Dimensionamento volano termico per produzione acs con scambiatori

[shinobi9]

Buonasera,
Per evitare le spese di ricircolo condominiali e i problemi di legionella (limitarli più che eliminarli..) volevo prevedere, per la ristrutturazione di un palazzo medievale con 8 case, dei produttori di acs istantanei con scambiatore a piastre (es i lovato macfresh o simili..) in corrispondenza di ogni casa.
Per funzionare quindi avrò una pompa di calore, probabilmente 14 kW, un volano termico intermedio e poi da questo volano viene prelevata acqua che vai agli scambiatori..
Diciamo che su ogni casa ho i soliti 25-30 l/min di acs...e per produrla(ad una temperatura di 55 gradi dal volano) ho una portata richiesta allo scambiatore di circa 800-1000 l/h. Come dimensionareste il volano termico? Mi vengono valori troppo grandi di contenuto, e non capisco se è perchè sovrastimo la portata massima contemporanea necessaria..
In ogni caso io farei cosí:
Eist+Eacc=Escamb

Escamb (j)= energia max. Cont. Richiesta agli scambiatori nel periodo di punta (1.5 ore)
Eacc(j)= energia preaccumulata dal volano nel periodo di ricarica ( 2 ore)=Pot-p.d.c.*2 ore..
Eist= energia che la pompa di calore cede all'acqua durante il periodo di punta..

Facendo opportune sostituzioni e trovano Eacc poi mi viene fuori un volume necessario troppo elevato..forse sovrastimo l'energia da cedere agli scambiatori nel periodo di punta..

[NoNickName]

Io dimensiono sui 10-12 minuti di compressore.

14kW*1/6 di ora = 2.33kWh di energia accumulata.
14kW*1/5 di ora = 2.80kWh di energia accumulata.

Sulla base della portata e del DT trovi il volume.

[shinobi9]

Grazie della risposta,
ma nota l'energia ed il DT a cosa mi serve sapere la portata?
Potrei usare E=V*c*DT e si trova V= 746 [litri]...no

Però, forse sbaglio qualcosa concettualmente, ma nel tuo conto non è riduttivo considerare solo i tempi di funzionamento del compressore?
Cioè avendo gli scambiatori per a.c.s...per far passare 25 [l/min] da 12 a 45 [°C] si scambia una potenza di 57 [kW]!! e gli scambiatori sono 8...mentre la pompa di calore è da 14 [kW]. di questo ne dovrò tenere conto immagino..

[NoNickName]

Potrei usare E=V*c*DT e si trova V= 746 [litri]...no

no? Perchè?

Però, forse sbaglio qualcosa concettualmente, ma nel tuo conto non è riduttivo considerare solo i tempi di funzionamento del compressore?

Si o no, dipende dal tuo obiettivo.

Cioè avendo gli scambiatori per a.c.s...per far passare 25 [l/min] da 12 a 45 [°C] si scambia una potenza di 57 [kW]!! e gli scambiatori sono 8...mentre la pompa di calore è da 14 [kW]. di questo ne dovrò tenere conto immagino..

Quindi ricapitolando hai una pompa di calore da 14kW, ma il carico instantaneo massimo è 57*8=456kW?
Anche ipotizzando un fattore di contemporaneità del 20% avresti 91kW.
Certo che ne dovresti tenere conto, soprattutto nella scelta della PDC prima che dell'accumulo...

