Termodinamica...
Credo che qualcuno di Voi possa letteralmente svenire di fronte a questo mio quesito,ma soltanto qui posso trovare delucidazioni:
Diciamo che ho una stufa in ceramica (refrattaria) non solamente ad accumulo ma con proprietà convettive(e irraggianti e con volano termico vista la natura del materiale con cui è realizzata);la mia stufa scalda a 19/20 C° come unica soluzione una casa di 240mc totali che ha un fattore di isolamento medio e quindi al quale si applica un fattore di 0,05 Kw mc annui.
la stufa ha un focolare in materiale refrattario di cm cubi 3221 totali ed uno scambiatore di calore metallico(per agevolare lo scambio) nel quale passa il fumo prima di immettersi in canna fumaria.
il consumo è di 20 kg di legna al giorno se tengo accesa la stufa continuativamente( e 22 kg circa se la lascio spegnere e raffreddare.;ma comunque diciamo che per mantenere la temperatura mi sono sufficienti e abbondanti 20Kg.)
considerando che la legna anidra ha un potere di 4400Kcal/h ma che la legna in commercio ha solitamente il15% umidità(almeno la mia) il potere reale si aggira sulle 3740 Kcal/h che rapportati sulle 24 ore portano ad un impiego di circa 3116,66 kcal (circa 3,62Kwh)...
quindi apparentemente è teoricamente impossibile che io possa scaldare quanto scaldo,visto che la potenza resa sembra essere quella necessaria a riscaldare poco più di un terzo di quanto scaldo (considerando che si rendono necessari dai 35 ai 58W/mc a seconda degli isolamenti ).
Vorrei capire come fare a calcolare cosa succede.
Vorrei sapere in primis che considerazioni vi vengono in mente.
la stufa ha un corpo in ceramica refrattaria (del quale ho fatto lo sviluppo,ma non conosco il valore della massa e la conducibilità) una intercapedine "passante" dal basso verso l'alto per il defluire dell'aria e il suo riscaldamento a contatto da una parte con la porzione "interna" del corpo ceramico e del blocco costituito da focolare e girofumi in metallo (ferro acciaioso del quale hocalcolato sviluppo e volume)
Ho fatto anche un grafico della temperatura dell'aria in uscita ,ma non sono in grado di calcolare velocità e volume. dopo soli 8 minuti incomincia ad uscire a 50C° per assestarsi a 106 C° dopo circa 40 minuti e così rimanere per i 3/4 del ciclo di combustione per poi declinare a 70°C con il focolare completamente spento e dolcemente ritornare a T.a nell 3 ore successive.
Ho visto che la legge di Fourier probabilmente è quella da considerare ma i fattori sono molteplici e soprattutto le mie sono considerazioni empiriche e "profane" e io non sono in grado di capire che cosa e come .... lasciamo perdere poi che l'unica insufficienza della mia carriera scolastica era sempre Fisica!!
Comunque,se qualcuno...........
grazie
Diciamo che ho una stufa in ceramica (refrattaria) non solamente ad accumulo ma con proprietà convettive(e irraggianti e con volano termico vista la natura del materiale con cui è realizzata);la mia stufa scalda a 19/20 C° come unica soluzione una casa di 240mc totali che ha un fattore di isolamento medio e quindi al quale si applica un fattore di 0,05 Kw mc annui.
la stufa ha un focolare in materiale refrattario di cm cubi 3221 totali ed uno scambiatore di calore metallico(per agevolare lo scambio) nel quale passa il fumo prima di immettersi in canna fumaria.
il consumo è di 20 kg di legna al giorno se tengo accesa la stufa continuativamente( e 22 kg circa se la lascio spegnere e raffreddare.;ma comunque diciamo che per mantenere la temperatura mi sono sufficienti e abbondanti 20Kg.)
considerando che la legna anidra ha un potere di 4400Kcal/h ma che la legna in commercio ha solitamente il15% umidità(almeno la mia) il potere reale si aggira sulle 3740 Kcal/h che rapportati sulle 24 ore portano ad un impiego di circa 3116,66 kcal (circa 3,62Kwh)...
quindi apparentemente è teoricamente impossibile che io possa scaldare quanto scaldo,visto che la potenza resa sembra essere quella necessaria a riscaldare poco più di un terzo di quanto scaldo (considerando che si rendono necessari dai 35 ai 58W/mc a seconda degli isolamenti ).
