Progettazione U.T.A.

[GiuseppeMazza]

Buongiorno a tutti.
Mi trovo a dover progettare una centrale U.T.A. per un centro Polisportivo.
Ho cercato un esempio di progettazione, ma non si trova molto, quindi vorrei capire una prassi di progettazione.
Partendo dai dati di input:
1) Condizioni termofisiche aria esterna (temperatura, umidità relativa)
2) Condizioni termofisiche desiderate aria interna (temperatura, umidità relativa)
3) Carico termico (sensibile per il regime invernale, sensibile e latente per il regime estivo)

Adesso si passa ai calcoli:
1) calcolo portata d'aria necessaria: calcolo la portata d'aria necessaria per smaltire il carico termico totale (G= Qtot/(0,29*DT)), calcolo la portata d'aria esterna in funzione degli utenti e della quantità di vapore da smaltire, calcolo la differenza ed ottengo la portata di ricircolo.
2) Fissando la temperatura dell'aria di immissione, interseco nel diagramma psicrometrico la retta ambiente (calcolata come rapporto tra Carico sensibile e carico totale) con l'isoterma della temperatura di immissione desiderata, ottenendo il punto di immissione (di cui quindi conosco temperatura, umidità e tutto)
3) il ciclo quindi definito consiste in:
- Raffreddamento dalla temperatura di miscela a umidità specifica costante (fino ad intersecare la curva di saturazione). Questo trattamento avviene tramite una batteria fredda di potenza ottenuta moltiplicando la portata d'aria per la differenza di entalpia dei due punti.
- Deumidificazione ad umidità relativa costante.
- Post-riscaldamento ad umidità specifica costante, fino a raggiungere il punto di immissione. Questo trattamento avviene tramite una batteria calda di potenza ottenuta dal prodotto tra la portata d'aria e la differenza di entalpia dei due punti.

A questo punto dovrebbe essere finita la progettazione.
Qualcuno può gentilmente dirmi se il ragionamento è corretto e se esiste un prodotto commerciale che esegue il post riscaldamento tramite uno scambiatore di calore che sfrutta il calore rimosso dal processo di raffreddamento ad umidità relativa costante?

[GiuseppeMazza]

sarebbe veramente utile avere anche qualche dispensa chiara che, con esempi pratici, faccia vedere il processo di progettazione della centrale UTA.
Vi prego, aiutatemi!

[Esa]

Prova a mettere dei numeri:
- carico termico sensibile, latente; estate/inverno)
- temperature esterne ed interne
- quantità di aria esterna che vuoi.

[GiuseppeMazza]

Esa grazie mille per la risposta.
Allora, ti dico tutto il ragionamento:
Regime Estivo: Qsens= 9 kW, Qlat= 14,5 kW
Velocità aria ambiente < 0,1 m/s
Text= 33,6 °C
Umidità esterna relativa 48%
Tint= 28°C
U.R. int= 50%
Sup. Vasca Piscina= 43 mq => Vol Vasca Piscina= 60 mc;
Sup Utile Ambiente= 100 mq => Vol Utile Ambiente= 350 mc;

Da questi dati ottengo:
Aria esterna minima per smaltire umidità dal pelo dell'acqua = 20 x Svasca = 20 x 43 = 860 mc/h;
Aria esterna minima per ricambio aria locale = 5 Vol/h => 5 x 350 = 1750 mc/h;
Portata d'aria totale per sopperire ai carichi termici estivi (G) = Carito tot/(0,29 x DT) ed imponendo DT=10°C ottengo G=6900 mc/h;
Portata aria di ricircolo = G - 1750 = 5150 mc/h;

A questo punto ho una miscela d'aria tra la portata 1750 mc/h a condizioni termofisiche esterne ed una portata di 5150 mc/h a condizioni termofisiche interne. Ottengo così le condizioni della miscela, ovvero il punto di partenza per i trattamenti termofisici.
Da questo punto utilizzo una batteria fredda per raffreddare a umidità assoluta costante (ovvero sul diagramma psicrometrico mi porto ad umidità relativa del 100%) ottenendo il punto 2.
Qui intervengono le condizioni di immissione. Quindi tramite la retta ambiente, identifico un punto di immissione aria tale da permettermi di intersecare a temperature decenti la curva di U.R. 100%. Identifico quindi il punto a temp. 20,35°C (punto 4).
Da questo punto mi sposto fino alla curva di U.R. 100% ad umidità assoluta costante, identificando il punto 3.
Quindi, in definitiva, ho un raffreddamento sensibile (da 1 a 2), una deumidificazione (da 2 a 3) ed un post-riscaldamento (da 3 a 4).

