temperatura media:

t_sr = 0.5 × (55 + 60) = 57.5

Quindi:

Q_otkl = ((574 -22)/0.27) × 15 = 1972

Considerando le informazioni ottenute, si trova:

t_nach = 22 + (16 × 1000 + 1972) × (55 – 22)/(1000 × 16) = 59

Da ciò si conclude che durante il movimento dell'aria si perdono 4 gradi di calore. Per ridurre le perdite di calore, è necessario isolare termicamente i tubi. Le consigliamo inoltre di leggere un altro nostro articolo, in cui viene descritto dettagliatamente il processo di realizzazione di un sistema di riscaldamento ad aria.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Video informativo sui calcoli del sistema di riscaldamento ad aria con il programma Ecxel:

Affidare i calcoli del sistema di riscaldamento ad aria (SVO) ai professionisti è necessario, poiché solo gli esperti hanno l'esperienza e le conoscenze adeguate e tengono conto di tutte le sfumature nei calcoli.

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