testo tecnico sul Free Cooling

[kensan]

Ciao,
sono nuovo del forum e dell'argomento free cooling. Vorrei discutere questo testo tecnico che linko di seguito:
https://www.kensan.it/tmp/airbase_10263.pdf
Si tratta di una trattazione di un modello di free cooling con i risultati di un sistema reale (in fondo all'articolo). L'esperimento riguarda un vano scale alto 10 metri con una apertura alla base e una alla sommità, l'esperimento è durato 10 ore e sono state misurate sia la temperatura esterno, quella interna e quella del muro. Nell'esperimento è stato trovato anche la Potenza termica raffreddante che l'aria fredda esterna ha portato via dalle superfici.

Sono indicati tutti i dati tra cui i metri cubi del vano: 540 m³
metri quadri della superficie: 700 m²
Energia raffreddante: 90 kWh
Q: circa 8-11 kW
Ricambi d'aria: 10
ecc.

C'è il modello matematico e il confronto con quello sperimentale.

La ventilazione è naturale (effetto camino) ma credo che nel caso in cui sia forzata le formule non cambino. Semplicemente m' data dalla formula (2) non è più ricavata ma imposta dall'estrattore d'aria. m' è la derivata di m(t) che è la massa d'aria entrante (e uscente) dalle aperture. Comunque si possono considerare i m³ d'aria, il concetto è analogo. (the ventilation rate, being almost constant over the night)

Ecco, mi interessava discutere di questo punto. Se in una casa di due piani fosse messo un estrattore d'aria nel punto più alto del 2° piano, credo che potrei applicare le formule di questo studio linkato, in particolare la formula (1), (3) e (4) e mediante risoluzione numerica (MATLAB o OCTAVE) potrei risolvere l'equazione non lineare e avere una soluzione numerica. Nello studio vedono che la soluzione del modello matematico ha una buona qualità rispetto al modello sperimentale (differenza di 1°C):

«The calculated exhaust air temperature, Tin, is about one degree too low which is nearly
10% of Tin-Tout and Q is therefore underestimated by up to 15%, showing the kind of
accuracy we can expect fmm such a simplified model.»

Ora analizzando i dati del grafico (Figura 2.) Si vede che i muri si sono raffreddati di poco (2 gradi) in 10 ore con un bel santo termico (8 gradi) e con un numero di ricambi d'aria di 10 che con un estrattore sarebbe impensabile. Inoltre questo free cooling corrisponderebbe a un condizionatore da 16 Watt per metro cubo di vano scale, quando è consigliato avere un condizionatore da 30 W/m³ (regola d'oro del condizionamento delle case civili).

L'estrattore d'aria nel caso del pdf dovrebbe estrarre 540·10 m³/h ovvero oltre 5000 metri cubi all'ora: è fattibile? Che rumori avremmo? che consumi avremmo? che buco sul muro è necessario fare se non si può sfruttare l'effetto camino (in una casa normale non ci saranno mai 10 ricambi d'aria all'ora) ?

Ecco mi interessava discutere di questo con degli esperti come quelli che frequentano questo forum. Tenete conto che sono un principiante.

[NoNickName]

Mi stai dicendo che se lasci aperta una finestra di notteo o accendi un ventilatore, la temperatura interna si avvicina asintoticamente alla temperatura esterna?
Ma è incredibile.

E' bellissimo pensare di far ventilare un vano scale a Milano a Luglio o Agosto quando di notte ci sono 28/30°C.
Utile.

[kensan]

@NoNickName dai una occhiata ai grafici della temperatura ora per ora nel mese di Agosto nella zona dell'aeroporto di Milano.

Edit: Per chi è interessato veramente alla questione free cooling lo invito a vedere i grafici.

Per esempio Milano 15 agosto 2023:
temperatura massima 33°C,
temperatura minima: 24.9°C,
ΔT = 8.1°C
https://www.3bmeteo.com/meteo/milano/storico/202308

Mantova 15 agosto 2023:
temperatura massima 34.1°C,
temperatura minima: 23.1°C,
ΔT = 11.0°C
https://www.3bmeteo.com/meteo/mantova/storico/202308

ecc, ecc.

