Progettazione di un impianto HVAC per un'industria

Energy efficiency plays a crucial role in reducing energy consumption and, consequently, greenhouse gas emissions. This is particularly true in the industrial sector, where there is a need to design an HVAC system with innovative control and management systems (BMS) that harness the potential for recovering waste heat from processes and machinery. The paper focuses on the design of an air conditioning system for an industry that manufactures medical prosthetics. The starting point is the calculation of the project's thermal loads. This objective is achieved through two methods: a simplified steady-state method and a dynamic method using the IES-VE software. Two dynamic simulations are performed: the first assumes conditions for the calculation of project loads, specifically a room load calculation, and the second is an annual simulation of the building-system, including active thermal loads in winter. The first dynamic simulation is compared with the steady-state method to validate the results. A cooling load of 400 kW (82 W/m2) and a heating load of 100 kW (20 W/m2) are obtained. In the absence of bibliographic data on the thermal power dissipated into the environment by industrial machinery (lathes, milling machines, and 3D printers), a calculation method is developed (prior to determining thermal loads) to estimate it based on electrical power data. A dissipation equal to approximately 40% of the absorbed power is obtained. With the known thermal loads, the air side of the system is designed: zoning, selection of the type of system, ventilation rates (with an oversizing factor of 1.25), and sizing of treatment batteries. With these results, a system proposal is made to the client, specifying the group of generators that are air-to-water heat pumps. The last part describes the developed hydraulic scheme, particularly integrating a heat recovery system. This system recovers heat from the cooling system of the industry's pneumatic circuit and can recover enough heat to meet all heating needs.

L’efficienza energetica ha un ruolo determinante nella riduzione dei consumi energetici e quindi delle emissioni dei gas serra. Questo è particolarmente vero nell'industra dove bisogna progettare un impianto HVAC che abbia innovativi sistemi di controllo e gestione (BMS) e che sfrutti possibilità di recupero del calore di scarto da processi e macchinari. Nell'elaborato si sviluppa la progettazione di un impianto di condizionamento per un'industria che produce protesi mediche. La partenza è il calcolo dei carichi termici di progetto. Tale scopo è raggiunto con due metodi uno semplificato stazionario e uno dinamico con l'ausilio del software IES-VE. Si effettuano due simulazioni dinamiche: la prima con le ipotesi per il calcolo dei carichi di progetto, ovvero una room load calculation, e la seconda è una simulazione annuale del sistema edificio-impianto, ovvero con i carichi termici attivi anche d'inverno. La prima simulazione dinamica viene confrontata con il metodo stazionario così da convalidare i risultati. Si ottiene un carico di raffreddamento di 400 kW (82 W/m2) e carico di riscaldamento di 100 kW (20 W/m2). Non avendo dati bibliografici sulla potenza termica dispersa in ambiente dai macchinari industriali (torni, frese e stampanti 3D), si sviluppa (prima della determinazione dei carichi termici) un metodo di calcolo per la sua determinazione partendo dai dati di potenza elettrica assorbita. Si ottiene una dispersione pari a circa il 40% della potenza assorbita. Noti i carichi termici, si effettua la progettazione lato aria dell'impianto: zoning, scelta del tipo di impianto, portate di ventilazione (con fattore di sovradimensionamento di 1.25), dimensionamento batterie di trattamento. Con questi risultati si effettua una proposta impiantistica verso il cliente, ovvero si definisce il gruppo di generatori che sono pompe di calore aria acqua. Nell'ultima parte di descrive lo schema idraulico sviluppato e in particolare si integra un sistema di recupero del calore. Tale sistema recupera il calore dal sistema di raffreddamento del circuito pneumatico dell'industria e è in grado di recuperare calore sufficiente a soddisfare la totalità delle esigenze in riscaldamento.