Come calcolare il volume del refrigerante in un impianto di riscaldamento

La portata del refrigerante è un parametro importante da calcolare quando si progetta un sistema di riscaldamento autonomo. Questo valore viene preso in considerazione al momento della scelta della pompa di circolazione, dei radiatori, della caldaia e di altri tipi di apparecchiature di riscaldamento. Se il calcolo della portata del refrigerante viene eseguito in modo errato, in futuro può portare a conseguenze negative.

• In primo luogoL'impianto potrebbe non essere in grado di gestire il carico, per cui la temperatura dei locali sarà insufficiente anche quando la caldaia e la pompa sono accese a pieno regime.
• In secondo luogoLa pompa di circolazione, lavorando al limite delle possibilità, può usurarsi più rapidamente e guastarsi.

Per evitare questi e altri problemi, è necessario studiare a fondo il concetto di portata massica del refrigerante e imparare a calcolare questo valore.

Che cos'è la portata del refrigerante

Questa caratteristica determina il volume di fluido di lavoro che deve scorrere ogni secondo attraverso i radiatori, la caldaia o le tubature, in modo che il sistema fornisca il trasferimento di calore richiesto e crei un regime di temperatura confortevole nei locali. Sulla base di questa definizione, la portata del fluido caldo viene calcolata in chilogrammi al secondo (kg/s). Ad esempio, se i calcoli hanno dato un risultato di 10 kg/s, significa che per un secondo attraverso un punto arbitrario del circuito di riscaldamento devono fluire 10 kg di acqua o di antigelo speciale. Se la portata effettiva del refrigerante nel sistema di riscaldamento è inferiore a quella calcolata, ai radiatori verrà fornita meno energia termica. Di conseguenza, questi saranno riscaldati a una temperatura inferiore e gli ambienti non saranno in grado di stabilire un regime di temperatura ottimale.

Da cosa dipende la portata del refrigerante

Secondo la teoria, il calcolo della portata del refrigerante per il carico termico viene effettuato tenendo conto di tre parametri principali: la capacità di progetto del sistema, la capacità termica del fluido di lavoro e la differenza di temperatura tra l'ingresso e l'uscita della caldaia. Ognuna di queste caratteristiche, a sua volta, dipende da molti altri fattori. Ad esempio, la capacità di progetto è determinata dalla superficie e dal volume degli ambienti riscaldati, dalla qualità dell'isolamento termico, dal clima locale e da altri fattori. La capacità termica del mezzo di trasferimento del calore dipende dalla sua composizione chimica. La differenza di temperatura può diminuire o aumentare a seconda delle caratteristiche delle batterie di riscaldamento e del loro numero, del materiale dei tubi, della capacità della pompa di circolazione, ecc. Per determinare correttamente la portata del fluido termovettore in funzione del carico termico, è necessario considerare in modo più dettagliato ciascuno dei tre valori elencati.

Capacità di progetto dell'impianto di riscaldamento

Questo indicatore non deve essere confuso con la potenza della caldaia. La capacità di progetto del sistema viene calcolata individualmente per ogni edificio, tenendo conto di molti parametri diversi:

• materiali di pareti, soffitti e pavimenti, le loro proprietà di conduzione termica e la loro capacità termica;
• le specificità del clima di una determinata regione, la temperatura media annua;
• il numero di radiatori da installare e le loro caratteristiche;
• perdite di calore nelle tubature;
• temperatura ambiente richiesta, ecc.

In base alla capacità di progetto calcolata, viene selezionata una caldaia di riscaldamento con caratteristiche adeguate. Di norma, la capacità dell'unità della caldaia viene scelta con una riserva in caso di situazioni impreviste: gelate anomale, installazione di batterie supplementari, ecc.