Vorrei capire come fare a calcolare cosa succede.
Vorrei sapere in primis che considerazioni vi vengono in mente.
la stufa ha un corpo in ceramica refrattaria (del quale ho fatto lo sviluppo,ma non conosco il valore della massa e la conducibilità) una intercapedine "passante" dal basso verso l'alto per il defluire dell'aria e il suo riscaldamento a contatto da una parte con la porzione "interna" del corpo ceramico e del blocco costituito da focolare e girofumi in metallo (ferro acciaioso del quale hocalcolato sviluppo e volume)
Ho fatto anche un grafico della temperatura dell'aria in uscita ,ma non sono in grado di calcolare velocità e volume. dopo soli 8 minuti incomincia ad uscire a 50C° per assestarsi a 106 C° dopo circa 40 minuti e così rimanere per i 3/4 del ciclo di combustione per poi declinare a 70°C con il focolare completamente spento e dolcemente ritornare a T.a nell 3 ore successive.
Ho visto che la legge di Fourier probabilmente è quella da considerare ma i fattori sono molteplici e soprattutto le mie sono considerazioni empiriche e "profane" e io non sono in grado di capire che cosa e come .... lasciamo perdere poi che l'unica insufficienza della mia carriera scolastica era sempre Fisica!!
Comunque,se qualcuno...........
grazie
Risposte
Beh, a mio avviso il problema non sta nella stufa....
Dato il consumo di legna da te indicato, mettiamo pure che sia giusto il potere calorifico che hai fissato tu, la potenza resa all'ambiente deve tenere conto del rendimento della stufa (perchè parte del calore se ne va attraverso la canna fumaria senza essere "utile" al riscaldamento), in ogni caso, anche ammesso che tu abbia un rendimento alto, poniamo idealmente 100% (anche se non è possibile per una stufa a legna che generalmente viaggia sul 70%...), diciamo che verosimilmente il calore fornito dalla stufa da te calcolato sia corretto, ossia 3,62 kWh in un giorno.
A questo punto, se dici che la stufa è sufficiente a scaldare il tuo ambiente, evidentemente hai commesso un errore nel calcolare la dispersione del tuo edificio, che in un giorno sarà senz'altro inferiore o uguale al calore fornito dalla stufa, altrimenti non riusciresti a mantenere una temperatura media di 20°C.
Il "fattore di isolamento medio" a mio avviso è un termine assolutamente fuorviante, e soprattutto non è noto a priori (ma comunque non capisco come l'hai calcolato, e perchè lo esprimi in kW/mc annui, forse volevi dire kWh/mc annui...).
Infatti il calore disperso dall'edificio dipende dalla trasmittanza di tutte le superfici dell'involucro (pareti, tetto, pavimento, infissi), e anche dalle dispersioni di aria per ventilazione (attraverso l'apertura delle finestre o semplicemente attraverso eventuali spifferi).
In ogni caso, messo che tu abbia un funzionamento continuo per tutto il periodo di riscaldamento, per calcolare il consumo annuo devi moltiplicare i 3,62 kWh per il numero di giorni di utilizzo, e poi dividere per il volume, ottieni così il tuo consumo espresso in kWh/mc annuo.
Se vuoi far tornare i conti, dovresti confrontare questo valore con l'indice di prestazione energetica Epi, sempre in kWh/mc annuo, che però non è possibile conoscere senza un calcolo preciso di tutti i componenti dell'involucro e del sistema di riscaldamento, ma vedrai che il valore del tuo consumo sarà senz'altro maggiore o uguale a questo.
Per darti un'idea, se una casa non è coibentata, il valore di Epi dovrebbe essere superiore a 80-100 kWh/mc anno, mentre se l'invlucro è ben coibentato si può arrivare anche a 10-20 kWh/mc anno (a parte i cosiddetti edifici di classe A che sono ancora inferiori....).
