Dimensionamento: caldaia + accumulo inerziale + scambiatore

[christian619]

Vi propongo un problema numerico

DATI:
CONDOMINIO 14 ALLOGGI BAGNO SINGOLO
DISPERSIONI RISCALDAMENTO: 40 kW
1600 litri di ACCUMULO INERZIALE

DIMENSIONAMENTO IMPIANTO
Il sistema sarà costituito da caldaia a condensazione che lavora su un collettore a 2 partenze; una per l'impianto di riscaldamento e una per il caricamento dell'accumulo di acqua tecnica da 1.600 litri. Su quest'ultimo lavorerà uno scambiatore che farà l'ACS.

Potenza dello scambiatore
14 appartamenti x (lavabo+bidet+vasca+lavello) = 14 x (0,1+0,1+0,2+0,2) litri/sec = 8,4 l/sec
applico la contemporaneità e ottengo la portata di progetto: 8,4 l/sec -> 1,7 l/sec
corrispondenti a 102 l/min
quindi 102 x 60 x (40-10) / 860 = 214 kW è la potenza dello scambiatore

Quindi:
Potenza per riscaldamento: 40 kW
Potenza ACS: 214 kW (c'è però ovviamente tra caldaia e scambiatore un'accumulo da 1.600 litri)

1) Quale è la potenza della caldaia che installereste?

2) Come calcolereste il ruolo giocato dall'accumulo nella riduzione della potenza della caldaia?

[Ugo]

Mi viene spontaneo fare il ragionamento al contrario. Non mi occupo della richiesta istantanea ma invece della necessità giornaliera per appartamento.
Un appartamento che consideriamo per semplicità di 100 mq, secondo i consumi standard che vengono dalla UNI 11300, dovrebbe consumare 1,6 x 100 = 160 lt/gg di ACS con DT di 25°C. Dal che consegue che 14 appartamenti hanno bisogno nelle 24 ore di 2240 litri di ACS, che per 25 Cal fanno 2240 x 25 x 1.16 = 64,960 Kwh.
Immaginando che i consumi siano concentrati comunque in determinate fasce orarie per cui in certe ore l'accumulo non chiede calore, in altre ore chiederà di più per compensare.
Se i consumi fossero distribuiti la necessità di potenza dedicata ad ACS sarebbe 64,960/24 = 2.7 Kw. Se faccio una considerazione pessimistica per cui lo scambiatore mi lavora in effetti solo per 12 ore, la potenza dedicata non supera in ogni caso i 5 Kw.
Il limite caso mai in questo caso, con serbatoio da 1600 lt è la potenza della sua serpentina che sicuramente non è da 5 Kw.
Personalmente, ai fini di ottenere la massima tranquillità e la maggiore razionalità possibile avrei messo una caldaia a condensazione dedicata ad ACS, diciamo da 20-24 Kw.
In questo modo in estate evito di far lavorare male la caldaia grande. In oltre con utenza separata magari la società del gas mi da una tariffa agevolata per ACS (se faccio produzione mista di riscaldamento e ACS non posso usufruire di tariffe agevolate).

[christian619]

Grazie per la risposta.

Condivido la prima parte del ragionamento ma 64,960 lo avrei diviso per il periodo di punta 2h anzichè 24h - > quindi sarei arrivato a 33 kW circa con il tuo ragionamento.

Mi sto però scervellando (forse troppo ) su un sistema che penso sia un poco diverso dal classico bollitore di acqua sanitaria con serpentino immerso, ovvero:

1) la produzione dell'acs avviene con uno scambiatore istantaneo
2) lo scambiatore deve avere la portata di punta: 102 l/min - > 214 kW
3) se il sistema fosse caldaia -> scambiatore, la caldaia sarebbe 214 kW
4) il sistema è invece caldaia -> 1600 litri di acqua tecnica -> scambiatore da 214 kW

Ipotizziamo che questa sia la caldaia per solo l'acs; di che potenza la metteresti tu?

[Ugo]

Prima una piccola correzione: se parliamo di 1600 lt di acqua tecnica mi viene da pensare ad un puffer in cui sia di passaggio il fluido termovettore dell'impianto di riscaldamento.
Io intendo invece un serbatoio per ACS (un bollitore) con un serpentino idoneo (due serpentini se intendo mettere anche il solare).
La potenza del serpentino può essere di 24 Kw. Esso mi assorbirà completamente la potenza di una caldaia dedicata (la metterei appunto da 20-24 Kw). Nel caso che volessi far funzionare il tutto con una sola caldaia, il 24 Kw mi assorbirebbe comunque la potenza di una caldaia più grande in regime di modulazione.
Nel secondo caso la caldaia potrebbe essere tranquillamente da 50 Kw. (infatti la potenza media reale assorbita dall'ACS non supera in nessun caso i 10 Kw.
Se faccio le due cose separate non sbaglio e in oltre posso, in via emergenziale, deviare nello scambiatore un presa dal collettore riscaldamento che mi fgarantisce ACS anche in caso di guasto o fermo per manutenzione della caldaia dedicata.