In base a questi punti, ottengo la potenza delle batterie (fredda e calda) moltiplicando la portata per la differenza di entalpia dei punti.

Volevo cercare di capire se il ragionamento è corretto, se ci sono processi più semplici (ed economici sotto il punto di vista della gestione), e se esistono macchinari che utilizzano il calore rimosso nel processo 1-2 (raffreddamento) per eseguire il processo 3-4 (post-riscaldamento).
I miei risultati consistono in una batteria di raffreddamento della potenza di 12,14 kW ed una batteria di post-riscaldamento da 10,55 kW. Credi sia sensata come situazione?
Non avendo a disposizione metano, posso alimentare queste batterie con Chiller?
Onestamente credo di avere poche idee e ben confuse!

[Esa]

Scusa, ma non posso seguire i tuoi ragionamenti.
Scrivi solo i dati che ti ho chiesto, se credi, poi farò i miei ragionamenti.

[Esa]

"utilizzo una batteria fredda per raffreddare a umidità assoluta costante ".
Questo trattamento è teorico, nella pratica non esiste. Il trattamento vero dipende dalla spaziatura delle alette, dai ranghi della batteria e dalle condizioni del fluido utilizzato: natura (acqua, freon, ecc.), temperatura di ingresso e portata.
Il trattamento ad umidità assoluta costante è utile per una prima approssimazione, non per un progetto esecutivo.

[GiuseppeMazza]

Esa ho già valutato questo problema, infatti sto cercando di capire il discorso della retta batteria.
A quanto ho capito dal punto di miscela traccio una retta tangente alla curva di saturazione. Quindi in funzione del fattore di bypass della batteria scelta ottengo un punto sulla retta batteria. Se la retta batteria interseca la retta ambiente, allora il punto di immissione è quello. Se invece non interseca la retta ambiente, fisso il punto di immissione, ottengo di conseguenza il fattore di bypass e chiedo alla ditta di creare una batteria con questo fattore di bypass. Da questo punto eseguo un post riscaldamento per ottenere le condizioni di immissione.

Il resto del ragionamento funziona?

[Esa]

Scusa, ma non posso seguire i tuoi ragionamenti.
Se credi, scrivi solo i dati che ti ho chiesto. Poi farò i calcoli, a modo mio.

[GiuseppeMazza]

Ti ringrazio tantissimo,

- carico termico sensibile inverno: 10 kW,
- carico termico sensibili estate: 9 kW, latente estate 15 kW
- temperatura esterna bulbo secco: 33,6°C, U.R. 48%
- temperatura interna bulbo secco: 28°C
- quantità di aria esterna: 1750 mc/h

se non ti disturbo troppo, mi dici anche il ragionamento che fai tu?

[Esa]

Manca la Te inverno.
Sei sicuro che d'inverno non ci sia carico latente? se in estate ci sono 14,5 kW, d'inverno spariscono ?

[Esa]

Con un trattamento "classico", potresti immettere 7.500 kg/h (circa 6.800 m3/h) di aria a 24°C con 50%UR.
Il trattamento sarebbe: miscela AE e aria ambiente , raffreddamento (circa 50 kW, con acqua 7/12°C) e postriscaldamento (circa 19 kW).
Credo sia un costo di esercizio improponibile.
Pensa a questo trattamento: deumidificare (vedi Munters, ecc.) e raffreddare (circa 28 kW). Avresti meno potenza frigorifera (la metà), non dovresti riscaldare e anche il vantaggio che potresti utilizzare acqua refrigerata 13/18°C, con notevole aumento dell'efficienza frigorifera.

[Ronin]

Pensa a quest'altro trattamento: D'estate apri le vetrate e tieni l'uta in sola espulsione (ed eventualmente recupero termodinamico per scaldare l'acqua di reintegro a valle dello scambiatore acqua/acqua).
La potenza frigorifera scende a zero (non si spreca più energia per deumidificare una vasca piena d'acqua...), e si spende meno anche di termico perché si riduce l'evaporazione in vasca.
D'inverno invece normalmente basta il riscaldamento sensibile perché il latente lo assorbe l'aria esterna che ha umidità assoluta molto bassa.

[Esa]

In effetti, frequentare le piscine all'aperto, in estate, è molto piacevole. Anche senza UTA.

