Mantenere la temperatura e l’umidità ideali all’interno di un edificio, sia esso un’abitazione o un capannone industriale, non è una questione di tentativi. Affinché la temperatura sia gradevole all’interno di questi spazi durante ogni stagione dell’anno, è essenziale calcolare con precisione il carico termico.
La sua corretta stima è a dir poco fondamentale per scegliere il giusto impianto di condizionamento ed evitare inutili sprechi di energia. Ma quali elementi bisogna tenere in considerazione per calcolarlo?
Che cos’è il carico termico?
Partiamo dalla definizione di carico termico. Si tratta della potenza termica, espressa in Watt, che deve essere costantemente introdotta in uno spazio per riscaldarlo durante i mesi freddi, oppure sottratta per rinfrescarlo durante i periodi caldi.
Grazie al suo calcolo è possibile dimensionare correttamente l’impianti di condizionamento per mantenere nell’ambiente il giusto livello di temperatura e umidità, nonostante le variazioni del clima esterno.
Perché è indispensabile?
La scelta di qualunque impianto di climatizzazione parte proprio dal calcolo del carico termico. Infatti, un’analisi errata comporterebbe due rischi opposti. Un impianto sottodimensionato non riuscirà mai a soddisfare le richieste di raffrescamento e riscaldamento, così come un impianto sovradimensionato lavorerà a regimi discontinui, accelererà l’usura dei componenti e farà lievitare i costi in bolletta.
Inoltre, attraverso il calcolo del carico termico è possibile definire i gradi e la quantità di vapore necessari all’interno di uno spazio per assicurare il cosiddetto benessere igrometrico degli occupanti. Un ambiente salubre è caratterizzato da una migliore qualità dell’aria che rende da un lato gli spazi confortevoli e dall’altro, soprattutto negli ambienti di lavoro, aiuta la concentrazione e la produttività delle persone.
Differenza tra carico termico e fabbisogno energetico
Prima di passare al calcolo vero e proprio, è importante sottolineare la differenza tra carico termico e fabbisogno energetico. Come già accennato nei paragrafi precedenti, il primo serve a stabilire la taglia e la potenza degli impianti di condizionamento da installare.
Invece, con il termine fabbisogno energetico, si indica il consumo annuo, ovvero la quantità totale di energia che l’impianto dovrà erogare nell’arco di dodici mesi per compensare i flussi termici.
Quali sono le componenti del carico termico?
Il flusso di calore che attraversa un ambiente chiuso non è omogeneo, ma si suddivide in due componenti fisiche distinte: la quota sensibile e la quota latente. La somma algebrica di queste due componenti determina il carico termico totale dello spazio considerato:
Qtotale=Qsensibile+Qlatente
Il carico termico sensibile (Qs)
La componente sensibile è la conseguenza dello sbalzo di temperatura tra l’aria interna e l’ambiente circostante. Questa forma di energia si genera per conduzione, convezione o irraggiamento attraverso le pareti, i vetri e le strutture dell’edificio. Allo stesso modo, il carico termico sensibile può essere originato direttamente dall’aria esterna penetrata nei locali.
Il carico termico latente (Ql)
La componente latente è invece correlata alle variazioni dell’umidità contenuta nell’aria, ovvero alla massa di vapore acqueo presente nell’ambiente. L’impianto di condizionamento per trasformare il vapore acqueo dovrà destinare un quantitativo di energia rilevante alle operazioni di deumidificazione. Le fonti principali di carico latente sono i processi metabolici delle persone, la presenza di sorgenti d’acqua e l’ingresso di aria esterna umida.
Le due componenti appena citate sono importantissime alla fine della progettazione degli impianti. Durante la stagione invernale, l’attenzione sarà rivolta al carico sensibile in uscita, ossia sulla quantità di energia che la struttura cede verso l’esterno.
Al contrario, durante la stagione estiva, il sistema di climatizzazione dovrà gestire contemporaneamente sia l’elevato carico sensibile entrante, legato all’irraggiamento e alle temperature elevate, sia il carico latente accumulato. Infatti, l’umidità incide fortemente sulla percezione del calore e, di conseguenza, solo attraverso la deumidificazione è possibile assicurare quel comfort termico di cui parlavamo nei paragrafi precedenti.
