Calcolo termosifoni: elementi e calorie.

Come si calcola il numero di termosifoni necessari in un abitazione? Vediamo qual è il metodo per effettuare, in accordo con la normativa vigente, il calcolo del fabbisogno termico invernale Q, e quindi, come calcolare i termosifoni (con prefissate caratteristiche), occorrenti per trasferire detto apporto di calore all’ambiente che si vuole riscaldare.

Calcolo termosifoni: elementi e calorie

Come calcolare il numero di elementi dei termosifoni?

Il numero degli elementi necessari per i singoli termosifoni da collocare nei vari ambienti della casa, dipende da molti fattori:

  • fabbisogno termico. Il fabbisogno termico invernale, Q, detto anche carico termico invernale è la quantità di energia termica (calore) che l’impianto di riscaldamento deve produrre nell’unità di tempo affinché la temperatura interna dell’edificio, una volta raggiunto il valore stabilito, si mantenga costante nel tempo nonostante gli scambi termici con l’esterno. Esso quindi indica la potenza termica che l’involucro dell’edificio scambia e perde nell’ambiente esterno e che l’impianto di riscaldamento deve integrare affinché la temperatura interna si mantenga costante.
  • Salto termico ossia differenza tra la temperatura interna e la temperatura esterna;
  • Volume dell’ambiente da riscaldare ;
  • Capacità isolante dei vari elementi (trasmittanza)

Calore, energia; potenza termica.

Calore: energia termica trasferita tra due sistemi a temperatura diversa. Si misura in Joule.

Altra unità di misura è la caloria. Una kilocaloria (1000 calorie)=4,18 kilojoule (1000 joule)

Potenza termica: energia termica (calore) scambiata nell’unità di tempo tra due corpi a differente temperatura. Nel sistema internazionale si misura in watt=joule/secondi.1,16 kilowatt=1000 kilocalorie/ora.

Calcolo del fabbisogno termico.

Partiamo dalla definizione fornita di fabbisogno termico invernale Q. Ossia potenza termica fornita dai termosifoni per compensare quella persa per trasmissione attraverso l’involucro dell’edificio.

Se Q in entrata è la potenza termica che l’impianto di riscaldamento, e quindi che i termosifoni cedono alle stanze, e Q in uscita è la potenza termica che viene dispersa verso l’esterno attraverso l’involucro dell’abitazione, in condizioni stazionarie, ossia a temperatura costante, dovrà risultare Q in entrata = Q in uscita = Q.

Il computo analitico di Q, anche se concettualmente facile, non è praticamente agevole da realizzarsi, infatti, come si può facilmente immaginare, dato l’elevato numero di fattori in gioco e la disomogeneità degli elementi dell’involucro, nei conteggi che seguiranno sarà indispensabile effettuare un congruo numero di approssimazioni.

Innanzitutto il fabbisogno termico non è una costante ma varia in funzione di molti parametri ed in prima istanza con i valori della temperatura interna e quella esterna.

Fortunatamente a semplificare le cose viene in nostro soccorso la legislazione vigente in materia che stabilisce per la temperatura interna un valore costante di 20°C con una tolleranza massima di +2°C.

Per la temperatura invernale esterna invece il DPR 1052/77 prevede una tabella di valori per le principali città italiane di cui riportiamo un estratto

Torino -8
Milano -5
Roma 0
Napoli +2
Palermo +5

Assodato ciò consideriamo che la potenza termica in uscita dall’involucro dell’edificio (Q in uscita) è la somma di diversi elementi e precisamente la somma della:

  • potenza termica trasmessa all’ambiente esterno attraverso le superfici perimetrali delle zone riscaldate dell’edificio Q(pr).
  • Potenza termica trasmessa attraverso le pareti divisorie tra zone riscaldate e zone fredde non riscaldate (interne all’edificio) Q(cf).
  • Potenza termica trasmessa all’esterno attraverso i ponti termici presenti nelle superfici perimetrali Q(pt).

Ponti termici.

Il ponte termico è un’area localizzata dell’involucro di un edificio dove, per disomogeneità o geometrica (di forma) o del materiale costruttivo, si origina un flusso termico più elevato di quello delle aree adiacenti. Un esempio sono gli spigoli dove si congiungono più pareti o la regione di congiunzione tra parete ed infisso.

  • Potenza perduta per effetto della ventilazione Q(v). Ventilazione che può essere innescata da spifferi degli infissi o da periodico e naturale cambio d’aria per apertura degli stessi.

Quindi riassumendo Q= Q in uscita=Q(pr)+ Q(cf) + Q(pt) + Q(v).

In condizioni di discreto isolamento dell’edificio e di buona fattura e tenuta degli infissi gli ultimi 2 addendi della somma sono trascurabili o comunque di modesta entità e quindi possiamo ignorarli. Volendo essere pignoli possiamo approssimare per eccesso il risultato finale a compenso di dette modeste omissioni.

Restano così da calcolare la potenza termica trasmessa all’ambiente esterno attraverso le superfici perimetrali delle zone riscaldate dell’edificio Q(pr)r e la potenza termica trasmessa attraverso le pareti divisorie tra zone riscaldate e zone fredde non riscaldate Q(cf).