[Ronin]

Anche al coperto, ma con adeguata dotazione di vetrate apribili. La deumidificazione serve solo in quei rari casi in cui le vetrate non ci sono o comunque non si possono aprire (in quei casi di solito sono piccole piscine, dove sono più economici i deumidificatori in ambiente). C'È chi fa anche le coperture mobili, ma quello è un altro paio di maniche.
Deumidificare un locale ove si trova acqua liquida in quantità illimitata e' fatica degna di miglior causa, anche intuitivamente se ne colgono le ragioni.

[Esa]

Perché uno si fa una piscina da 60 m3 di vasca, senza finestre e poi vuole 28°C con 50% ?
Non sarà perché fa pagare l'ingresso e ci guadagna?
Magari, studiando bene la cosa, vien fuori che uno installa un frigorifero che raffredda/deumidifica e riscalda gratis acqua e aria.

[Ronin]

Questo è quello che direbbero i venditori di frigo. Un venditore di piscine direbbe fai le vetrate. Non a caso nelle piscine pubbliche ci sono praticamente sempre.

(se vuole 28C con 50%, non ha idea di come funziona una piscina: 50% ce li ha nel canale di mandata dell'uta, dove ragionevolmente nessuno paga un biglietto per entrare. Nel resto della sala vasche, dove la gente paga, c'ha 90% lo stesso, l'unica differenza e' quanta acqua evapora dalla vasca)

[Esa]

Ma ci si deve preoccupare dell'umidità in estate, mentre si nuota ?

[arkanoid]

Comunque, se il cliente lo chiede, lo si deve fare. Ci sono anche produttori che fanno macchinette apposta per piscine "tarate" sulle caratteristiche della piscina. Essendo che come dice giustamente Ronin è lo specchio d'acqua che domina, fatta la superficie della piscina fatta la macchina.

[Esa]

"se vuole 28C con 50%, non ha idea di come funziona una piscina: 50% ce li ha nel canale di mandata dell'uta".
Non credi che tra 24°C con 50% e 28°C con 50% ci sia una certa differenza?
Considerando che l'aria da trattare è miscelata (esterna+ambiente), non credo sia indolore deumidificare fino a 24°C con 50%. Poi, certo, in teoria potresti risparmiare il postriscaldamento che segue la deumidificazione, ma non sarebbe salutare (per i bagnanti) e comunque il riscaldamento è gratis (se progetti correttamente il sistema).
Meglio utilizzare deumidificatori a rotore?

[Ronin]

Come ho spiegato dal punto di vista energetico e' meglio non deumidificare affatto (i bagnanti non se ne accorgeranno punto).
In inverno quando fuori e' freddo, l'umidità la controlla l'aria esterna (che ha umidità assoluta molto ridotta e riscaldandola assorbe); in estate aprendo le vetrate si raggiungono tassi di ricambio che l'uta se li sogna (30 vol/h di aria esterna) per cui all'interno si stabilisce lo stesso clima dell'esterno, che e' ottimale per il bagnante (per l'appunto nudo e bagnato).
Anche deumidificando, per il bagnante non cambierebbe nulla, giacché si trova in prossimità dello specchio d'acqua che sta evaporando, e quindi l'ur dello spazio che occupa e percepisce e' intorno al 100% in qualsiasi condizione, per quanto si deumidifichi e per quanto si ricircoli (la funzione ricircolo per inciso e' indispensabile, ma semplicemente per scaldare la sala da freddo PRIMA che la gente ci entri). La ripresa di solito si tiene comunque accesa, perché essendo di solito prelevata sotto le tribune attraverso i cunicoli tecnici rinfresca le apparecchiature e asporta gli odori.
Il riscaldamento non è gratis salvo che ci sia un cogeneratore (per vasca da almeno 25x16 m turbina da 30 kwe, per vasche più piccole ciccia); il reintegro si può preriscaldare dallo scarico (30 anni dopo mio padre ci e' arrivata anche l'Enea con una scheda sui tee proposta al mise), ma comunque servirà riscaldare per reintegrare le dispersioni da evaporazione; e prima di scaricarla (il tasso di rinnovo e' fissato per legge) e' bene accumulare l'acqua per il controlavaggio filtri.
E vanno riscaldati anche gli spogliatoi, che la uni nell'ultima versione che ho letto diceva a. 24C e i bagni addirittura a 20C, per un sano brrrr...ivido (andrei avanti con questo piccolo condensato di 30+ anni di esperienza del babbo nel settore, ma fermiamoci qui).