Ah, dimenticavo, cosa che forse per te non è tanto scontata.
Una cosa sono le dispersioni in W/mc (che poi sarebbe meglio indicare con W/mq, visto che avvengono attraverso le superfici dell'involucro), e una cosa il consumo o fabbisogno, espresso in Wh o kWh riferito quindi a un certo periodo di funzionamento.
I valori di dispersione generalmente indicati per gli involucri edilizi, si riferiscono a dispersioni massime, ossia a condizioni di progetto (ad es. temperatura interna 20°C e temperatura esterna -5°C) e servono per dimensionare gli impianti in modo che siano in grado di fornire una potenza istantanea che sia in grado di compensare quella massima dispersa, ma non significa che il tuo edificio disperderà tale potenza continuamente per 24h/24 e per tutto il periodo di riscaldamento.
Il consumo annuo infatti deve tener conto dell'andamento delle temperature esterne nella tua zona climatica, che non sono sempre nella situazione peggiore, e quindi sarebbe sbagliato moltiplicare la potenza massima per tutto il periodo, otterresti dei valori troppo elevati che non sarebbero realistici. Forse i tuoi risultati derivano da questo ragionamento.....
Dato il consumo di legna da te indicato, mettiamo pure che sia giusto il potere calorifico che hai fissato tu, la potenza resa all'ambiente deve tenere conto del rendimento della stufa (perchè parte del calore se ne va attraverso la canna fumaria senza essere "utile" al riscaldamento), in ogni caso, anche ammesso che tu abbia un rendimento alto, poniamo idealmente 100% (anche se non è possibile per una stufa a legna che generalmente viaggia sul 70%...), diciamo che verosimilmente il calore fornito dalla stufa da te calcolato sia corretto, ossia 3,62 kWh in un giorno.
A questo punto, se dici che la stufa è sufficiente a scaldare il tuo ambiente, evidentemente hai commesso un errore nel calcolare la dispersione del tuo edificio, che in un giorno sarà senz'altro inferiore o uguale al calore fornito dalla stufa, altrimenti non riusciresti a mantenere una temperatura media di 20°C.
Il "fattore di isolamento medio" a mio avviso è un termine assolutamente fuorviante, e soprattutto non è noto a priori (ma comunque non capisco come l'hai calcolato, e perchè lo esprimi in kW/mc annui, forse volevi dire kWh/mc annui...).
Infatti il calore disperso dall'edificio dipende dalla trasmittanza di tutte le superfici dell'involucro (pareti, tetto, pavimento, infissi), e anche dalle dispersioni di aria per ventilazione (attraverso l'apertura delle finestre o semplicemente attraverso eventuali spifferi).
In ogni caso, messo che tu abbia un funzionamento continuo per tutto il periodo di riscaldamento, per calcolare il consumo annuo devi moltiplicare i 3,62 kWh per il numero di giorni di utilizzo, e poi dividere per il volume, ottieni così il tuo consumo espresso in kWh/mc annuo.
Se vuoi far tornare i conti, dovresti confrontare questo valore con l'indice di prestazione energetica Epi, sempre in kWh/mc annuo, che però non è possibile conoscere senza un calcolo preciso di tutti i componenti dell'involucro e del sistema di riscaldamento, ma vedrai che il valore del tuo consumo sarà senz'altro maggiore o uguale a questo.
Per darti un'idea, se una casa non è coibentata, il valore di Epi dovrebbe essere superiore a 80-100 kWh/mc anno, mentre se l'invlucro è ben coibentato si può arrivare anche a 10-20 kWh/mc anno (a parte i cosiddetti edifici di classe A che sono ancora inferiori....).
Ah, dimenticavo, cosa che forse per te non è tanto scontata.
Una cosa sono le dispersioni in W/mc (che poi sarebbe meglio indicare con W/mq, visto che avvengono attraverso le superfici dell'involucro), e una cosa il consumo o fabbisogno, espresso in Wh o kWh riferito quindi a un certo periodo di funzionamento.
