Puffer e Boiler: formule di calcolo

Puffer e Boiler formule di calcolo

Puffer e Boiler: formule di calcolo e calcolatori automatici online.
Questo articolo è principalmente indicato per progettisti e installatori idraulici, ma anche per tutti coloro che vogliono avere padronanza sul dimensionamento del proprio impianto ad energie rinnovabili.

In un impianto con pompa di calore o biomassa, quando si vuole avere il pieno controllo nel dimensionamento dei puffer e dei boiler, bisogna saper fare i calcoli giusti.

In questo articolo trovi le formule (e fogli di calcolo automatici) per dimensionare gli accumuli dell’acqua calda sanitaria e dell’acqua tecnica.

Indice

Introduzione al calcolo dei volumi necessari di puffer e boiler

Dimensionamento puffer

Con queste formule, è possibile calcolare con precisione l’energia e la potenza necessarie per i puffer e i generatori, come pompe di calore, caldaie a biomassa e impianti solari termici, ottimizzando così il dimensionamento degli accumuli (puffer e boiler) per l’impianto. Utilizzando queste espressioni, si garantisce un’efficienza energetica ottimale e un corretto bilanciamento del sistema.

La massa dell’acqua viene misurato in kg in quanto al variare della temperatura la massa dell’acqua cambia.
Qui sotto vediamo sull’asse X la temperatura in gradi Celsius e su sull’asse Y, il peso specifico kg/m³. 
Tanto per chiarire che 1 litro di acqua ha un peso specifico differente alle diverse temperature.

Densità dell'acqua alle varie temperature

Quantità di calore accumulata nel puffer o nel boiler

Con questa formula si riesce a calcolare quanta energia può essere accumulata in un puffer o boiler.
Pensiamo a una pompa di calore abbinata a un impianto fotovoltaico, il puffer si usa come batteria, per esempio.

Q = m * c * (t2-t1)

Q Quantità di calore [Wh]

m Quantità di acqua [kg]

c Calore specifico Wh/kgK [1,163 Wh/kgK]

t1 Temperatura dell’acqua fredda [°C]

t2 Temperatura dell’acqua calda sanitaria [°C]

Potenza di riscaldamento

Con questa formula si può calcolare la potenza richiesta per riscaldare acqua tecnica o sanitaria.

Q = A * k * Δt

Q Potenza termica [W]

A Area [m?]

k Coefficiente di trasferimento del calore [W/m2K]

Δt Differenziale di temperatura [K]

Tempo di riscaldamento

Quanto tempo ci vuole a caricare un puffer con una determinata potenza di generatore di calore? Va bene anche per calcolare il tempo di ricarica con dei collettori solari, in modo da poter dimensionare il numero di questi.

T = [m * c * (t2 - t1)] / (P * η)

T Tempo di riscaldamento [h]

m Quantità di acqua [kg]

c Calore specifico [1,163 Wh/kgK]

t1 Temperatura dell’acqua fredda [°C]

t2 Temperatura dell’acqua sanitaria [°C]

P Carico collegato [W]

η Efficienza

Potenza installata

Qual è la potenza del generatore di calore in base ai tempi di ricarica e alle temperature desiderate di acqua calda sanitaria o acqua tecnica?

P = [m * c * (t2 - t1)] / (T * η)

P potenza installata [W]

m Quantità di acqua [kg]

c Calore specifico [1,163 Wh/kgK]

t1 Temperatura dell’acqua fredda [°C]

t2 Temperatura dell’acqua calda sanitaria [°C]

T Tempo di riscaldamento [h]

η Efficienza

Temperatura dell'acqua mista

In base alla quantità di acqua fredda che aggiungi durante la doccia ottieni la temperatura risultante. Con questa formula puoi quindi determinare di quanto deve essere il volume del boiler e la sua temperatura.

tm = [(m1 * t1) + (m2 * t2)] / (m1 + m2)

tm Temperatura dell’acqua miscelata [°C]

t2 Temperatura dell’acqua fredda [°C]

t1 Temperatura dell’acqua calda sanitaria [°C]

m1 quantità di acqua fredda [kg]

m2 Quantità di acqua calda sanitaria [kg]

Volume di acqua calda sanitaria miscelata

Con questa formula si riesce a calcolare il prelievo di acqua calda sanitaria possibile, in base al volume del boiler e alla sua temperatura.

Mm = [m2 * (t2 - t1)] / (tm - t1)

Mm Quantità di acqua miscelata [kg]

m2 Quantità di acqua calda sanitaria [kg]

tm Temperatura acqua miscelata [°C]

t1 Temperatura dell’acqua fredda [°C]

t2 Temperatura dell’acqua calda sanitaria [°C]

Curva di lavoro delle tubazioni

Δp1 / Δp2 = (V1 / V2)²

Δp1 differenziale di pressione [Pa]

Δp2 Differenziale di pressione [Pa]

V1 Portata [m3/h]

V2 Portata [m3/h]

Perdita di carico

Δp = L * R + Z

Δp Differenziale di pressione [Pa]

R Resistenza di attrito dei tubi

L Lunghezza del tubo [m]

Z Perdita di carico delle singole resistenze [Pa]

Resistenze specifiche

Z = ∑z * ϱ /2 * v²

z Coefficiente di trascinamento (Il coefficiente di resistenza idraulica “Z” può essere ricavato dalle tabelle, utilizzando la somma “z” e la velocità nella tubatura).

ϱ Densità

v Velocità del flusso [m/s]

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