Per chi opera nel settore HVAC, i calcoli del carico sono una parte fondamentale del processo di progettazione. È importante calcolare correttamente i carichi di progetto per garantire che il sistema sia dimensionato correttamente e funzioni in modo efficiente. Questo articolo fornisce una breve panoramica del processo di calcolo del carico HVAC e della sua importanza.
I calcoli del carico sono necessari per tutti i tipi di sistemi HVAC, da quelli residenziali a quelli commerciali e industriali. Lo scopo principale dei calcoli è determinare la quantità di riscaldamento e raffreddamento necessaria per mantenere le temperature interne desiderate. Per fare ciò, il progettista deve tenere conto di tutti i fattori che influenzano il carico, come le dimensioni dell’edificio, i livelli di isolamento e il numero di occupanti.
I calcoli del carico forniscono inoltre informazioni sui componenti del sistema necessari per sostenere il carico calcolato. Ciò include le dimensioni e il tipo di apparecchiature, come refrigeratori e caldaie, nonché le condutture e le tubazioni che saranno necessarie.
Fasi di calcolo del carico
I passaggi necessari per eseguire i calcoli del carico HVAC:
- Raccogli informazioni sull'edificio:
- Raccogli piani di costruzione, disegni e progetti.
- Prendere nota dell'ubicazione dell'edificio, dell'orientamento e del tipo di costruzione.
- Determinare l'involucro dell'edificio:
- Identificare i componenti dell'involucro dell'edificio, come muri, tetto e finestre.
- Determinare le proprietà termiche di ciascun componente, inclusi il valore R dell'isolamento e il fattore U.
- Determinare l'area e l'orientamento di ciascun componente.
- Identificare le fonti di calore interne:
- Determinare il numero di occupanti e i loro livelli di attività.
- Identificare le attrezzature e gli elettrodomestici presenti nell'edificio.
- Determinare il carico di illuminazione e il suo programma.
- Determinare le condizioni esterne:
- Ottieni dati meteorologici storici per la posizione.
- Determinare le condizioni di progettazione esterna in base agli standard ASHRAE.
- Calcolare guadagni e perdite di calore:
- Utilizzare software o calcoli manuali per determinare la quantità di calore guadagnato o perso attraverso ciascun componente dell'involucro dell'edificio.
- Calcolare gli apporti termici da fonti interne.
- Calcolare le perdite o i guadagni di calore derivanti dalla ventilazione e dalle infiltrazioni.
- Determinare i carichi di riscaldamento e raffreddamento:
- Combinare gli apporti e le perdite di calore per determinare i carichi di riscaldamento e raffreddamento per ogni stanza o zona.
- Calcolare i carichi totali di riscaldamento e raffreddamento per l'intero edificio.
- Seleziona l'attrezzatura HVAC:
- Determinare la dimensione appropriata delle apparecchiature HVAC in base ai carichi di riscaldamento e raffreddamento.
- Scegli le apparecchiature più efficienti dal punto di vista energetico per l'edificio.
- Rivedi e modifica i calcoli:
- Controllare l'accuratezza e la completezza dei calcoli.
- Modificare i calcoli secondo necessità in base ai cambiamenti nella progettazione o nell'utilizzo dell'edificio.
Una volta completati i calcoli del carico, il progettista può iniziare il processo di selezione dell'attrezzatura e dei componenti appropriati per il lavoro. Le dimensioni e il tipo di apparecchiatura devono essere scelti con attenzione per garantire che il sistema funzioni in modo efficiente e soddisfi i requisiti di temperatura interna desiderati.
È importante notare che i calcoli del carico non sono un processo una tantum. I calcoli devono essere rivisitati periodicamente per garantire che il sistema funzioni in modo ottimale e che eventuali cambiamenti nelle condizioni, come i cambiamenti nell'occupazione, siano presi in considerazione.
L’importanza dei calcoli del carico HVAC non può essere sopravvalutata. Senza i calcoli corretti, il sistema potrebbe non essere dimensionato correttamente e non funzionare in modo efficiente. È essenziale che vengano eseguiti progettazione e calcoli adeguati per garantire che il sistema funzioni correttamente e soddisfi i requisiti di temperatura interna desiderati.
Il calcolo accurato dei carichi di riscaldamento e raffreddamento è essenziale per fornire un solido ponte tra le decisioni fondamentali sulla progettazione dell'edificio e un edificio operativo. Se i carichi vengono sostanzialmente sottostimati, gli occupanti e gli utenti probabilmente sentiranno caldo o freddo. Se i carichi sono sostanzialmente sovrastimati, le apparecchiature saranno sovradimensionate (di solito uno spreco di denaro, una riduzione dell’efficienza, un aumento del consumo di energia e spesso un rischio per il comfort). I calcoli accurati del carico sono una parte importante del processo di progettazione. Questa importanza è sottolineata dalla costante evoluzione delle metodologie di calcolo del carico, che ha reso i calcoli del carico sempre più complessi, meno intuitivi e più dipendenti dai computer.
È fondamentale che un ingegnere HVAC&R principiante abbia una buona conoscenza dei fondamenti dei concetti di calcolo del carico. Affidarsi totalmente al software del computer per l'analisi del carico non è saggio. Il detto “garbage in, garbage out” si applica perfettamente ai calcoli del carico.