I valori di dispersione generalmente indicati per gli involucri edilizi, si riferiscono a dispersioni massime, ossia a condizioni di progetto (ad es. temperatura interna 20°C e temperatura esterna -5°C) e servono per dimensionare gli impianti in modo che siano in grado di fornire una potenza istantanea che sia in grado di compensare quella massima dispersa, ma non significa che il tuo edificio disperderà tale potenza continuamente per 24h/24 e per tutto il periodo di riscaldamento.
Il consumo annuo infatti deve tener conto dell'andamento delle temperature esterne nella tua zona climatica, che non sono sempre nella situazione peggiore, e quindi sarebbe sbagliato moltiplicare la potenza massima per tutto il periodo, otterresti dei valori troppo elevati che non sarebbero realistici. Forse i tuoi risultati derivano da questo ragionamento.....
...innanzi tutto grazie...
quindi ,se ho capito bene, dici che non è tanto la capacità della stufa di avere una buona capacità di distribuire il calore prodotto dalla combustione in tempi "differiti " ma piuttosto la casa a rispondere ottimamente e che la stessa stufa in una casa con caratteristiche diverse darebbe prestazioni minori e comunque diverse..
però...
il quesito che mi pongo e che mi interessa, è però riferito alla capacità dei materiali di "ottimizzare" i risultati; provo a spiegarmi meglio; PREMESSO che non vorrei farti perdere tempo e che le mie osservazioni ignorano molte concause, se è vero che la resa in termini percentuali di una stufa si basa convenzionalmente sulla potenza resa al focolare il dato che otteniamo dovrebbe essere vero e applicabile per ogni tipo di stufa che abbia lo stesso valore qualunque sia il combustibile usato. ( abbi pazienza! vorrei capire...)però, con la stessa potenza resa al focolare io non ho gli stessi risultati cioè,per scaldare il mio ambiente mi occorre molta meno legna che con una stufa in metallo pur con dichiarate analoghe caratteristiche...
Vorrei capire se esiste un metodo per quantificare ..... cioè posto che la combustione di xKg di legna al 15% umidità residua (che è legna molto secca)sviluppi xKcal vorrei capire come fare a quantificare la quantità di calore accumulato dalla ceramica,il calore ceduto dal metallo ed il volume d'aria ...
è certo che una parte della temperatura venga dispersa con i fumi , ma la parte di calore resa all'ambiente mi pare che venga "gestita" dai materiali con cui è costruita la stufa: il metallo che molto velocemente lo disperde(utile in prima fase di avviamento perchè velocemente si mette in moto il ciclo convettivo) e la ceramica che una volta calda non solo scalda per irraggiamento ma impedisce un raffreddamento veloce del corpo interno permettendo il proseguire dell'uscita dell'aria calda anche dopo diverso tempo (parlo di ore)dalla cessata attività della combustione..
ora,sono consapevole che non posso avere una stufa che moltiplica l'energia che gli si fornisce per riscaldare,quindi la "maggior resa"(non so come definirla altrimenti)che verifico deve essere data dal metodo con cui lo stesso valore viene restituito....
Esiste una possibilità senza dover ricorrere ad un laboratorio?
Il risultato potrebbe essere approssimato ma almeno mi sembrerebbe meno "magico"...
grazie
quindi ,se ho capito bene, dici che non è tanto la capacità della stufa di avere una buona capacità di distribuire il calore prodotto dalla combustione in tempi "differiti " ma piuttosto la casa a rispondere ottimamente e che la stessa stufa in una casa con caratteristiche diverse darebbe prestazioni minori e comunque diverse..
però...
il quesito che mi pongo e che mi interessa, è però riferito alla capacità dei materiali di "ottimizzare" i risultati; provo a spiegarmi meglio; PREMESSO che non vorrei farti perdere tempo e che le mie osservazioni ignorano molte concause, se è vero che la resa in termini percentuali di una stufa si basa convenzionalmente sulla potenza resa al focolare il dato che otteniamo dovrebbe essere vero e applicabile per ogni tipo di stufa che abbia lo stesso valore qualunque sia il combustibile usato. ( abbi pazienza! vorrei capire...)però, con la stessa potenza resa al focolare io non ho gli stessi risultati cioè,per scaldare il mio ambiente mi occorre molta meno legna che con una stufa in metallo pur con dichiarate analoghe caratteristiche...