[arkanoid]

ipotizzi un perioro di preriscaldamento di 1 ora. Se è accettabile sia maggiore, tipo 4 ore, la potenza diventa ragionevole.

[christian619]

a

[christian619]

Prima una piccola correzione: se parliamo di 1600 lt di acqua tecnica mi viene da pensare ad un puffer in cui sia di passaggio il fluido termovettore dell'impianto di riscaldamento.

Io intendo proprio questo; un puffer di acqua tecnica o accumulo inerziale e non un bollitore di acs mono-bivalente

L'impianto nel dettaglio sarà

Caldaia -> collettore a 2 partenze
-> pompa 1 alimenta l'impianto di riscaldamento
-> pompa 2 alimenta il puffer che a sua volta alimenterà uno scambiatore istantaneo ACS

Ripropongo il quesito:
caldaia -> 1600 litri di acqua tecnica -> scambiatore da 214 kW

Quale potrebbe essere la potenza della caldaia?

[NoNickName]

Secondo me qui c'è un po' di confusione tra potenza ed energia. Si può mettere anche uno scambiatore da un petawatt e una caldaia da un gigawatt o da un terawatt, ma quello che cambia è solo il tempo di caricamento dell'accumulo.
Se la tua potenza in riscaldamento è 40kW, che senso ha mettere uno scambiatore da 214kW per l'acs?
Usa 40kW anche per l'acs, e anzichè preparare 1.7 l/s, ne preparerai 40/214*1.7.
Ma soprattutto, e qui la domanda la faccio io perchè mi sembra che i numeri siano improbabili, possibile che la potenza richiesta dall'acs sia oltre 5 volte quella del riscaldamento?

Quanti metri quadri di superficie di scambio di serpentina servono per scambiare istantaneamente 214kW e con quale deltaT a cavallo dei due fluidi? E quei metri (quadri o lineari di tubo di serpentina) ci stanno in un serbatoio da 1600litri?

EDIT: mi rispondo, sono andato a guardare i preparatori di ACS della fiorini. In un serbatoio da 1500 litri si scambia al massimo 90/95kW con acqua tecnica a 80°C e acs 10-45°C

[Ugo]

Chistian619,
se metti uno scambiatore da 214 Kw è chiaro che la caldaia deve essere equivalente e se deve fare anche il riscaldamento la caldaia diventa 244 Kw.
Non credo abbia molto senso e sarebbe difficile spiegare la peculiarità di una simile soluizione.

[NoNickName]

Ma soprattutto, sicuro che bastano meno di 3kW di riscaldamento per ogni alloggio? Quando cucinano o usano il forno, tutti in canottiera?

[christian619]

Ma soprattutto, sicuro che bastano meno di 3kW di riscaldamento per ogni alloggio? Quando cucinano o usano il forno, tutti in canottiera?

Qui ti posso dare ragione..... a livello di diagnosi energetica ho un condominio in classe A+, balconi autoportanti, isolamento a cappotto, vetri tripli, ecc....

La diagnosi fornisce quel risultato.... chiaro che mi terrò un margine di sicurezza (almeno 70 kW di riscaldamento per non rischiare) ...... ma il mio problema non è il riscaldamento ma l'acqua calda sanitaria.

[christian619]

un momento se no parliamo veramente di cose diverse....

Lo schema che avevo in mente è questo (vedere pag.26)
http://elit-solar.com/DOCUMENTATION_THE ... nkraft.pdf

Chistian619,
se metti uno scambiatore da 214 Kw è chiaro che la caldaia deve essere equivalente e se deve fare anche il riscaldamento la caldaia diventa 244 Kw.
Non credo abbia molto senso e sarebbe difficile spiegare la peculiarità di una simile soluizione.

Non condivido -> ho un accumulo inerziale da 1.600 litri tra caldaia e scambiatore

Se la tua potenza in riscaldamento è 40kW, che senso ha mettere uno scambiatore da 214kW per l'acs?

Come calcoli la potenza per uno scambiatore acs per 14 alloggi a bagno singolo?