Le apparecchiature e i sistemi vengono dimensionati in base ai carichi di “progetto”, calcolati utilizzando metodi statisticamente significativi condizioni meteo che riflettono il clima dell'ubicazione dell'edificio. Un carico di riscaldamento di progetto rappresenta la perdita di calore di un edificio sulla base di una serie di ipotesi generalmente concordate. Un carico di raffreddamento di progetto rappresenta il flusso di calore in un edificio attraverso l'involucro edilizio e da fonti interne, sempre in base a una serie di presupposti comunemente accettati. Il termine guadagno di calore è generalmente utilizzato per descrivere il flusso di calore indifferenziato in un edificio o spazio. Il termine carico di raffreddamento viene utilizzato per descrivere quella porzione di guadagno di calore che influenzerà la temperatura dell'aria (in contrapposizione al materiale da costruzione e al contenuto) in un dato momento. La stragrande maggioranza dei sistemi di climatizzazione risponde direttamente ai carichi di raffreddamento attraverso il controllo termostatico (e solo indirettamente agli apporti di calore).
I carichi sono sensibili (che influenzano la temperatura dell'aria) o latenti (che influenzano l'umidità relativa) o una combinazione di sensibile e latente. I carichi possono essere esterni (passanti attraverso l'involucro dell'edificio) o interni (originati all'interno dell'involucro dell'edificio). I carichi spaziali influenzano una particolare porzione di un edificio in un determinato momento; i carichi delle apparecchiature sono quelli visti dalle apparecchiature in un determinato momento. I carichi delle apparecchiature per i componenti centrali potrebbero non eguagliare la somma dei carichi dello spazio di progettazione a causa della diversità (non coincidenza) dei carichi, ad esempio tra le stanze rivolte a est e quelle rivolte a ovest.
I carichi sensibili e latenti di riscaldamento e raffreddamento derivano dal trasferimento di calore attraverso l'involucro opaco dell'edificio; guadagno di calore solare attraverso finestre e lucernari; infiltrazione attraverso aperture nell'involucro edilizio; guadagni di calore interno dovuti all'illuminazione, alle persone e alle attrezzature negli spazi climatizzati; e flusso d'aria esterno per la ventilazione e la pressurizzazione dell'edificio. Questi carichi sono descritti in dettaglio in diversi capitoli del Manuale ASHRAE – Fondamenti. In genere, i calcoli del carico di riscaldamento di progetto non includono gli apporti di calore nello spazio, poiché le perdite di picco si verificano generalmente durante la notte (ore non occupate per la maggior parte degli edifici non residenziali). Se opportuno, il credito per il riscaldamento può essere preso per una parte dei guadagni in termini di illuminazione, occupazione e attrezzature, ma non per i guadagni solari (gli edifici passivi riscaldati dal sole rappresentano un’eccezione a questa regola generale).
Lo sviluppo di un'analisi energetica completa dell'edificio richiede che il progettista HVAC&R consideri i numerosi carichi, diversi dal semplice carico di progetto, che si verificano durante un anno tipico della vita di un edificio. Questo tipo di analisi richiede dati meteorologici orari per tutto l'anno (piuttosto che semplici condizioni di progettazione) e calcoli sostanziali per calcolare i carichi in condizioni non di punta e la conseguente risposta delle apparecchiature a tali carichi. Sebbene esistano alcuni metodi manuali che consentono un'approssimazione, analisi energetiche accurate richiedono capacità di simulazione computerizzata piuttosto sofisticate. Esistono numerosi programmi software in grado di fornire tali analisi, ma si tratta spesso di programmi specializzati con curve di apprendimento ripide.
FREQUENTLY ASKED QUESTIONS
The key factors that affect HVAC load calculations include building envelope characteristics, such as insulation, windows, and walls; internal heat gains from occupants, lighting, and equipment; and external factors like climate, solar radiation, and wind. Other factors, such as occupancy schedules, equipment efficiencies, and ductwork layout, also play a crucial role in determining the accurate HVAC load. A thorough understanding of these factors is essential to perform accurate load calculations.
Sensible heat loads refer to the heat gain or loss that affects the dry-bulb temperature of the air, while latent heat loads refer to the heat gain or loss that affects the humidity of the air. Sensible heat loads are typically associated with heating and cooling, while latent heat loads are associated with dehumidification and humidification. Accurate calculation of both sensible and latent heat loads is essential to ensure proper sizing of HVAC equipment and to maintain comfortable indoor conditions.
Building orientation and layout can significantly impact HVAC load calculations. For example, a building with a large south-facing façade will receive more solar radiation, increasing the cooling load, while a building with a north-facing façade will receive less solar radiation, reducing the cooling load. Additionally, the layout of the building, including the location of windows, doors, and internal partitions, can affect the distribution of heat gains and losses, further impacting the HVAC load calculation.
ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers) standards, such as ASHRAE 90.1 and ASHRAE 62.1, provide guidelines and procedures for performing HVAC load calculations. These standards provide detailed methods for calculating heating and cooling loads, including factors such as climate, building envelope, and internal heat gains. Following ASHRAE standards ensures that HVAC load calculations are accurate, reliable, and compliant with industry best practices.
Yes, HVAC load calculations can be performed using software tools, such as computer-aided design (CAD) software, building information modeling (BIM) software, and specialized HVAC load calculation software. These tools can simplify the calculation process, reduce errors, and provide detailed reports and outputs. However, it is essential to ensure that the software is based on industry-recognized standards, such as ASHRAE, and that the user has a thorough understanding of the underlying calculation methods and assumptions.