Cremona:
https://www.3bmeteo.com/meteo/cremona/storico/202308
Torino:
https://www.3bmeteo.com/meteo/torino/storico/202308
ecc, ecc.

I grafici ora per ora danno un delta T minore ma comunque importante. Per esempio uno che vive a Mantova si accorge certamente che in Agosto la sua casa è costantemente e a30-31°C mentre di notte la minima è di 23 °C e quindi può sfruttare un salto termico di 7 gradi che è variabile certamente, basso alcune ore dopo il tramonto, poi sale, raggiunge un massimo e poi scende dopo l'alba.

[NoNickName]

@NoNickName dai una occhiata ai grafici della temperatura ora per ora nel mese di Agosto nella zona dell'aeroporto di Milano.

Linate è in campagna, su una aviosuperficie di diversi km2 di sola erba in campo libero.
Non è significativa nella rappresentazione termica di Milano.

[marcocinalli2]

il free cooling è molto interessante (naturale si, ma meccanico ovviamente molto di più).
chiaramente come ogni tecnologia trova la sua applicazione e diviene più interessante in contesti con determinate condizioni.
io ad esempio l'ho visto applicare in edifici passivi con successo, spesso il suo impiego viene richiesto/prescritto per avere forme di finanziamento a tasso agevolato o a fondo perduto (per esempio in austria) oppure quando ho già (o si prevede) un impianto di ventilazione che con alcuni accorgimenti possa funzionare bene in free cooling. Poi certamente il funzionamento e la regolazione dovrà essere gestito da una centralina di controllo che tenga conto dei parametri interni/esterni ecc.
Nello studio hanno usato un volume semplice (parallelepipedo) come esercizio numerico e di studio, anche interessante, ma per la tua applicazione (un estrattore o una apertura al secondo piano) sarebbe troppo difficile garantire il (de)flusso dell'aria negli ambienti: lasceresti tutte le finestre e le porte aperte del piano terra e del primo piano in modo da "raffrescare" tutti i vani?
Come ho scritto sopra il sistema poi dovrebbe essere automatizzato (condizioni esterne/interne), come gestisci l'apertura delle finestre?

Ripeto, interessante esercizio ma difficilmente applicabile a realtà esistenti che come nel tuo caso non hanno nemmeno un impianto di ventilazione (a parte le altre cose che comunque mancherebbero).

ps: 5000 mc/h si usano ad esempio per ventilare una scuola elementare con 8 classi...

[NoNickName]

Noi abbiamo macchine con la serranda automatica. Si apre in rinnovo di notte, e si chiude di giorno.
Ma i risultati non sono interessanti.
In austria e in germania è utilizzato molto, ma conta anche il regime climatico continentale... il delta t diurno nottuno deve essere ampio.

[kensan]

il free cooling è molto interessante (naturale si, ma meccanico ovviamente molto di più).

infatti la mia idea era approfondire il freecooling meccanico.

chiaramente come ogni tecnologia trova la sua applicazione e diviene più interessante in contesti con determinate condizioni.
io ad esempio l'ho visto applicare in edifici passivi con successo, spesso il suo impiego viene richiesto/prescritto per avere forme di finanziamento a tasso agevolato o a fondo perduto (per esempio in austria) oppure quando ho già (o si prevede) un impianto di ventilazione che con alcuni accorgimenti possa funzionare bene in free cooling. Poi certamente il funzionamento e la regolazione dovrà essere gestito da una centralina di controllo che tenga conto dei parametri interni/esterni ecc.

Capisco che ci sono problematiche ma prima di affrontare i problemi volevo avere delle informazioni da parte di esperti che hanno esperienza e che sono in grado di capire un testo tecnico come quello allegato al mio top post.

Nello studio hanno usato un volume semplice (parallelepipedo) come esercizio numerico e di studio, anche interessante, ma per la tua applicazione (un estrattore o una apertura al secondo piano) sarebbe troppo difficile garantire il (de)flusso dell'aria negli ambienti: lasceresti tutte le finestre e le porte aperte del piano terra e del primo piano in modo da "raffrescare" tutti i vani?
Come ho scritto sopra il sistema poi dovrebbe essere automatizzato (condizioni esterne/interne), come gestisci l'apertura delle finestre?