@arkanoid: Il cliente ha sempre ragione, ma talvolta e' capace di ascoltare. E in casi ancora più frequenti di fare i conti in bolletta.

per quelli ancora svegli, I deumidificatori ad assorbimento sono più adatti per i salumi (o per gli archivi: Deumidificano facendo crescere la temperatura oltre i 45C sicché in applicazioni di comfort post-raffreddi sensibile più di quanto raffredderesti latente, e spendi di più anche di calore per alimentare il rotore. Meglio lasciarli dove sono indispensabili, come nei palaghiaccio)

[Esa]

Tuo padre si occupava di piscine? Ma come risolveva il problema della condensazione sulle vetrate ?

[Ronin]

nel modo che ho spiegato sopra

[arkanoid]

@ronin

se tutti i clienti fossero in grado di ascoltare e addirittura di fare i conti prima che gli arrivi la bolletta saremmo contenti di fare questo mestiere :asd:

[Esa]

Ma perché esistono tante aziende che propongono impianti specifici per piscine, con PdC variamente utilizzate, e poche con cogeneratori ?

[arkanoid]

i cogeneratori sono generatori, li abbini a quello che vuoi. Le pdc non hanno bisogno di gas, e la temperatura dell'acqua è comunque nel loro range ottimale di funzionamento, le 4 tubi possono lavorare in caldo e freddo contemporaneamente ragguingendo efficienze ragguardevoli

[Ronin]

Ma perché esistono tante aziende che propongono impianti specifici per piscine, con PdC variamente utilizzate, e poche con cogeneratori ?

a dir la verità a naso direi che le aziende che producono cogeneratori (diverse decine) sono molte di più di quelle che producono UTA per piscine (una manciata: ma forse non le conosco tutte). come detto, le UTA per piscina hanno impieghi specifici in situazioni in cui le vetrate non si possono aprire o non si possono proprio mettere (c'hai l'albergo in centro, cosa fai, le vetrate sul corso? ), in cui ovviamente diventa indispensabile deumidificare per evitare la condensa.
i cogeneratori invece hanno impieghi a-specifici, ma ben poche piscine hanno servizi di manutenzione dedicati e capaci di gestire un motore (ed infatti l'applicazione tipica è la microturbina, che non abbisogna di manutenzione se non agli intervalli programmati), ed ancora meno hanno una dimensione tale da potersi permettere di assorbire tutta la produzione elettrica ed un funzionamento 7 giorni su 7 tutto l'anno per girare abbastanza ore.

comunque è come chiedersi come mai le aziende che fanno multisplit (ESEER 4,5) sono una valanga, e quelle che fanno centrifughi condensati ad acqua (ESEER 10,5) una manciata: non è una questione di efficienza, è la dimensione richiesta dall'impiego, che stabilisce il numero dei clienti, e di conseguenza il numero dei produttori che riescono a vivere del mercato: le "UTA per piscina" in realtà sono macchinette per piscinette, ma prova a trattare in quel modo una piscina olimpionica . se davvero si volesse promuovere l'uso delle PDC in piscina, bisognerebbe usarle sugli scarichi dell'acqua, prima che sull'aria (ci sono modelli con scambiatori ad immersione per l'acqua delle docce, ad es., che di solito viene scaricata in fogna a temperatura più alta di quella della vasca...)

@arkanoid: touchè. ma io intendevo che se gli metti le vetrate apribili e gli scambiatori sul reintegro, i risultati li vede dopo...

[arkanoid]

Se si andasse a vedere il consumo reale dei frigo centrifughi ad acqua i numeri sarebbero molto, molto differenti. Se consideri la spesa energetica per le torri, il trattamento acqua e l'acqua stessa, sai bene che quei numeri arrivano ad un +10/+15% di efficienza rispetto alle migliori macchine ad aria e non oltre. Investimenti giustificati dai consumi, in ogni caso. Anche per le piscine, ci sono ricchi che hanno la piscina in casa con le colonne di travertino che hanno giù le macchinette della hidros, piscine di centri benessere che usano le eta pool di euroclima e piscine olimpioniche che usano il cielo, non mi sento di demonizzare nessuna di queste soluzioni, a ognuno il suo, non trovi?

[Ronin]

Ma no, dai. misuratori certificati MID allamano i rendimenti medi stagionali dei frigo condensati ad aria usati per comfort ambientale non superano lo EER nominale (l'eseer te lo sogni).
Così non è per i condensati ad acqua.
Il risultato è che i frigo ad aria stagionalmente rendono 3,1-3,2 quelli ad acqua (incluso torre) da 5 a 5,5, altro che 15% (e parlo delle marche top, non di quelle da battaglia).
Se un frigo ad aria rende più di 3,5 (nel centro-nord) vuol dire che viene usato quando potrebbe stare spento (fuori cioè da quelle 2500,ore anno in cui occorre davvero climatizzare), e se uno ad acqua non rende 5 vuol dire che non si e' capaci di regolarlo, altro che 15%, casomai 50%.
Poi per carità 1000 casi specifici che conosciamo tutti.

