Q = K x S x ΔT
dove:Q = Quantità di calore espressa in W
K = Coefficiente di trasmissione termica espresso in W/m2 °C
S = Superficie di scambio espressa in m2
ΔT = Differenza di temperatura espressa in °C
Si possono fare le seguenti considerazioni sui tre elementi che compongono la formula:
K - Coefficiente di trasmissione termica della struttura
È importante determinare questa grandezza in quanto tanto maggiore è la conducibilità termica, tanto maggiore è la quantità di calore trasmessa. La conducibilità termica della parete varia con la natura e lo spessore della parete stessa, per cui opportune tabelle forniscono tali coefficienti. Della struttura fanno parte, a tutti gli effetti, anche le finestre, i cui vetri sono migliori conduttori di calore rispetto alle pareti e quindi si dovrà considerare a parte il contributo che esse trasmettono.
Un metro quadro di finestra può valere quanto 3 - 6 metri quadri di parete “normale” a seconda che si tratti di una finestra con vetro- camera o meno.
Dalle pareti vetrate esposte ai raggi diretti del sole entra anche l’energia radiante, che può valere intorno ai 700 W/m2 (circa 600 Kcal/h m2).
L’esposizione delle finestre e l’esistenza o meno di tende interne od esterne possono modificare sostanzialmente l’apporto di calore del sole. A questo proposito ricordiamoci che l’esposizione Ovest è la peggiore, in quanto soggetta all\'irraggiamento, durante la giornata, per un tempo più lungo e nelle ore di maggior intensità dei raggi solari.
S - Superficie di scambio
Disponendo della pianta del locale le misurazioni delle superfici di scambio (pareti, soffitto, pavimento, finestre) sono facili da compiere e con eccellente precisione.
ΔT - Differenza di temperatura
La differenza di temperatura che determina la trasmissione del calore è quella tra la faccia interna ed esterna della struttura in questione, e quasi mai coincide con la differenza tra la temperatura dell’aria interna e quella dell’aria esterna. Infatti l’energia radiante del sole che colpisce direttamente la struttura ne aumenta la temperatura in modo considerevole, in relazione al colore della struttura stessa: la parete scura assorbe più calore della parete chiara.
Si deve quindi fare molta attenzione al colore esterno della struttura, perché esso ha una influenza non trascurabile sulla quantità di calore che entra. È anche necessario osservare l’esposizione della struttura per valutare quanto, come e quando le singole pareti siano esposte. Per semplificare il calcolo si può utilizzare, come .T, la differenza tra la temperatura dell’aria interna e quella dell’aria esterna, usando però dei coefficienti di trasmissione termica globale, che tengono conto dei fattori di esposizione, irraggiamento e accumulo.
Carico termico interno
Come già detto, durante il periodo estivo si deve tener conto anche del carico termico generato all’interno dei locali da climatizzare, dovuto alla presenza di persone, all’illuminazione, alle apparecchiature elettriche, ecc. Una persona che svolge un lavoro sedentario disperde il proprio calore interno, attraverso la superficie della pelle e la respirazione, nella misura di circa 120÷140 W. Nel caso di attività più intense come un lavoro pesante, la danza veloce o la ginnastica in palestra, la dispersione di calore può raggiungere anche i 500 W. Bisogna inoltre considerare i carichi elettrici (illuminazione, computer, televisori, frigoriferi, fotocopiatrici, stampanti, ecc.) dove l’energia elettrica assorbita dalla rete si trasforma in energia termica. In questo caso è necessario determinare il carico elettrico, leggendo l’etichetta dell’assorbimento elettrico (che normalmente si trova su ciascuna macchina o dispositivo elettrico), tenendo conto però anche della contemporaneità e del tempo di utilizzo (tabelle A-B-C).
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Tabella A - Apporti di calore dovuti all\'illuminazione | |
| Lampade a incandescenza montate sotto plafone; proiettori | La potenza elettrica in watt corrisponde alla potenza di riscaldamento, in watt. Per ottenere la potenza di riscaldamento in kcal/h: (Potenza W x 0,86) = kcal/h La potenza di riscaldamento totale si suddivide come segue: 15% produce riscaldamento dell\'aria a livello soffitto 85% produce riscaldamento dell\'aria entro l\'ambiente occupato |
| Lampade fluorescenti (con reattore incorporato) |
Potenza di riscaldamentoin watt: |
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Tabella B - Apporti di calore dovuti ad elettrodomestici | ||
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Apparecchio |
Potenza max Watt |
Potenza per media utilizzatore (stimata) Watt |
| Ascuigacapelli |
1500 |
800 |
| Griglia per carne |
3000 |
1500 |
| Griglia per sandwich |
1500 |
900 |
| Forno a microonde (piccolo) |
600 |
400 |
| Tostapane continuo (2 toast) |
2000 |
1800 |
| Macchina da caffè (2 l) |
1000 |
500 |
| Bricchi a gas 10 l |
1000 |
500 |
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Tabella C - Apporti di calore dovuti a macchine da ufficio | ||
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Apparecchio |
Potenza max Watt |
Potenza per media utilizzatore (stimata) Watt |
| Personal computer |
100-600 |
90-500 |
| Stampante laser |
850-1000 |
300 |
| Fotocopiatrice (grande) |
1700-6600 |
1700-6600 |
| Fotocopiatrice (piccola) |
460-1700 |
460-1700 |
Carico termico per l’aria di rinnovo
Per la nostra sopravvivenza e per il benessere è necessaria anche aria fresca di rinnovo. Infatti una persona inspira circa 0,5 m3/h di aria ed immette nell’ambiente circa 20 litri/ora di anidride carbonica ed inoltre l’organismo umano, i mobili, il vestiario, i cibi, il fumo, ecc. causano odori negli ambienti abitati e contaminano l’aria mettendo a rischio la salute dell’uomo.