Vorrei capire se esiste un metodo per quantificare ..... cioè posto che la combustione di xKg di legna al 15% umidità residua (che è legna molto secca)sviluppi xKcal vorrei capire come fare a quantificare la quantità di calore accumulato dalla ceramica,il calore ceduto dal metallo ed il volume d'aria ...
è certo che una parte della temperatura venga dispersa con i fumi , ma la parte di calore resa all'ambiente mi pare che venga "gestita" dai materiali con cui è costruita la stufa: il metallo che molto velocemente lo disperde(utile in prima fase di avviamento perchè velocemente si mette in moto il ciclo convettivo) e la ceramica che una volta calda non solo scalda per irraggiamento ma impedisce un raffreddamento veloce del corpo interno permettendo il proseguire dell'uscita dell'aria calda anche dopo diverso tempo (parlo di ore)dalla cessata attività della combustione..
ora,sono consapevole che non posso avere una stufa che moltiplica l'energia che gli si fornisce per riscaldare,quindi la "maggior resa"(non so come definirla altrimenti)che verifico deve essere data dal metodo con cui lo stesso valore viene restituito....
Esiste una possibilità senza dover ricorrere ad un laboratorio?
Il risultato potrebbe essere approssimato ma almeno mi sembrerebbe meno "magico"...
grazie
allora, occorre distinguere alcune cose...
Indipendentemente dal tipo di stufa che hai, se la legna ha un dato potere calorifico (ok corretto per tener conto dell'umidità ecc...), avrai che: una parte dell'energia totale posseduta dalla legna si trasformerà in calore, una parte resterà incombusta. Del calore prodotto, una parte se ne andrà attraverso i condotti di scarico, un'altra scalderà il corpo della stufa, e da qui all'ambiente (e a seconda delle temperature esterne e delle caratteristiche delle pareti, dall'ambiente uscirà all'esterno per dispersione....)
La "resa" della stufa, rappresenta la quantità di calore effettivamente ceduta all'ambiente, rispetto al potere calorifico iniziale. Perciò se la stufa ha un'ottima combustione, e riesce a cedere all'ambiente molto calore, renderà di più di una stufa che invece brucia male, o fatta di un materiale che scambia poco.
Il fatto di avere elementi in ceramica, vuole dire soltanto che la stufa è in grado di accumulare più calore rispetto a una con elementi in acciaio, ma questo è indipendente dalla "resa", perchè vuol solo dire che partendo da fredda impiega più tempo a scaldarsi, e rimane calda più a lungo dopo che si è spenta.
Qui entra perciò in gioco la gestione della stufa stessa, perchè a mio avviso è poco realistico considerare una stufa che brucia legna 24 ore su 24 senza mai fermarsi, perchè in teoria all'inizio o alla fine dell'inverno, se le temperature non sono proibitive, tu la stufa la farai andare solo qualche ora al gg, sfruttando appunto l'inerzia termica della ceramica, perciò alla fine il consumo reale di legna non sarà 20Kg al giorno per tutti i giorni... Se fai lo stesso discorso con una stufa d'acciaio, posto che la sua resa sia la stessa, nelle stesse condizioni la stufa consumerà la stessa quantità di legna (solo magari con una intermittenza più rapida, perchè dovrai accenderla e spegnerla più spesso).
Il concetto non è facile da comprendere se abbiamo a che fare con una stufa "manuale" che carichi tu, ma diventa chiaro se tu la paragoni a un impianto di riscaldamento costituito da caldaia a gas: in questo caso la caldaia non funziona 24h/24 sempre alla max potenza, ma avrà un'intermittenza data dal sistema di regolazione (termostato) che farà funzionare l'impianto solo quando leggerà in ambiente una temperatura inferiore a quella impostata, inoltre modulerà la potenza a seconda di quanto l'impianto richiede).
Se tu vuoi far tornare i conti quindi, non devi porti tanto il problema di quanto calore venga accumulato dalla stufa, perchè tale calore prima o poi andrà ceduto all'ambiente.