Ma comunque non era questo l'argomento: Io non demonizzo nessuna soluzione, semplicemente cerco di indirizzare verso la corretta comprensione del problema.
Tra i compiti del buon progettista c'è anche quello di evitare soluzioni che risolvono problemi che non si hanno.

[Esa]

Anche io ho brutte esperienze con i frigoriferi raffreddati con acqua di torre.
Preferisco quelli raffreddati ad aria, caso mai con condensatore ibrido (adiabatico) se voglio prestazioni elevate.
Ma i clienti, quasi mai accettano il maggior investimento. Si vede che non sono convincente.
Per tornare alla piscina (senza entrare nel merito se farla all'aperto o meno), mi limito a prendere per buona la richiesta. Per questo ho proposto raffreddamento e post, realizzati da un frigo con recupero del caldo (per il post). Mi sembrava una buona soluzione: semplice ed economica. L'eventuale caldo in eccesso lo uso per ACS e piscina.
Poi, se la richiesta non è 28°C con 50% ma 33°C con 48% (cioè, condizioni esterne), allora concordo con chi dice che l'impianto non serve.
Il cogeneratore non lo proporrei, viste le dimensioni dei locali. Ma, ammetto, ho scarsissima esperienza. Gli unici trattati (Totem, della Fiat), non sono stati apprezzati dai clienti.

[Esa]

"fuori cioè da quelle 2500,ore anno in cui occorre davvero climatizzare": da dove hai ricavato questo dato ?

[Ronin]

Il problema del condensato ad acqua e' che ti serve un manutentore. Non c'è cosa che spaventi di più del pagare uno stipendio, non importa quanto si risparmierà (anche se si comincia a risparmiare da 1 MWf in su: Non sono molti gli impianti di questa taglia).
Per i cogeneratori valgono considerazioni simili (anche se la taglia minima è calata moltissimo per via della crescita dei costi dell'elettricità).

Poi lo so bene anch'io che i clienti in gran maggioranza preferiscono contenere i costi di investimento, che 95 su 100 fanno scelte conservative se non proprio al ribasso, che l'innovazione spaventa (e gli enti pubblici che dovrebbero incentivarla fanno di tutto per negarti quello cui hai diritto).
Tutti gli ostacoli che rendono spesso impossibile perseguire il meglio non devono però far perdere di vista quali sono le soluzioni migliori e più efficienti, che era poi l'argomento del discutere: Non cosa vende di più, non cosa da meno problemi, non cosa costa meno d'acquisto, non cosa è più diffuso. Tutti argomenti validi con cui noi professionisti pero' finiamo nelle stesse trappole in cui finiscono i committenti della cui poca lungimiranza ci lamentiamo sempre.

Per il resto continui a parlare di piscina all'aperto (si dice scoperta) che non c'entra niente, ma c'è chi ha capito cosa intendevo.

Ps: Il numero di ore viene da monitoraggio degli ultimi anni di stagione, per attività terziarie tipiche che la notte e domenica sono chiuse (6 mesi x 30 gg x 16 h x 6/7)

[Esa]

"Il numero di ore viene da monitoraggio degli ultimi anni di stagione, per attività terziarie tipiche che la notte e domenica sono chiuse (6 mesi x 30 gg x 16 h x 6/7)".
Dipende da che terziario. Da noi ci sono "terziari" che lavorano 24 ore per 365 giorni all'anno (supermercati) e terziari che lavorano 2.500 ore all'anno (uffici). Un dipendente medio lavora 1.800 ore all'anno. Poi ci sono periodi "freschi".
Forse vale la pena di utilizzare i dati orari di Meteonorm e adattarli al proprio profilo di carico ?

[Esa]

"argomenti validi con cui noi professionisti pero' finiamo nelle stesse trappole in cui finiscono i committenti della cui poca lungimiranza ci lamentiamo sempre."
Normalmente sono i committenti che finiscono nelle nostre trappole. Quando sfuggono, finiscono in quelle dell'installatore e, se sfuggono anche a quelle, finiscono in quelle del manutentore. Se sfuggono anche a quelle, vuol dire che ne sanno più di noi: o siamo in un altro Paese o il ciclo ricomincia con un professionista "più bravo" '