Nell’articolo di oggi andremo a vedere come calcolare la potenza termica necessaria al riscaldamento di una stanza. Buona lettura!
Principio sul calcolo del riscaldamento di una stanza
La prima domanda da porsi per quanto riguarda il riscaldamento di una stanza è la seguente: per quale motivo è necessario scaldare una stanza?
La domanda, che sembra abbastanza banale, ci permette di distinguere 2 casi:
- E’ necessaria della potenza termica per portare la stanza dalla temperatura di partenza (solitamente pari a quella esterna) alla temperatura desiderata. Questa fase è transitoria e si concluderà non appena la temperatura obiettivo sarà raggiunta
- Avremo sicuramente una dispersione termica (ad esempio a causa dell’esposizione di alcune pareti con l’ambiente esterno). Sarà pertanto necessario quantificare la potenza termica dispersa e fornirne in ingresso una quantità analoga. Questa fase è permanente, pertanto la quantità di potenza termica calcolata fornire sarà permanente
Riguardo l’ultimo punto, è importante precisare che, maggiore sarà il grado di isolamento della casa (che solitamente, in ambito immobiliare, si categorizza con la “classe energetica”), minore sarà la quantità di calore da fornire (e pertanto la spesa in riscaldamento).
Andiamo a svolgere un esempio per chiarire i concetti appena citati
Esempio: stanza esposta su 2 pareti
Immaginiamo di abitare in una stanza avente dimensioni seguenti:
- lunghezza: 5 m
- larghezza: 3 m
- altezza: 3 m
Supponiamo di avere muri in mattone refrattario spessi 200 mm (aventi coefficiente di conduzione 3 W/(mK), vedremo in seguito l’utilità di questo dato)
Supponiamo di voler calcolare il contributo necessario per scaldare tutta l’aria all’interno della stanza (assumendo di trascurare il riscaldamento delle pareti). Dovremo per prima cosa calcolare il volume d’aria interno
Noto il calore specifico dell’aria (Cp=1 J/KgK) e la sua densità (ρ=1.29 Kg/m3), possiamo calcolare l’energia necessaria a portare l’aria interna da temperatura iniziale (che assumiamo essere 5 °C) alla temperatura necessaria per l’abitabilità (ovvero 20 °C)
Questo valore rappresenta puramente la quantità di energia necessaria per poter portare la stanza in temperatura. In base al valore di potenza utile a scaldare l’aria interna, si raggiungerà in più o meno tempo la temperatura interna desiderata.
Andiamo ora a calcolare il contributo dovuto alla dispersione termica (dovuto all’esposizione di 2 pareti con l’esterno)
Quello che leggiamo è il valore di dispersione che si avrà quando la stanza avrà raggiunto una temperatura di 20 °C: ovviamente, minore è la temperatura, minore sarà la dispersione termica che si avrà (a 5 °C interni avrò dispersione nulla, mano a mano che la temperatura nella stanza salirà aumenterà proporzionalmente anche la dispersione). Per semplicità, consideriamo soltanto il valore di dispersione massimo (percui a 20°C, calcolato sopra).
Considerando i 2 contributi, e partendo dalla stanza a temperatura pari a quella esterna, dovremo andare a scaldare con una potenza maggiore di 4725 W, così da poter vincere il contributo dovuto alla dispersione ed utilizzare la restante parte per effettuare il riscaldamento dell’aria interna. Maggiore sarà la potenza rispetto a 4725 W, più rapido sarà il riscaldamento della stanza.
Quando si raggiungerà la temperatura desiderata, la potenza andrà abbassata a 4725 W, per evitare che la temperatura salga ulteriormente (a regime, infatti, la potenza dispersa sarà l’unico contributo da compensare). Se si utilizzasse una potenza minore di 4725 W, la temperatura salirebbe fino ad un certo valore (inferiore ovviamente a 20 °C), per poi fermarsi.
Si noti come il contributo di dispersione termica sia notevolmente maggiore rispetto al contributo energetico per il puro riscaldamento dell’aria. Utilizzando un isolamento maggiore della casa (ovvero abbassando il coefficiente di conduzione) è possibile abbattere il valore ottenuto (ed avere pertanto un consumo energetico inferiore). Da qui si capisce l’importanza di avere una casa con classe energetica maggiore possibile.
Conclusioni
L’articolo di oggi voleva mettere in luce i principi fondamentali del calcolo di potenza termica di una stanza. L’esempio era puramente indicativo ed aveva scopo soltanto di mostrare dove il contributo di potenza andasse a distribuirsi. Grazie ad esso ci siamo resi conto che gran parte del contributo viene utilizzato per vincere la dispersione termica piuttosto che al riscaldamento in sè (che invece ha una richiesta energetica minore)
Fatemi sapere se l’articolo è stato di vostro gradimento
Ci sentiamo nel prossimo articolo
Un saluto
Luca
Complimenti per la semplicità e la chiarezza nell’esporre l’esempio.
se possibile, sarebbe interessante qualche informazioni sul ruolo del coefficiente “epsilon” nella trasmissione del calore in presenza di superfici opache.
Molto interessante, si evidenzia un fatto importante, che l’efficenza del riscaldamento non è solo la caldaia ma tutto il sistema di isolamento. Non mi è chiaro perché paragonate i J di energia necessaria per riscaldare con i W di potenza per mantenere la T costante. Non potreste convertire tutto in W
Buonasera,
il contributo in Joule è la quantità di energia necessaria a portare la stanza da una temperatura A ad una temperatura B. In base alla potenza del sistema di riscaldamento verrà raggiunto l’obiettivo in più o meno tempo, posto che questa sia maggiore della dispersione.
In altre parole, è come avere una vasca da bagno con lo scarico sempre aperto. I Joule rappresentano i litri totali della vasca, i W il numero di litri al minuto che eroga il rubinetto e che perdiamo dallo scarico. Se scarichiamo 10 litri al minuto, dal rubinetto devono uscirne più di 10 per riempire la vasca: se dobbiamo mantenere il livello, devono uscirne 10. Se ne escono meno, la vasca si svuota.
Spero di aver chiarito il dubbio
Luca
Articolo molto interessante che mi confermano l’idea di come sia molto superiore il contributo per mantenere calda una casa di quello per riscaldarla. Rimango comunque stupito dai valori ottenuti : l’energia di 871 J per riscaldare i 45 mc d’aria della stanza da 5 a 20 gradi si ottengono in meno di un SECONDO (!!!) da una fonte di riscaldamento dalla potenza di un solo kilowatt !!! Per contro mantenere la temperatura costante a 20°C richiede l’erogazione costante di ben 4,725 KW !!! … possibile ? Il valore energetico del primo contributo (riscaldamento dell’aria) è insignificante rispetto al secondo (mantenimento temperatura a 20°C) anche se quest’ultimo è protratto solo per pochi minuti.