Qual è la formula per calcolare il carico termico?
Il calcolo del carico termico varia a seconda della stagione, in quanto a sua volta gli elementi di dispersione che influiscono sulla definizione si modificano nei mesi più caldi, così come in quelli più freddi. Proviamo ad osservare le differenze.
Carico invernale
In inverno la potenza termica sensibile totale da erogare (Qtot) si ottiene sommando le singole voci di dispersione:
Qtot=Q1+Q2+Q3+Q4+QR
Le sigle presenti nella formula indicano:
- Q1 (dispersione involucro esterno): è dato dal rapporto tra la superficie delle pareti esterni e la trasmittanza, ovvero la differenza tra temperatura interna ed esterna determina lo sbalzo termico;
- Q2 (dispersione verso locali non riscaldati): in questo caso è dato dal rapporto tra le superfici delle pareti confinanti con ambienti freddi, come garage o soffitte, e la trasmittanza;
- Q3 (dispersione da ponti termici): viene stimata solitamente come una percentuale compresa tra il 5% e il 10% delle dispersioni citate nei punti precedenti;
- Q4 (dispersione per ventilazione): rappresenta la potenza necessaria a riscaldare l’aria fredda introdotta per il ricambio igienico;
- QR (potenza di ripresa): si tratta della quota aggiuntiva richiesta per riportare rapidamente l’ambiente a regime dopo un periodo di spegnimento dell’impianto.
Carico estivo
Il carico estivo totale unisce la quota sensibile e quella latente:
Qsensibile=Qsr+Qstr+Qsai+Qsi
In questo caso le sigle presenti nella formula indicano:
- Qsr (irraggiamento vetri): valore ottenuto dal rapporto tra la superficie vetrata, l’intensità della radiazione solare e il fattore di schermatura del vetro;
- Qstr (trasmissione pareti): indica la trasmissione di calore dalle pareti esterne in base alla loro superficie e trasmittanza;
- Qsai (apporti interni): indica il calore rilasciato da apparecchiature elettriche, illuminazione e dagli occupanti.
- Qsi (ventilazione sensibile): rappresenta il calore sensibile introdotto dal flusso d’aria esterna.
Per la quota latente (Qlatente), si sommano il vapore generato dalle persone presenti e quello introdotto dal ricambio d’aria esterna.
Come calcolare il carico termico in maniera semplice?
Facciamo una premessa: il calcolo del carico termico viene effettuato da tecnici esperti e indubbiamente non è un’operazione semplice per i non addetti al settore. Tuttavia, possiamo adottare la formula semplificata per farci un’idea della potenza che dovrà avere un impianto di condizionamento per raffrescare o riscaldare i nostri ambienti abitativi o di lavoro.
La formula è la seguente:
Potenza Stimata (Watt)=Superficie (m2)Fabbisogno Specifico (W/m2)
Il fabbisogno specifico varia in base alla tipologia di struttura e al livello di isolamento. Ecco indicativamente i parametri più comuni:
- edifici di nuova costruzione ad alta efficienza da 30 a 50 Watt al metro quadrato;
- strutture recenti con isolamento standard da 40 a 60 Watt al metro quadrato.
- uffici o locali commerciali datati da 60 a 100 Watt al metro quadrato.
- capannoni industriali, tensostrutture o locali privi di isolamento da 100 a 120 Watt al metro quadrato.
Facciamo un esempio pratico per rendere la formula più accessibile. Immaginiamo di dover noleggiare un impianto di condizionamento per un capannone di 500 metri quadrati con un livello di isolamento molto basso.
La stima del dimensionamento necessario si calcolerà:
Potenza=500 m2⋅100 W/m2=50.000 Watt=50 kW
In questo scenario, la soluzione ideale sarà quindi il noleggio di un condizionatore industriale della taglia di 50 kW.
Come accennato qualche riga più su, il calcolo dei carichi termici è sempre meglio affidarlo a degli esperti. Airtech si occupa da anni del noleggio di condizionatori industriali: i nostri tecnici sono pronti a mettere tutte le loro competenze al tuo servizio per trovare la soluzione più adatta ai tuoi spazi di lavoro. Contattaci per una consulenza.