[shinobi9]

Ecco la situazione. (* c'è un errore nel disegno ovviamente sono 25 l/min di acs!)
In pratica se consideriamo un carico max contemporaneo di 91 [kW] come dici, mi verrebbe da usare la formula che dicevo ovvero la logica è che nel periodo di picco (1,5 h) l'energia da cedere è data dalla somma di quella preaccumulata nel volano + quella che cede istantaneamente la pdc...è proprio questo il senso del volano in questo caso secondo me..ovvero compensa le carenze di potenza della pdc.
Quindi avrei:

Eacs (richiesta con carico massimo al 20% in 1,5 ore) = 91 kW *(1,5h*3600)= 4,91*10^8 [J]
Eist_pdc (potenza che cede istantaneamente la pompa di calore nel periodo di picco)= 14*1,5*3600= 7,56*10^7 [J]

Eacc= energia che devo aver accumulato nel periodo di preriscaldamento del volano ( che poi calcolo)= Eacs-Eist_pdc= 4,91*10^8-7,56*10^7= 4,154*10^8 [J]
= V*c*DT ovvero V= Eacc/c*DT (con DT= 41°C come da disegno) e ottengo 2420 [litri]....che con una 14 kW viene preriscaldato in ben 4,158*10^8/(14000*3600)= 8,25 ore...dove sbaglio? La forumla è corretta? poi volendo posso deviare 2 pdc sul volano invece che una, quindi 28 kW invece che 14..

[NoNickName]

ottengo 2420 [litri]....dove sbaglio? La forumla è corretta? poi volendo posso deviare 2 pdc sul volano invece che una, quindi 28 kW invece che 14..

Non sbagli nulla. Devi accumulare 415.400.000J = 115kWh x 860 / 41 = 2410 litri.
Li dovresti accumulare comunque, anche con 2 pdc, solo che con una pdc per accumulare 2410 a 55°C ti ci vogliono 115/14=8 ore. Mentre con 2 ci vogliono 4 ore.

Ma domanda: perchè il ritorno è 14°C? Di solito sugli scambiatori il dt è 10-15K. Tu non stai reintegrando acqua di acquedotto sul volano...
La produzione istantanea è sul secondario degli scambiatori (12/45°), ma sul primario avrai 55/42° o qualcosa del genere... no?

[shinobi9]

Allora..l'impianto prevederebbe 3 pompe di calore viessman vitocal 200-S 14 kW in parallelo di cui, pensavo ingenuamente, una da 14 kW che devia sul volano termico per l'acs istantanea.
Solo che a questo punto potrei farcene deviare 2 su 3 lasciandone una a lavorare sull'impianto di riscaldamento (che comunque il carico di picco dell'edificio è 39 kW ma a -2°C esterni e considerando tutti gli ambienti in simultanea)..però anche in questo caso avrei un serbatoio da 1980 [litri] e 4 ore di ricarica...non è eccessivo? in questi casi come posso stimare il carico max contemporaneo, è lecito considerare il 20% ovvero i famosi 91 kW)?

Ma domanda: perchè il ritorno è 14°C? Di solito sugli scambiatori il dt è 10-15K. Tu non stai reintegrando acqua di acquedotto sul volano...
La produzione istantanea è sul secondario degli scambiatori (12/45°), ma sul primario avrai 55/42° o qualcosa del genere... no?

Fose è qui che ho sbagliato..

Dai dati tecnici degli scambiatori so solo che se voglio tot litri/min a 45°C con input 12°C devo mandare acqua ad una certa temperatura ovvero 55°C...non so altro.
Poi si dice che la portata varia tra 540 l/h e 1400 l/h sul primario. Quindi io ho supposto di avere 1200 l/h che, per scambiare 57 kW, corrisponde a 41 °C di deltaT..ovvero da 55 a 14 °C..

[arkanoid]

Ma domanda: perchè il ritorno è 14°C? Di solito sugli scambiatori il dt è 10-15K. Tu non stai reintegrando acqua di acquedotto sul volano...
La produzione istantanea è sul secondario degli scambiatori (12/45°), ma sul primario avrai 55/42° o qualcosa del genere... no?

Dalla poca esperienza che ho in questo tipo di impianti comunque vedo che anche chi propone sistemi preassemblati lavora con delta T 30 o 35°C sia sul primario che sul secondario. In prima battuta non vedo niente di male, riduci anche le portate. Forse a livello di dimensionamento "fisico" avere delta T 1:2 o 1:3 tra primario e secondario porta ad errori maggiori.