Tipo e proprietà del refrigerante

Il più delle volte negli impianti di riscaldamento autonomi si utilizza acqua distillata o uno speciale antigelo - Thermagent. La prima opzione consente di risparmiare sul budget, ma l'acqua si contamina rapidamente con sostanze esterne, provoca la formazione di depositi interni e favorisce lo sviluppo della corrosione. La sua capacità termica è pari a 4200 J/kg-K; in base a questo indicatore, l'acqua supera qualsiasi altro liquido. Gli antigelo riscaldanti, come Thermagent, sono a base di alcol e contengono glicole etilenico o propilenico. In termini di capacità termica specifica, non sono assolutamente inferiori all'acqua comune e la superano in tutti gli altri parametri. In primo luogo, queste composizioni hanno un effetto delicato su radiatori, caldaie, pompe di circolazione e tubature, evitando riparazioni premature. In secondo luogo, il Thermagent non provoca corrosione e fornisce una protezione affidabile delle superfici metalliche. In terzo luogo, questi liquidi hanno una bassa temperatura di cristallizzazione, che esclude il congelamento del liquido durante un arresto programmato o di emergenza della caldaia in condizioni di gelo.

Cosa influisce sulla potenza termica

Quando si progettano le reti di riscaldamento, è obbligatorio calcolare la potenza termica di batterie, tubi e altri elementi del sistema. In pratica, ciò si riflette nella differenza di temperatura tra l'ingresso e l'uscita della caldaia. Quando l'antigelo riscaldato lascia l'unità della caldaia, cede parte dell'energia termica accumulata a radiatori, tubature e pompa di circolazione. Di conseguenza, si raffredda leggermente dopo aver compiuto un giro completo. L'antigelo raffreddato ritorna quindi alla caldaia attraverso il tubo di ingresso, viene riscaldato alla temperatura impostata e il ciclo si ripete. La differenza di temperatura tra l'ingresso e l'uscita della caldaia influisce direttamente sulla portata del refrigerante. Se il fluido circola più velocemente nel circuito (ad esempio, quando la pompa di circolazione è a piena potenza), scorrerà più velocemente attraverso i radiatori. Di conseguenza, il refrigerante si raffredderà meno in meno tempo. La differenza di temperatura sarà tanto maggiore quanto più alta è la potenza termica dei radiatori e quanto maggiore è il numero di radiatori nel sistema. Passando attraverso cinque radiatori, il fluido si raffredderà di più che passando attraverso tre radiatori simili nello stesso lasso di tempo.

Formula ingegneristica

Quando si progetta un sistema di riscaldamento, il formula più spesso utilizzato è la portata del fluido m = Q / (Cp × Δt). Il valore Q è la capacità di progetto del sistema. Cp è la capacità termica specifica del liquido utilizzato come mezzo di trasferimento del calore. Può variare in modo significativo per i diversi antigelo. Per conoscere il valore specifico, è necessario leggere la documentazione del refrigerante o la descrizione del catalogo. Queste informazioni possono essere ottenute anche dal produttore del materiale.

Per evitare errori, è necessario rispettare lo stesso ordine dei parametri immessi. Ad esempio, se la potenza Q è specificata in kW, la capacità termica specifica deve essere inserita nella formula in kJ/kg-K. Analogamente, se Q è specificato in watt, la dimensione della capacità termica deve essere J/kg-K senza il prefisso "kilo".

Facciamo un semplice esempio. La potenza calcolata di un sistema di riscaldamento autonomo è di 50 kW. Al posto dell'acqua normale, viene versato nel circuito un refrigerante con una capacità termica specifica di 0,9 kJ/kg-K. La differenza di temperatura tra i tubi di ingresso e di uscita della caldaia è di 10 gradi. In questo caso, il portata calcolata del refrigerante sarà uguale a 50/0,9-10 = 5,56 kg/s.

Coefficienti aggiuntivi

La formula m = Q/(Cp × Δt), descritta sopra, nella sua forma originale può essere utilizzata solo in condizioni idealizzate, quando il riscaldamento della casa non è influenzato da fattori esterni. In pratica, tali situazioni sono impossibili perché il calore fuoriesce inevitabilmente attraverso pareti, finestre, soffitti e pavimenti. I diversi materiali da costruzione (mattoni, legno, cemento, ecc.) hanno valori diversi di resistenza al trasferimento del calore. Nei calcoli si utilizzano spesso i seguenti coefficienti:

• 1,33-1,56 - le pareti dell'edificio sono costruite con una barra di legno dello spessore di 200-240 mm;
• 1.4 - le pareti sono in mattoni decorativi e hanno uno spessore di 65 cm;
• 1,28 - per muratura di 65 cm di spessore con intercapedine interna;
• 1.13 - le pareti sono in mattoni, la muratura ha uno spessore di 65 cm e non ci sono intercapedini;
• 1.0 - la stanza ha pavimenti puliti, sotto i quali ci sono assi di legno o terra;
• 0,9 - questo coefficiente viene utilizzato nei calcoli termici per i sottotetti coperti da lastre ondulate in acciaio, tegole o cemento-amianto;
• 0,8 - per sottotetti con coperture simili, ma con pavimentazione solida;
• 0,75 - per gli edifici i cui tetti sono coperti da coperture in rotoli;
• 0,7 - questo valore di resistenza si riferisce alle pareti interne adiacenti a locali non riscaldati senza pareti esterne;
• 0,6 - per locali con scantinati situati sotto la superficie del suolo o fino a 1 m sopra di essa;
• 0,4 - simile al punto precedente, ma le stanze vicine hanno pareti esterne.

I coefficienti specificati vengono aggiunti al denominatore della formula m = Q / (Cp × Δt). La formula finale sarà quindi m = Q / k (Cp × Δt), dove k è il parametro di resistenza al trasferimento di calore.

Selezione della pompa di circolazione in funzione della portata del fluido termovettore

Nelle caratteristiche tecniche delle pompe di circolazione, di norma, la portata è indicata in litri al minuto (l/min). Nella formula descritta sopra, il risultato è specificato in chilogrammi al secondo (kg/s). Di conseguenza, per selezionare l'unità della pompa, è necessario effettuare semplici conversioni. Innanzitutto, la quantità di antigelo non deve essere calcolata in chilogrammi, ma in litri. A tal fine, il risultato ottenuto deve essere diviso per la densità dell'antigelo. Per esempio, se il liquido ha una densità di 1,06 ^g/cm3, allora la portata in litri ricavata dal calcolo precedente sarà pari a 5,56/1,06 = 5,25 l/s. In secondo luogo, invece dei secondi si devono usare i minuti. A tal fine, moltiplicare il risultato per 60. In questo esempio, la portata sarà pari a 5,25-60 = 315 l/min. Tenendo conto del possibile errore, la pompa dovrebbe essere scelta con una certa capacità di riserva, ad esempio 330-350 l/min.

Portata del refrigerante attraverso il radiatore

Nella maggior parte dei casi, la portata viene calcolata per scegliere la pompa di circolazione più adatta. Ma vale la pena tenerla in considerazione anche quando si scelgono i radiatori per il riscaldamento. La portata dell'antigelo nell'impianto di riscaldamento è infatti proporzionale alla velocità del flusso del fluido. Più forte è la pressione nei tubi, più alta è la pressione. La pressione corrispondente sarà presente anche nei radiatori. Ogni tipo di radiatore ha una pressione massima consentita. Se questa viene superata, il radiatore potrebbe depressurizzarsi e perdere. Questo aspetto è particolarmente critico se il calore viene fornito da radiatori a pannello. Questi radiatori possono sopportare una pressione inferiore rispetto ai radiatori sezionali. Pertanto, i radiatori a pannello dovrebbero essere installati se la portata attraverso il radiatore è relativamente bassa.

Volume del refrigerante nel sistema

Quando si effettuano i calcoli e si progetta un sistema di riscaldamento, non è sufficiente sapere come calcolare la portata del refrigerante. È necessario tenere conto anche del volume del fluido di lavoro nel circuito di riscaldamento. Questo parametro deve essere calcolato per poter acquistare una quantità sufficiente di antigelo ed evitare rifornimenti. Il volume totale del refrigerante nel sistema è costituito da tre componenti:

• la capacità dello scambiatore di calore della caldaia;
• volume dei radiatori;
• volume dei tubi.

I primi due valori sono riportati nella documentazione tecnica della caldaia e dei radiatori. La maggior parte delle caldaie ha scambiatori di calore progettati per 3-7 litri. I modelli a combustibile solido sono più capienti e possono contenere fino a 25 litri di antigelo. La capacità dei radiatori dipende dalle dimensioni delle sezioni o dei pannelli, nonché dal loro numero e design. In media, una sezione di una batteria in ghisa contiene 1,5 litri di liquido, quella bimetallica - 0,3 litri, quella in alluminio - circa 0,4 litri.