Usa 40kW anche per l'acs, e anzichè preparare 1.7 l/s, ne preparerai 40/214*1.7. -> che fa circa 20 l/min
Si però così posso dare una contemporaneità di 2 docce su circa su 14 alloggi -> non è un po' poco?


Ma soprattutto, e qui la domanda la faccio io perchè mi sembra che i numeri siano improbabili, possibile che la potenza richiesta dall'acs sia oltre 5 volte quella del riscaldamento?
mi sembra normale che produrre l'acs con scambiatore istantaneo richieda molta potenza, è uno svantaggio della produzione istantanea


Quanti metri quadri di superficie di scambio di serpentina servono per scambiare istantaneamente 214kW e con quale deltaT a cavallo dei due fluidi? E quei metri (quadri o lineari di tubo di serpentina) ci stanno in un serbatoio da 1600litri?
torno a dire che non ho serpentino ma scambiatore esterno che può scambiare sino 150 l/min

[NoNickName]

Come calcoli la potenza per uno scambiatore acs per 14 alloggi a bagno singolo?

Beh, innanzitutto, a meno che sia un hotel a courmayeur, difficile che tutti e 14 gli inquilini utilizzino la doccia contemporaneamente. E poi che senso ha mettere l'accumulo di acqua tecnica, se non per fare il peak shaving?

Si però così posso dare una contemporaneità di 2 docce su circa su 14 alloggi -> non è un po' poco?

Se la metti da 70 come dici, diventano quasi 4 docce. Mi sembra un fattore di contemporaneità coerente. Ma non è strettamente il mio campo...

mi sembra normale che produrre l'acs con scambiatore istantaneo richieda molta potenza, è uno svantaggio della produzione istantanea

Ok, allora togli l'accumulo e metti una caldaia da 214kW, perchè se ti aspetti che 1600 litri di acqua tecnica facciano fronte a (214-40)=174kW di deficit termico ti sbagli di grosso.
174*860/20/3600= 2.1l/s e cioè l'accumulo si raffredda di circa 20°C con un rateo di 2.1l/s. In circa 761s è completamente freddo, cioè in 10 minuti o poco più.

[christian619]

Ok, allora togli l'accumulo e metti una caldaia da 214kW, perchè se ti aspetti che 1600 litri di acqua tecnica facciano fronte a (214-40)=174kW di deficit termico ti sbagli di grosso.
174*860/20/3600= 2.1l/s e cioè l'accumulo si raffredda di circa 20°C con un rateo di 2.1l/s. In circa 761s è completamente freddo, cioè in 10 minuti o poco più.

Ma no che ci siamo!
Guarda io la ragionavo così... e siamo arrivati allo stesso risultato
Ho una punta di acs di 214 kW -> 40 kW a disposizione
quindi 174 kW di gap in potenza che "insistono" sull'accumulo

174 kW su 1600 litri vuol dire: 174x860/1600 = 93°C/h -> 1,55°C/min è il tasso di raffreddamento dell'accumulo
Se l'accumulo è a 70°C, prima che arrivi a 50°C ho 12 min di riserva.

E' proprio il ragionamento che avevo in mente: una contemporaneità di 100 l/min (quindi 11 docce) per 12 min non è poco!!

Poi aumenterò un po' la caldaia per le considerazioni fatte prima e vuolà...

Grazie per l'aiuto. 174*860/20/3600 mi puoi solo esplicitare cosa è 20? DT immagino...

[Ugo]

Rimarrò in attesa di conoscere quale sarà infine lo scambiatore capace di lavorare 174-214 Kw in ACS istantanea.
Mi piacerebbe anche conoscere (e do per scontato che vi siano) le motivazioni per questa scelta sicuramente inusuale.

[NoNickName]

174 kW su 1600 litri vuol dire: 174x860/1600 = 93°C/h -> 1,55°C/min è il tasso di raffreddamento dell'accumulo
Se l'accumulo è a 70°C, prima che arrivi a 50°C ho 12 min di riserva.

Sì, ma il DT logaritmico a cavallo dello scambiatore cala con il diminuire della temperatura media dell'accumulo, quindi anche i kW scambiati istantaneamente scendono progressivamente.
La seconda osservazione è che a me sembra anacronistico accumulare acqua tecnica a 70°C, oggigiorno che dappertutto si usano le pompe di calore per l'acs e si accumula a temperature di 50/55°C anche per diminuire le dispersioni. Però questa è una tua scelta progettuale.
Come lo soddisfi il 50% di acs da rinnovabili?

E' proprio il ragionamento che avevo in mente: una contemporaneità di 100 l/min (quindi 11 docce) per 12 min non è poco!!

Infatti a me sembra troppo elevato il fattore di contemporaneità.

mi puoi solo esplicitare cosa è 20? DT immagino...