[NoNickName]

Continua a esserci qualcosa che non quadra. 39kW di picco per riscaldamento e 400-450kW di picco per ACS...
Questa differenza va verificata.
E' lecito considerare il 20% ovvero i famosi 91 kW? Dipende... se tutto il condominio si fa la doccia alle 7 del mattino, è chiaro che 90kW sono pochi.

[shinobi9]

Sono 8 edifici con alcuni ( 4) che hanno 2 bagni..immaginando acquedotto a 12°C e utilizzo a 42°C con una portata calda di 20 l/min ( e sono basso) avrei sono 42 kW a utenza..moltiplicato per 8 sono 328 kW...che al 20% mi darebbe 65,6 kW....Credo che sia il problema di fondo la percentuale massima contemporanea...è un dato troppo aleatorio.

[arkanoid]

Mi è capitato di usare il quaderno caleffi "impianti idrosanitari" per un albergo. A pag. 37 c'è una tabella di corrispodenza tra portata totale complessiva e portata di calcolo da utilizzare. A sentimento risultano valori troppo bassi, ma effettivamente dipende dall'aleatorietà dell'utenza.
Credo che in casi in cui ci sia troppa variabilità un sistema con un piccolo accumulo lato secondario (acs) sia comunque una soluzione da prendere in considerazione per non avere problemi sui bassi carichi. Sul picco lo scambiatore ce la deve fare, ma non regolerà mai bene al 5% del carico.

[shinobi9]

Grazie delle risposte..quindi che mi consigliare di fare nel mio caso di 8 appartamenti?
La soluzione che mi sembra più "sensata" è di due pompe di calore che ricaricano il volano (28 kW) e un volano di 1500 (litri). In alternativa classico boiler e pompa di ricircolo..

[shinobi9]

Penso di aver risolto...in pratica guardando questa tabella della caleffi durante il periodo di punta il consumo per i miei 8 appartamenti verrebbe 2204 [l] che corrisponde ad una portata media di 24,18 [l/min], ovvero un'energia da fornire nel periodo di punta di 2,58*10^8 [J]...e con una 14 [kW] avrei un volume di accumulo di 1400 [l] ed un tempo di ricarica di 3,6 [h]. Con due pompe da 14 [kW] ovviamente il volume scende a 860 [litri]

[arkanoid]

quella tabella serve per il dimensionamento dei bollitori di acs, non di sistemi con produzione rapida e accumulo tecnico. In quel caso spalmi la potenza nel tempo usando l'accumulo e il tuo limite è l'accumulo. In caso tu abbia accumulo tecnico, la potenza devi renderla effettivamente e l'accumulo deve essere sufficientemente grande da consentirti di mantenere le temperature operative dello scambiatore nominali per il periodo in cui hai il picco, con eventuale reintegro del generatore se di potenza dello stesso ordine di grandezza.
La criticità in questi sistemi è che l'accumulo tecnico se hai grosse utenze deve essere grande, diversamente hai della miscelazione che ti abbassa la temperatura in mandata allo scambiatore e perdi potenza.

[NoNickName]

Ma ci sono altri problemi in questo schema:
1) il volano deve essere in serie non in parallelo, altrimenti la mandata miscela 14 con 55°C
2) Con 1200 litri/h * 8 = 9600 litri/h e una potenza di 28kW, il dT è 6.7K e non 31K, quindi se il ritorno è 14°C, la mandata sarà poco meno di 21°C

[shinobi9]

Grazie delle risposta,

1) il volano deve essere in serie non in parallelo, altrimenti la mandata miscela 14 con 55°C

Ok...ma così facendo avrei vari inconvenienti ovvero il circolatore della pompa di calore, ogni volta che il volano va ricaricato, deve vincere le perdite di carico di tutto l'impianto e di fatto " aspira" acqua calda dal volano per farla passare negli scambiatori (anche se non si chiama acs) solo per ricaricare il volano.
Inoltre se ho 1200* litri/h è vero che si miscela sul volano ma a giudicare da quei calcoli di dimensionamento della caleffi è una situazione praticamente impossibile...come dicevo mi risulta una portata media sul periodo di picco di soli 42 l/min...