Q(pr)r=Sxfx(t interna -t esterna)xU.

Dove:

  • S è l’area in m2 della superficie che disperde verso l’esterno.
  • fè un fattore correttivo adimensionale che tiene conto dell’esposizione della superficie disperdente. Per le superfici disperdenti orizzontali (pavimenti e soffitti) f vale sempre 1. Per quelle verticali si desume dalla tabella che segue.
      Esposizione sud = coefficiente 1
  • Esposizione sud ovest = coefficiente 1,02÷1,05
  • Esposizione ovest = coefficiente 1,05÷1,10
  • Esposizione nord ovest = coefficiente 1,10÷1,15
  • Esposizione nord = coefficiente 1,15÷1,20
  • Esposizione nord est = coefficiente 1,15÷1,20
  • Esposizione est = coefficiente 1,10÷1,15
  • Esposizione sud est = coefficiente 1,05÷1,10
  • U è la trasmittanza termica del materiale con cui è realizzata la parete.Grandezza che per un determinato corpo misura la quantità di calore che attraversa un metro quadrato della sua superficie quando si trova ad una temperatura che differisce di un grado Kelvin da quella dell’ambiente in cui è collocato. U diminuisce al diminuire della conducibilità termica k del materiale di cui è composto il corpo ed aumenta ad diminuire dello spessore di questo. Si misura in watt (W) /metri quadrati (m2)x gradi Kelvin (K). Poiché di norma le pareti sono ottenute per sovrapposizione di strati non sempre omogenei il calcolo della trasmittanza termica per via analitica non è semplice e perciò o la si misura con un appropriato strumento denominato termo flussimetro o per semplificare si ricorre a tabelle che forniscono in prima approssimazione i valori cercati per svariate tipologie di materiali.Ovviamente se una superficie disperdente è composta da più elementi ad esempio parete in muratura più finestra in vetri si calcoleranno i valori di Q(pr) per ciascuno elemento e poi si sommeranno tra loro.

Calcolato il valore complessivo di Q(pr) si passa al calcolo di Q(cf) ossia della potenza termica che viene trasmessa attraverso le pareti che separano gli ambienti riscaldati da quelli freddi.

Per conteggiare detta potenza si utilizza la stessa formula usata per il calcolo di Q(pr) e perciò si avrà che Q(cf)=Sx (t calda -t fredda)xU.

Dove:

  • S è l’area della superficie di divisione tra ambiente riscaldato e freddo,
  • U è la sua trasmittanza termica della parete ed il termine in parentesi è il gradiente di temperatura tra ambiente caldo e quello freddo.

Per l’ambiente caldo in accordo con la normativa si assume una temperatura di 20°C. I valori delle temperature dell’ambiente freddo si desumono dalla tabella contenuta nella normativa UNI 7357. Dove per esempio è riportato per un locale privo di finestre ed avente una sola parete perimetrale una temperatura di 12°C.

Da tutto ciò si ricava che il fabbisogno termico invernale cercato  si ottiene effettuando la somma Q= Q(cf)+ Q(pr).

Metodo empirico per il calcolo del fabbisogno termico.

Se si vuole evitare il complesso e macchinoso calcolo descritto esiste un metodo empirico pratico e veloce per il calcolo del fabbisogno termico invernale partendo dalla cubatura (volume) dell’ambiente e dalla zona climatica in cui è posizionato l’edificio.

Secondo tale criterio il fabbisogno termico in watt si otterrà moltiplicando il volume dell’ambiente da riscaldare per fattore variabile tra i 32 ai 37 watt/ metri3 in funzione della zona climatica (32 per quelle calde dell’Italia Meridionale, 37 per quelle fredde dell’Italia del Nord). Ovviamente il risultato che si ottiene è approssimato ma verosimile e volendo essere in sicurezza lo si può arrotondare per eccesso.

Calcolo del numero di termosifoni.

Una volta che è noto il fabbisogno termico invernale il calcolo del numero di termosifoni occorrenti è cosa banale.

Innanzitutto bisogna appurare dalla scheda tecnica che accompagna il prodotto la resa termica R di ciascun elemento ossia la potenza termica che in grado di emettere.

Puoi approfondire le varie tipologie di termosifoni.

Noto detto parametro il numero n di termosifoni occorrenti è dato dal rapporto tra fabbisogno termico/resa termica di ciascun radiatore.

Esempio pratico.

Ci riferiamo ad una stanza con dimensioni 4x4x3,5 metri il cui volume sarà di 56 m3 (V=4x4x3,5=56 m3).

Il fabbisogno termico sarà Q=56x32=1792 watt.

Il numero di elementi (ipotizzando di aver scelto un dispositivo con elementi a 4 colonne da 110 cm di altezza e con resa termica pari a circa 146 watt come si desume dalla scheda tecnica organizzata dal costruttore) sarà n=1792/146=12. Elementi che bisognerà assemblare insieme per formare il dispositivo radiante.

Supervisione: Giuseppe Travaglione

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