L'apertura al PT (piano terra) è obbligatoria per legge, il mio idraulico che mi ha allestito l'impianto di gas metano me l'ha fatta fare e molto ampia. Sarebbe necessario forse ampliarla e magari mettere delle griglie a chiusura elettrica. Comunque questo è un passo che viene dopo lo studio preliminare se è fattibile o meno il freecooling nella pianura padana.

Ripeto, interessante esercizio ma difficilmente applicabile a realtà esistenti che come nel tuo caso non hanno nemmeno un impianto di ventilazione (a parte le altre cose che comunque mancherebbero).

ps: 5000 mc/h si usano ad esempio per ventilare una scuola elementare con 8 classi...

Hai letto attentamente il testo? Ottimo!
Per entrare nel dettaglio a pagina 5 del pdf (pagina 243), dopo la formula (5) si dice:

Codice: Seleziona tutto

The rnaximum value for the heat loss Q=Sihc(Tw -Tout) is approached when the cooling
factor CF=Cp*m' /Si*hc is large. For CF=1, Q is at 50% of its maximum value, and to
increase Q further one has to increase the mass flow in in a disproportionate way. In
conclusion, for a given value of the wall surface area Si, we estimate an air flow rate of
about (Si/200) m³/s to correspond to CF=1. For the case of Figure 2, the air flow rate
was nearly constant at 1.6 m³/s and CF=0.5.

Ora Si= 700 m², quindi Si/200= 3.5 m³/s, quindi il loro esperimento rappresentato dalla fig. 2 con m' in m³/s di 1.6, è pari a circa il 46% del valore ottimale. Con questo m' sono già al livello di 10 cambi d'aria all'ora, con m' ottimale da 3.5 m³/s i cambi all'ora diventano 21.9.

Io non sono un esperto di sistemi di ventilazione forzata ma mi sembrano numeri enormi.

stando bassi con i 10 cambi all'ora dell'esperimento sono 540 m³ del vano scale cambiati 10 volte in un'ora. Fanno 5400 m³/h che per rendersi conto è come avere un buco nel muro da 1 m² entro cui scorre un flusso d'aria alla velocità di 5400 metri all'ora ovvero 5400/3600= 1.5 m/s = 5.4 km/h

difficilmente posso fare un buco nel muro in entrata e in uscita per avere il flusso da 1.5 m/s. Se il buco è di 1/4 (0.25 m²) il flusso ha una velocità di 4 volte ovvero 6 m/s (21.6 km/h).

Ho trovato questo:

https://www.amazon.it/Aygrochy-Estratto ... B0CCTP42DH

Diametro del tubo: 200 mm,
Flusso d'aria: 935 m³/h,
Potenza: 70 W,
Livello di rumorosità: 42 dBA,
Pressione: 768 Pa,
Classificazione IP44
costo 200€

siamo a circa 1000 m³/h contro i 5400 che servirebbero.
se la cosa è proporzionale, per avere 5400 m³/s servirebbe un fattore moltiplicativo di x5.8, quindi:
70Wx5.8 = 400 W
200€x5.8 = 1200 €
e con 400W per 10 ore di funzionamento i costi sono:
400W·10h·30gg·4mesi·0.25€/kWh = 120 €/anno

il rumore sarà molto alto anche se ci sono gli estrattori silenziati.

[marcocinalli2]

il free cooling è sempre fattibile (nel senso che lo si potrebbe realizzare spendendo soldi), poi interessante (nel senso che "il gioco valga la candela") non sempre, e nel tuo caso non lo è.

il free cooling è ottimo in scuole, uffici o capannoni industriali o per le superfici comuni di hotel (corridoi, lounge, ricezione, sala ristorante) perché di notte l'impianto di ventilazione lo faccio funzionare con la massima portata e non disturba nessuno, in un abitazione invece spendi (anche molto, specie se stai ristrutturando) e ti accontenti (spesso di poco).

infine sul modello/simulazione/esercizio e sui valori in esso riportati: una volta individuate le condizioni di comfort che deve avere/mantenere un abitazione, ufficio, scuola ecc credo che i dati ed i valori che indichi perdano automaticamente di significato e fattibilità