Yes.

[christian619]

174 kW su 1600 litri vuol dire: 174x860/1600 = 93°C/h -> 1,55°C/min è il tasso di raffreddamento dell'accumulo
Se l'accumulo è a 70°C, prima che arrivi a 50°C ho 12 min di riserva.

La seconda osservazione è che a me sembra anacronistico accumulare acqua tecnica a 70°C, oggigiorno che dappertutto si usano le pompe di calore per l'acs e si accumula a temperature di 50/55°C anche per diminuire le dispersioni. Però questa è
una tua scelta progettuale.

Hai sicuramente le tue ragioni... sull'accumulo da 1600 litri ho 14 pannelli solari da 2,3 mq che forniscono il 60% di acs
il 20% di rinnovabile secondo il dlg.28/11 lo faccio fare ad una pompa di calore che fa riscaldamento in alternanza con la caldaia che copre solo i picchi. La pompa di calore non fa ACS, non lo ritengo conveniente col sistema progettato.

Infatti a me sembra troppo elevato il fattore di contemporaneità.

Ho usato il metodo Caleffi... ci sono altri metodi per valutare la potenza dello scambiatore che produce ACS per 14 alloggi?

[NoNickName]

Hai sicuramente le tue ragioni... sull'accumulo da 1600 litri ho 14 pannelli solari da 2,3 mq che forniscono il 60% di acs

E d'inverno?

Ho usato il metodo Caleffi... ci sono altri metodi per valutare la potenza dello scambiatore che produce ACS per 14 alloggi?

Ahia, quando sento nominare Caleffi mi corre la mano alla fondina.
Su google ci sono tantissimi altri metodi per il calcolo del fabbisogno di acs in condomini.

[christian619]

Hai sicuramente le tue ragioni... sull'accumulo da 1600 litri ho 14 pannelli solari da 2,3 mq che forniscono il 60% di acs

Ho usato il metodo Caleffi... ci sono altri metodi per valutare la potenza dello scambiatore che produce ACS per 14 alloggi?

Ahia, quando sento nominare Caleffi mi corre la mano alla fondina.
Su google ci sono tantissimi altri metodi per il calcolo del fabbisogno di acs in condomini.

Me ne suggerisci uno valido per favore?
NB: non sono un rappresentante CALEFFI ma fino ad oggi per me CALEFFI era bibbia...

[NoNickName]

www.technosol.ch/index_file/manuale_progettisti.pdf‎

[christian619]

Grazie ancora

Conosco Sonnenkraft.... però mi sembra che si arrivi allo stesso risultato di CALEFFI

Ossia:
Portata alloggio con un bagno: 0,6 l/s
Portata 14 alloggi: 8,4 l/s -> 504 l/min
Se entro nel diagramma di pagina 32 con 504 l/min ottengo, applicando la contemporaneità, circa 100 l/min di nuovo...

[girondone]

Se cerchi dovresti trovare un post dove un collega aveva approfondito e confrontato mi pare 3 metodi di cui uno ol caleffi

[NoNickName]

Portata alloggio con un bagno: 0,6 l/s

Ma dove lo vedi questo?

[christian619]

Portata alloggio con un bagno: 0,6 l/s

Ma dove lo vedi questo?

lavabo: 0,1 l/s
bidet: 0,1 l/s
vasca: 0,2 l/s
lavello cucina: 0,2 l/s

[NoNickName]

lavabo: 0,1 l/s
bidet: 0,1 l/s
vasca: 0,2 l/s
lavello cucina: 0,2 l/s

Quindi in casa tua hai aperto tutti i rubinetti dell'acqua calda, tutti assieme.
E questo condominio ha 14 alloggi dove 1/5 dei condomini ha questa abitudine?

[christian619]

Quella è la portata totale alla quale si applica la contemporaneità!!


Non ho il 20% alloggi che tirano tutto insieme... ho un punto acqua per 11 alloggi (circa 100 l/mim)
-> il numero alla fine è quello ma la logica è un altra...

E la stessa procedura che si usa per dimensionare i tubi dell'acqua calda sanitaria! Non usate questa voi sul forum?

[arkanoid]

Unità di carico? Comunque i dati di dimensionamento estratti dalle norme vigenti (9182) portano sempre a sovradimensionamenti, a volte notevoli (tipo 1" per un locale bagno con 4 sanitari).
Mediare con l'esperienza è fondamentale, quello che dice NNN è sacrosanto

[NoNickName]

E la stessa procedura che si usa per dimensionare i tubi dell'acqua calda sanitaria! Non usate questa voi sul forum?