[NoNickName]

Ok...ma così facendo avrei vari inconvenienti ovvero il circolatore della pompa di calore, ogni volta che il volano va ricaricato, deve vincere le perdite di carico di tutto l'impianto e di fatto " aspira" acqua calda dal volano per farla passare negli scambiatori (anche se non si chiama acs) solo per ricaricare il volano.

Non puoi calcolare la perdita di carico a 1200 l/h e poi farci passare 21 l/h

Inoltre se ho 1200* litri/h è vero che si miscela sul volano ma a giudicare da quei calcoli di dimensionamento della caleffi è una situazione praticamente impossibile...come dicevo mi risulta una portata media sul periodo di picco di soli 42 l/min...

Ma come può essere possibile che da un picco massimo teorico di 9600 litri/h scendi a 42? E' un rapporto 1 a 228!!
E anche se fai passare l'acqua solo su 2 scambiatori alla volta, è comunque 2400/42= 1 a 57.
Per me è da riprogettare tutto.

[shinobi9]

Ma come può essere possibile che da un picco massimo teorico di 9600 litri/h scendi a 42? E' un rapporto 1 a 228!!
E anche se fai passare l'acqua solo su 2 scambiatori alla volta, è comunque 2400/42= 1 a 57.
Per me è da riprogettare tutto.

Si ma non dico che non lo sia...però scusa perchè ora parli di 9600 [l/h] ? è una follia sono 106 [l/min] ovvero quasi 11 docce attive per un ora e mezza...

Infatti avevi proposto sensatamente 9600*0,2= 1920 [l/h] ovvero 21 [l/min] continuativi per un ora e 30 che mi pare abbia più senso..

La caleffi propone un VOLUME di acqua consumato nel periodo di picco pari a 3800 [l] che corrisponde a 42 [l/min] ( e non [l/h] come hai scritto) di portata media..che comunque sono in pratica quasi 5 docce da 9 [l/min]..

[NoNickName]

Si ma non dico che non lo sia...però scusa perchè ora parli di 9600 [l/h] ? è una follia sono 106 [l/min] ovvero quasi 11 docce attive per un ora e mezza...

Scusa, ma è nel tuo progetto: 1200 x 8 = 9600 l/h.
L'immagine l'hai postata tu.

Infatti avevi proposto sensatamente 9600*0,2= 1920 [l/h] ovvero 21 [l/min] continuativi per un ora e 30 che mi pare abbia più senso..

Beh, ti ringrazio di affermare che ciò che ho scritto io abbia più senso di quello che hai scritto tu, ma non buttarti giù così.

La caleffi propone un VOLUME di acqua consumato nel periodo di picco pari a 3800 [l] che corrisponde a 42 [l/min] ( e non [l/h] come hai scritto) di portata media..che comunque sono in pratica quasi 5 docce da 9 [l/min]..

Ma quello è il consumo di acqua dal lato sanitario, non dal lato dell'accumulo.

[shinobi9]

Ma quello è il consumo di acqua dal lato sanitario, non dal lato dell'accumulo.

Quando sbaglio tendo a dirlo senza problemi..
Comunque appunto 42 [l/min] sono 82 [kW] di scambio (con acqua da 12 a 40 °C) e con un delta T di 30 gradi sugli scambiatori di a.c.s. (che dovrebbe essere il detaT sugli scambiatori) sono 2350 [l/h]...e le due pompe di calore sul primario danno circa 4000 [l/h] insieme...quindi il ricircolo verso gli scambiatori con conseguente abbassamento di temperatura difficile che ci sia..

Dai dati tecnici la portata sul primario degli scambiatori varia da 524 a 1400 [l/h] ma direi che proprio per questo 2350 [l/h] per 42 [l/min] ci può stare..