Cosa considerare quando si calcola il volume dell'antigelo

Calcolare la capacità totale delle tubazioni è abbastanza semplice. Se il sistema utilizza tubi della stessa dimensione, è sufficiente misurarne il diametro interno e la lunghezza totale. Il volume si calcola con la formula V = π × r2 × L, dove π = 3,14, L - la lunghezza delle tubazioni e r - il raggio della sezione trasversale interna del tubo (metà del suo diametro). Per evitare errori, la lunghezza e il raggio devono essere misurati nella stessa dimensione, ad esempio in metri. Se la sezione trasversale è misurata in millimetri, anche la lunghezza deve essere specificata in mm e il volume calcolato sarà misurato in millimetri cubi (^mm3). Per convertire i millimetri cubi in litri, dividere il risultato in ^mm3 per 1.000.000. Per facilitare il calcolo, si possono utilizzare i valori tipici delle dimensioni standard dei tubi. L'elenco seguente mostra i valori nell'ordine: dimensioni del tubo in pollici, diametro interno e volume per metro di lunghezza.

• 1/2, 15 mm - 0,177 l/m;
• 3/4, 20 mm - 0,314 l/m;
• 1, 25 mm - 0,491 l/m;
• 1 1/2, 40 mm - 1.257 l/m;
• 2, 50 mm - 2.467 l/m.

Consideriamo un esempio. Il sistema utilizza una caldaia con uno scambiatore di calore da 6 litri, 10 radiatori con una capacità di 4 litri ciascuno e 50 metri di tubature da 3/4 di pollice. Il volume totale dell'impianto sarà 6 + 10 × 4 + 50 × 0,314 = 61,7 litri.

Quale refrigerante utilizzare nel sistema

Affinché il sistema di riscaldamento autonomo possa svolgere efficacemente le sue funzioni, è importante non solo calcolare correttamente la portata del refrigerante, ma anche selezionarne correttamente la composizione e le proprietà. L'uso di acqua comune, anche se ben purificata, non è consigliato. Può portare a guasti prematuri della caldaia e all'usura precoce dei radiatori, oltre che alla formazione di intasamenti nei tubi. È necessario versare nel circuito uno speciale antigelo - Termagent, che deve avere le seguenti proprietà.

Capacità termica sufficiente. Da questa caratteristica dipende la capacità del liquido di accumulare energia termica e trasferirla dalla caldaia alle batterie di riscaldamento.

Neutralità chimica. Le sostanze che compongono il refrigerante non devono entrare in reazione chimica con metalli, plastica, gomma e altri materiali utilizzati in caldaie, radiatori, pompe, tubi e guarnizioni.

Resistenza al gelo. L'acqua comune inizia a trasformarsi in ghiaccio a temperatura zero. Se la caldaia viene spenta durante l'inverno per mancanza di utilizzo o a causa di un guasto, il liquido può congelare e rompere i tubi, i radiatori e lo scambiatore di calore della caldaia dall'interno. Ciò è dovuto al fatto che il ghiaccio ha una densità inferiore di 10% rispetto all'acqua allo stato liquido. Gli antigelo speciali per il riscaldamento hanno un'elevata resistenza al gelo. Ad esempio, il termomagico a base di glicole etilenico cristallizza a -65 °C.

Sicurezza. I vapori del fluido di trasferimento del calore non devono costituire una minaccia per la salute umana. Questo aspetto è fondamentale perché il fluido di lavoro può vaporizzare e diffondersi all'interno attraverso perdite, coperchi aperti dei serbatoi di espansione e altri mezzi. Il contenuto di sostanze tossiche volatili nella composizione dell'antigelo per riscaldamento è inaccettabile.

Per saperne di più su come riempire l'impianto di riscaldamento con l'agente termico.

Conclusione

La scelta corretta dell'antigelo e il calcolo accurato della portata del refrigerante sono condizioni fondamentali per un funzionamento stabile ed efficiente dell'impianto di riscaldamento. Un fluido di qualità garantirà uno scambio termico di qualità e un microclima confortevole nei locali, mentre il calcolo corretto della portata consentirà di scegliere una pompa di circolazione con le caratteristiche tecniche più adatte.