Tu devi vedere il sistema casa come un sistema complesso che scambia calore con l'esterno e che produce calore. Dovresti quindi sfruttare l'equazione di Fourier completa (perchè hai un termine di generazione di calore, un termine di accumulo, il tutto variabile nel tempo, sia a scala oraria che a scala giornaliera e mensile).
E' preticamente impossibile tener conto di tutte le variabili che entrano in gioco, la materia è alla base delle normative di calcolo dei sistemi di riscaldamento degli edifici, la cui ultima versione la si può trovare (con tutti i passaggi del caso) nelle UNI TS 11300, ed è la base della certificazione energetica degli edifici, di cui sempre più spesso si sente parlare.
Indipendentemente dal tipo di stufa che hai, se la legna ha un dato potere calorifico (ok corretto per tener conto dell'umidità ecc...), avrai che: una parte dell'energia totale posseduta dalla legna si trasformerà in calore, una parte resterà incombusta. Del calore prodotto, una parte se ne andrà attraverso i condotti di scarico, un'altra scalderà il corpo della stufa, e da qui all'ambiente (e a seconda delle temperature esterne e delle caratteristiche delle pareti, dall'ambiente uscirà all'esterno per dispersione....)
La "resa" della stufa, rappresenta la quantità di calore effettivamente ceduta all'ambiente, rispetto al potere calorifico iniziale. Perciò se la stufa ha un'ottima combustione, e riesce a cedere all'ambiente molto calore, renderà di più di una stufa che invece brucia male, o fatta di un materiale che scambia poco.
Il fatto di avere elementi in ceramica, vuole dire soltanto che la stufa è in grado di accumulare più calore rispetto a una con elementi in acciaio, ma questo è indipendente dalla "resa", perchè vuol solo dire che partendo da fredda impiega più tempo a scaldarsi, e rimane calda più a lungo dopo che si è spenta.
Qui entra perciò in gioco la gestione della stufa stessa, perchè a mio avviso è poco realistico considerare una stufa che brucia legna 24 ore su 24 senza mai fermarsi, perchè in teoria all'inizio o alla fine dell'inverno, se le temperature non sono proibitive, tu la stufa la farai andare solo qualche ora al gg, sfruttando appunto l'inerzia termica della ceramica, perciò alla fine il consumo reale di legna non sarà 20Kg al giorno per tutti i giorni... Se fai lo stesso discorso con una stufa d'acciaio, posto che la sua resa sia la stessa, nelle stesse condizioni la stufa consumerà la stessa quantità di legna (solo magari con una intermittenza più rapida, perchè dovrai accenderla e spegnerla più spesso).
Il concetto non è facile da comprendere se abbiamo a che fare con una stufa "manuale" che carichi tu, ma diventa chiaro se tu la paragoni a un impianto di riscaldamento costituito da caldaia a gas: in questo caso la caldaia non funziona 24h/24 sempre alla max potenza, ma avrà un'intermittenza data dal sistema di regolazione (termostato) che farà funzionare l'impianto solo quando leggerà in ambiente una temperatura inferiore a quella impostata, inoltre modulerà la potenza a seconda di quanto l'impianto richiede).
Se tu vuoi far tornare i conti quindi, non devi porti tanto il problema di quanto calore venga accumulato dalla stufa, perchè tale calore prima o poi andrà ceduto all'ambiente.
Tu devi vedere il sistema casa come un sistema complesso che scambia calore con l'esterno e che produce calore. Dovresti quindi sfruttare l'equazione di Fourier completa (perchè hai un termine di generazione di calore, un termine di accumulo, il tutto variabile nel tempo, sia a scala oraria che a scala giornaliera e mensile).
E' preticamente impossibile tener conto di tutte le variabili che entrano in gioco, la materia è alla base delle normative di calcolo dei sistemi di riscaldamento degli edifici, la cui ultima versione la si può trovare (con tutti i passaggi del caso) nelle UNI TS 11300, ed è la base della certificazione energetica degli edifici, di cui sempre più spesso si sente parlare.
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