[NoNickName]

Comunque appunto 42 [l/min] sono 82 [kW] di scambio

tu hai 28kW con due pdc accese, non 82kW.

[shinobi9]

Ok ma ho l'accumulo da almeno 1200 litri..

Cioè secondo me la logica è che in quell' ora e mezza di punta devo fare in modo che l'energia richiesta dall'acs sia fornita dalla pdc+accumulo...sennò a che servirebbe l'accumulo?
cioè vale "Ea.c.s.= Ep.d.c.+ Eaccumulo"

[NoNickName]

Ok ma ho l'accumulo da almeno 1200 litri..

Ma tu confondi energia con potenza.
Un serbatoio da 1200 litri ad una temperatura di 55°C, raffreddandolo con una potenza di (82-28)=54kW raffredda una portata di 42 l/min di 18K. Dopo 4 minuti l'acqua del serbatoio è già a 50°C, dopo altri 4 minuti è a 45°C, AL NETTO DELLA POTENZA DELLE PDC.
In 10 minuti gli scambiatori non forniscono più alcuno scambio termico, perchè il DT tra i due lati è pressochè ZERO.

[Esa]

"shinobi9"
Se produci l'ACS con scambiatori istantanei collegati ad un serbatoio, per 8 appartamenti bastano 500 litri.
Lo tieni caldo con le PdC, senza problemi.
Potrebbe risultare un po' complicata una regolazione efficiente. Ma, con flussostati adeguati, una pompa sul primario a portata variabile (inverter) e un controllo per l'arresto della pompa del riscaldamento ambiente, te la caverai benissimo.
Hai per caso un impianto FV?

[arkanoid]

Guardati gli schemi idraulici dei kit Danfoss.
500 litri per 8 appartamenti a mio avviso sono molto pochi se sul primario hai una pompa di calore da qualche kW. Se hai una caldaia da 35 kW ci possono stare.

[NoNickName]

Guardati gli schemi idraulici dei kit Danfoss.
500 litri per 8 appartamenti a mio avviso sono molto pochi se sul primario hai una pompa di calore da qualche kW. Se hai una caldaia da 35 kW ci possono stare.

Eh. va bene il pauperismo che va di moda ultimamente sulla transizione ecologica... ma c'è un limite a tutto.

[shinobi9]

AL NETTO DELLA POTENZA DELLE PDC.

Che la temperatura cali ok..ma mi pare che questa sia un'ipotesi un pò troppo pesante. E' un problema " dinamico" sono d'accordo..forse andebbe risolto con una teoria tipo euqazioni differenziali ma a part questo una volta una nota marca mi ha proposto per un condominio 900 litri e due scambiatori a valle da 49 l/min con 25 kW di pompa di calore sul volano...

Hai per caso un impianto FV?

Grazie, no è in un edificio storico medievale

Guardati gli schemi idraulici dei kit Danfoss.

Dove posso trovarli?

[NoNickName]

una volta una nota marca mi ha proposto per un condominio 900 litri e due scambiatori a valle da 49 l/min con 25 kW di pompa di calore sul volano...

E come è finita?

[Esa]

900 litri per 8 appartamenti e 2 PdC da 28 kW (elevabili a 3!) sono troppi.
500 litri vanno più che bene. Tenere 900 litri caldi sempre garantisce un costo di esercizio spropositato.
Nei miei progetti, propongo sempre impianti autonomi, senza ricircolo.
Nel tuo caso, la circolazione è obbligatoria: riduci l'accumulo e punta sulla regolazione (deviazione della potenza sul sanitario).
Se le PdC fanno anche il freddo, allora potrebbero esserci problemi. Ma, in questo caso (estate), una PdC dedicata solo all'ACS basta e avanza.

[arkanoid]

Dove posso trovarli?

Contatta il tuo agente di zona, non li ho mai trovati online.