L’impianto di climatizzazione, se progettato, scelto ed installato correttamente, può costituire un valido aiuto per diluire i più comuni inquinanti nell’aria e migliorare la salubrità degli edifici, garantendo una efficace filtrazione (oggi il mercato offre una buona gamma di filtri) e una certa quantità di aria di rinnovo necessaria per la nostra respirazione e per la ventilazione dei locali, al fine di diluire gli odori.
Negli ambienti residenziali il ricambio dell’aria viene valutato in 0,5 volumi/ora ed affidato spesso all’apertura occasionale di porte e finestre, considerando anche il fatto che la macchina più diffusa, come lo split a parete, non permette un ricambio di aria, ma ricircola sempre la stessa aria ambiente.
Nei locali ad uso pubblico, invece, la norma UNI 10339 richiede un’immissione di aria esterna pari o maggiore ai valori minimi, per ciascun tipo di destinazione d’uso, riportati nella norma stessa, riferiti o al numero di persone presenti o alla superficie in pianta o al volume dell’ambiente (alcuni esempi sono riportati nella tabella D).
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Tabella D - Portate aria esterna per persona | ||
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Tipo di ambiente |
Portata aria/pers. l/s |
Portata aria/pers. m3/h |
| Abitazioni, camere albergo, uffici, bar |
11 |
39,6 |
| Ristoranti, banche, locali riunione, padiglioni fiere |
10 |
38 |
| Sale conferenza, cinema, teatri |
5,5 |
19,8 |
| Musei, pasticcerie |
6 |
21,8 |
| Saloni di bellezza, barbieri |
14 |
50,4 |
| Negozi abbigliamento, calzature, mobili |
11,5 |
41,4 |
| Negozi alimentari, farmacie |
9 |
32,4 |
Si deve quindi valutare il carico termico dovuto all’aria esterna immessa, sia nella stagione estiva che in quella invernale. A titolo di esempio, immettere un m3 di aria esterna a 35 °C con il 60% di umidità relativa, significa un carico termico di circa 10 W per raggiungere le condizioni interne di 27 °C con il 50% di UR.
Carico termico totale
Per trovare il carico termico totale di un locale, bisogna sommare tutti i contributi che interessano il locale stesso e precisamente:
Carico termico della struttura edilizia
Carico termico interno
Carico termico per l’aria di rinnovo
Affinché nel locale vi siano le condizioni di equilibrio termico, cioè la costanza della temperatura, il climatizzatore deve poter smaltire una quantità di calore pari alla somma dei carichi termici suddetti.
La potenza di raffreddamento del climatizzatore deve essere uguale al carico termico totale.
Negli impianti più grandi o dove ci siano esigenze specifiche di controllo dell’umidità relativa, bisogna calcolare il carico termico totale ripartito tra carico termico sensibile (cioè il calore che provoca un cambiamento di temperatura, senza alterare lo stato fisico della materia) ed il calore latente (cioè il calore che provoca un cambiamento di stato senza variazione di temperatura).
Il carico termico sensibile (come il calore che entra attraverso la struttura o quello prodotto dai carichi elettrici interni e parzialmente quello dovuto alle persone ed all’aria di rinnovo) influisce sulla temperatura dell’ambiente da climatizzare; mentre il carico termico latente, dovuto alla respirazione ed alla sudorazione delle persone, oltre a quello dell’aria di rinnovo o da fonti di umidità interna (es.: ferro da stiro a vapore) va ad incrementare l’umidità relativa ambiente. Un buon impianto di climatizzazione estiva deve essere in grado di raffreddare e di deumidificare, quanto meno (salvo specifiche esigenze) per riportare il locale alle condizioni termoigrometriche di benessere ambientale per l’uomo. Negli impianti residenziali/commerciali medio piccoli, dove, normalmente, vengono impiegate macchine ad espansione diretta o sistemi idronici senza aria primaria, non è necessario suddividere il carico termico tra sensibile e latente, ma è sufficiente valutare solo il carico termico totale, anche perché tali sistemi non hanno un controllo diretto dell’umidità relativa.
Il calcolo del carico termico totale viene riferito alle condizioni termoigrometriche esterne estive della zona in cui deve essere fatto l’impianto e, sempre la norma UNI 10339, ci fornisce questi dati per 111 località nazionali di riferimento, dandoci anche i criteri per estendere i dati di progetto a località non espressamente riportate nella norma stessa. Tuttavia queste condizioni non sono costanti durante tutto il periodo estivo, ma generalmente (escludendo lo scorso anno) si verificano solo per alcune settimane.
Pertanto nella scelta della potenzialità della macchina di climatizzazione, si deve tener conto di questa variabilità delle situazioni, pur valutando anche un margine di sicurezza per eventuali punte di caldo. Da non sottovalutare anche le esigenze specifiche del cliente, visto che, fortunatamente, non siamo tutti uguali. Ricordiamoci (come già detto nella prima parte) che le condizioni nominali delle macchine di climatizzazione funzionanti in raffreddamento nella nostra zona climatica, vengono calcolate considerando una temperatura ambiente di 27 °C con circa il 47% di umidità relativa ed una temperatura esterna di 35 °C con circa il 40% di umidità relativa (norma Iso 5151.2/T1). La potenzialità frigorifera che leggiamo sui cataloghi è la resa nominale dei sistemi split funzionanti alle suddette condizioni.
La macchina funziona anche oltre tali condizioni (temperatura limite massima +43 °C) ma, attenzione, con una resa frigorifera inferiore.