No, perchè dimensionare i tubi per garantire la pressione dell'acqua al rubinetto più svantaggiato è una cosa. Garantire il fabbisogno di acqua calda alla temperatura desiderata è un'altra.

[christian619]

E la stessa procedura che si usa per dimensionare i tubi dell'acqua calda sanitaria! Non usate questa voi sul forum?

No, perchè dimensionare i tubi per garantire la pressione dell'acqua al rubinetto più svantaggiato è una cosa. Garantire il fabbisogno di acqua calda alla temperatura desiderata è un'altra.

Ti do ragione se calcoli il fabbisogno di acqua calda per dimensionare uno stoccaggio sanitario ma per uno scambiatore di acs alla fine devi determinare i l/min di contemporaneità che è la portata con cui dimensioni anche i tubi....

senza tirare fuori la pistola dalla fondina....
http://www.caleffi.it/it_IT/caleffi/Det ... o_5_it.pdf
a pag 129 dimensiona uno scambiatore da 2,4 l/s di portata di progetto che è la stessa portata di progetto che è stata
determinata per il dimensionamento delle tubazioni idrosanitarie a pag.72 ultima riga....

direi che le due cose, ribadisco nel caso di scambiatore di acs, vanno di pari passo..

[christian619]

Unità di carico? Comunque i dati di dimensionamento estratti dalle norme vigenti (9182) portano sempre a sovradimensionamenti, a volte notevoli (tipo 1" per un locale bagno con 4 sanitari).
Mediare con l'esperienza è fondamentale, quello che dice NNN è sacrosanto

Sono d'accordo che la UNI 9182 è fuorvianti ma qui non è stata utilizzata... è stato utilizzato il metodo Caleffi (o Soma di Edilclima .... molto simili)

[arkanoid]

Con i dati:

- Periodo di punta 2.5 ore
- 14 lavabo, 2 utilizzi, 10 litri/utilizzo
- 14 bidet, 1 utilizzo, 8 litri/utilizzo
- 14 docce, 1 utilizzo, 50 litri/utilizzo
- 14 lavelli cucina, 1 utilizzo, 15 litri/utilizzo
- 14 alloggi, 3 vani/alloggio, tenore di vita normale (coefficienti 0.4*1*1)
- accumulo a 70°C
- alle utenze a 48°C
- Periodo di preriscaldamento 1 ora
- acqua in ingresso a 10°C

Risulta un accumulo di 600 litri con serpentino da 41 kW.

Riferimenti: 9182 prospetto E.1, F.4, F.5, F.1

Come sensibilità, 2 docce portano a 900 litri e 65 kW. Starei su una soluzione di questo tipo. Se vuoi stare sui 45 kW di caldaia ti serve un accumulo da 1500.
Considera che se lavori con priorità sul bollitore non puoi permetterti di impegnare la caldaia due ore di fila in inverno, per cui fossi in te sceglierei una caldaia sui 60-80 kW.

[Ugo]

Ho un condominio di 360 appartamenti da 100 mq ciascuno. Utilizzano acqua calda centralizzata a 50°C prodotta da caldaia dedicata da 800.000 Kcal/h e accumulo da 6000 lt.
Il consumo annuo oscilla da 12 a 13.000 mc; vale a dire 100 lt/gg per appartamento.
100 li/gg a 50°C, quindi con DT di 35°C significa 100*35/25=140 lt/gg per appartamento.
Dato il numero di appartamenti credo che la media dei consumi possa rappresentare un parametro attendibile. La UNI 11300 prevede circa 150-160 lt/gg e se pensiamo che le norme UNI di solito valutano per eccesso, i consumi fatturati ai 360 che nomino si possano considerare congrui.
Con questi dati 14 appartamenti consumano 140x14=1960 lt/gg x un DT di 25 pari a circa 56 Kwh.
se anche fossero da produrre in due ore dovrei fornire 28 Kw.
Se decido di fare accumulo di ACS non devo più preoccuparmi in assoluto dei calcoli sulla contemporaneità che nel caso di poche utenze mi obbliga ad applicare larghe tolleranze.
Se i 1600 lt di accumulo tecnico li utilizzo per alimentare ancora un bollitore per ACS ottengo di avere un doppio accumulo: uno per ACS che mi toglie l'ansia nelle ore di punta e un accumulo di acqua tecnica che mi permette di assorbire il lavoro dei pannelli solari al servizio sia dell'ACS che del riscaldamento.
Senza dimenticare che una volta deciso il tutto si dovrà ancora risolvere il problema del ricircolo, e con la produzione istantanea ci vedo sempre qualche complicazione.