[shinobi9]

900 litri per 8 appartamenti e 2 PdC da 28 kW (elevabili a 3!) sono troppi.
500 litri vanno più che bene. Tenere 900 litri caldi sempre garantisce un costo di esercizio spropositato.
Nei miei progetti, propongo sempre impianti autonomi, senza ricircolo.
Nel tuo caso, la circolazione è obbligatoria: riduci l'accumulo e punta sulla regolazione (deviazione della potenza sul sanitario).
Se le PdC fanno anche il freddo, allora potrebbero esserci problemi. Ma, in questo caso (estate), una PdC dedicata solo all'ACS basta e avanza.

Ok grazie della risposta, ma come lo faresti questo calcolo del volume?

[Esa]

ma come lo faresti questo calcolo del volume?

Il problema del dimensionamento degli impianti sanitari (adduzione, ricircolo, scarico, ecc.) è, da sempre, legato a coefficienti di contemporaneità ballerini. Un tempo (per esempio) la norma UNI, prescriveva, per la colonna di scarico dei WC , un diametro di 80 mm!
Le norme tedesche, per le reti idrauliche, portano a diametri inferiori a quelle adottate normalmente in Italia. Non parliamo dei ricircoli, fonte di spese assurde per mantenerle in esercizio: diametri elevati, portate eccessive, ecc.
Per venire alla domanda, partirei quindi dal consumo medio di una famiglia: 250 litri di ACS al giorno, ripartiti nell' arco delle 24 ore. La punta (e qui nasce il primo ostacolo al ragionamento) viene, di solito (Ashrae, DVGW, ecc.) calcolata al mattino o alla sera. Quale è quella "giusta"? Bella questione! Comunque, in entrambi i casi, il picco è sul 20% del totale concentrato in quell'orario (mattino o sera).
Poi c'è la contemporaneità delle utenze. Ragionevolmente si può presumere che in 3 o 4 appartamenti su 8 si faccia la doccia nell'arco della stessa ora (mattino o sera che sia).
Consideriamo anche che, mediamente, una famiglia consuma (in un anno) circa 1.000 kWh elettrici se ha un boiler a resistenza (il classico 80 litri), anche meno se ha il gas (boiler istantaneo). Quindi l'equivalente di 3 kWh al giorno.
Per tornare alla questione del volume dell'accumulo, se consideriamo 3 o 4 docce nell'arco di un'ora, servono circa 200/250 litri di acqua a 40°C (qualcuno considera meno di 40°C). Quindi circa 7.300 W (250*25*1,16).
Un accumulo di 500 litri te ne può fornire oltre 8.700 W (500*15*1,16).
Se hai una PdC che fornisce 14 kW in un'ora, reintegri senza problemi.
Per quanto mi riguarda, installerei un serbatoio da 300 litri, collegherei 1 sola PdC (con Bypass di emergenza per garantire l'intervento, in manuale, delle altre), tarata alla max temperatura ragionevole per il tipo di macchina (55°C ?) e una resistenza elettrica di emergenza con una potenza pari a quella elettrica della PdC (3 o 4 kW).
800 litri sono un'assurdità. 500 litri sono eccessivi.
Ma tu conosci meglio la situazione concreta.

[shinobi9]

Grazie della risposta, ma dalla tua risposta non capisco se hai chiaro che ci sono gli scambiatori di a.c.s. intermedi, in pratica il volano termico andrebbe ad alimentare quegli scambiatori con una portata dai 540 ai 1400 l/h.
Altrimenti per il calcolo di un boiler classico avrei fatto lo stesso ragionamento

[Esa]

Che siano 8 scambiatori di potenza pari a X o uno scambiatore di potenza pari a 8X, non mi sembra che cambino i problemi da affrontare.
Ma posso sbagliare.

[giotisi]

ho seguito il 3D ma non sono mai intervenuto perchè 'non è roba mia'
però nello schema vedo un ritorno all'accumulo a 14 gradi: ma gli scambiatori satellite sono 'perfettamente' controcorrente da avere solo due gradi di salto termico?