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IMPIANTI E STRUTTURE

Corso di laurea in PAAS

Prof. Massimo Lazzari

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Il controllo dell'ambiente

(.wav)

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Gli strumenti a disposizione dell'allevatore per mantenere il livello dei parametri ambientali entro la “zona di benessere” sono:

•isolamento termico

•ventilazione

•riscaldamento o raffrescamento dell'aria.

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10

20

30

40

50

60

70

80

90

27/06/04 29/06/04 01/07/04 03/07/04 05/07/04 07/07/04 09/07/04

T [°C]

UR [%]

Condizioni estive

5

-20

0

20

40

60

80

100

10/11/04 15/11/04 20/11/04 25/11/04 30/11/04

Serie1

Serie2

Condizioni invernali

T (°C)

UR (%)

6

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

12/11/04 22/11/04 02/12/04 12/12/04 22/12/04 01/01/05

UR [%]

T [°C]

Condizioni invernali (interno)

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Bilancio termico dell’edificio

qr :radiazione solare

qe :attraverso le pareti

qa :emesso dagli animali

qv :ventilazione

Tqqqqq vesuar

qsu :riscaldamento

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L'isolamento termico

• È la capacità che hanno gli elementi di tamponamento e copertura del ricovero di limitare gli scambi di calore tra l'interno e l'esterno

• dipende dalle caratteristiche isolanti (K) dei materiali impiegati nella costruzione e dalla cura posta nell'evitare zone non isolate (ponti termici)

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• K = coefficiente di trasmissione del calore: è il flusso di calore che attraversa un m2 di parete, in un'ora, per t = 1°C; si misura in W/m2

°C.

• Km = media ponderale dei K di tutte le superfici esposte dell'edificio.

10

Calcolo del K per una parete

i = coefficiente liminare interno (10)

e = coefficiente liminare esterno (20)

• s = spessore del materiale (m) = coefficiente di conduttività termica (W/m °C)

)(W/m 11

1 2 Cs

k

ei

11

Tabella 5.6

Segue….

12

Segue…..

13

14

15

La trasmissione del calore attraverso il pavimento avviene prevalentemente sul perimetro esposto.

Per calcolare il valore di K del pavimento si può usare una relazione empirica, valida per pavimenti con superficie maggiore di 25 m2:

Kp = 0.05 + 1.65 * (S/P)-1- 0.6 * (S/P)-2

Dove: S è la superficie del pavimento;

P è la somma della lunghezza dei lati esposti.

Se è presente uno strato isolante:

i

i

p

t sK

K

1

1

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Valore di K per pavimenti solidi in contatto con il terreno e con quattro lati esposti

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Ponti termici

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La

D

Si considera non solo l’area del ponte termico ma si estende la sua influenza al doppio della sua distanza dalla parete:

L=La + 2 D

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Calcolo del K medio di un edificioAi fini della valutazione del bilancio termico di un edificio è utile calcolare il valore medio del valore del coefficiente di trasmissione del calore (K).

Tale valore medio (Km) si ottiene dalla media dei coefficienti dei singoli elementi della struttura ponderata rispetto alle superfici degli elementi stessi:

ii

iii

m S

Skk

Dove:

ki=coefficiente di trasmissione del calore dell’elemento i

Si= Superficie esposta dell’elemento i

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capacità termica o inerzia termica • strettamente correlato con l'isolamento, è il potere

che ha la parete di immagazzinare calore, ad una certa temperatura, e di cederlo a temperatura più bassa.

• Tale caratteristica dipende soprattutto dal “peso” della costruzione; in presenza di pareti e di coperture pesanti è più facile mantenere condizioni ambientali costanti, anche con situazioni esterne notevolmente variabili, sia nei periodi invernali che estivi.

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sfasamento

attenuazione

23

• Fig. 6.13

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La ventilazione

• I processi di termogenesi, propri del metabolismo animale, comportano scambi di calore con l'ambiente, sia sotto forma di calore sensibile, che di calore latente.

• La produzione totale di calore (sensibile + latente) dipende da vari fattori quali la specie, la razza, l'età, il livello alimentare e la temperatura ambientale.

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Il dimensionamento del sistema ventilazione deve essere fatto tenendo presenti:

• le condizioni climatiche esterne• le esigenze degli animali • le emissioni di calore e vapor acqueo da

parte degli animali

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Ventilazione invernale

/h)(m )(

(kg/h)

3

UeUi

UaQ

UeUi

UaQ

Ua= Umidità emessa dagli animali (g/h)

Ui= Umidità assoluta ambiente interno (g di H20/kg di aria)

Ue= Umidità assoluta ambiente esterno (g di H20/kg di aria)

= densità dell’aria (kg/m3)

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Tab. 6.14

28

29

Diagramma psicrometrico

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Riscaldamento degli ambientiIl riscaldamento artificiale consiste nell'immissione, all'interno dell'ambiente, di calore (prodotto dalla combustione di materiali organici o minerali) per consentire l'innalzamento della temperatura a livelli tali da ridurre al minimo la produzione di calore metabolico. Ciò si traduce in un incremento degli indici di conversione degli alimenti e in un miglior uso dell'alimento.

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• Non sempre il riscaldamento è necessario: ad esempio, se vi è della lettiera di paglia, e se vi è alta concentrazione di animali di massa elevata (porcilaie da ingrasso o stalle per bovini da carne).

• Il riscaldamento è, invece, necessario negli allevamenti suinicoli (localizzato nelle sale parto e diffuso nei locali per lattonzoli su flat-deck) e nelle pulcinaie. Il riscaldamento può essere utile anche per le conigliere.

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Calcolo dell’energia richiesta

• Per calcolare l'ammontare dell'energia termica richiesta su base annua si può utilizzare il metodo dei «gradi-giorno».

• Occorre innanzitutto calcolare l'incremento di temperatura dovuto agli animali con la seguente formula:

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• qa= calore prodotto dagli animali (W)

• Q= portata d’aria di ventilazione (m3/s)

• ca=calore specifico dell’aria (1005 J/°C kg di aria secca)

= densità dell’aria (kg/m3) t = differenza di temperatura tra interno e esterno• Km = coefficiente di trasmissione del calore medio (W/

m2 °C)• A= superfici esposte dell’edificio (m2)

C)(

AkcQ

qt

a

a

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• Successivamente si determina la temperatura di base sottraendo il t prima calcolato dal valore della temperatura che si desidera mantenere all'interno dell'edificio.

• Quindi si sceglie il valore dei gradi-giorno, per mese o per anno, utilizzando il valore della temperatura base precedentemente calcolata.

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37

• Infine si calcola il calore supplementare richiesto (qsu) utilizzando l'equazione:

•

J)( )(4,86 kAkcQGqsu a In cui G= gradi giorno per il periodo considerato

Per trasformare il valore trovato in kg di gasolio o m3

di gas, occorre considerare:- il primo ha un potere calorifico di circa 41.800-43.000 kJ, mentre il secondo ha un potere calorifico di circa 34.300 kJ.- il rendimento di combustione varia fra 0,7 e 0,8.

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Il raffrescamento dell’aria

• Il controllo delle alte temperature estive è normalmente affidato più all'impiego di sistemi passivi che all'utilizzo di una specifica impiantistica. Per questo è necessario ombreggiare, ed eventualmente tinteggiare con vernici riflettenti, per limitare l'irraggiamento solare e, soprattutto, realizzare il ricovero con strutture pesanti.

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Tra i possibili sistemi attivi il “cooling”, è quello che appare oggi il più accettabile dato il costo relativamente contenuto in relazione ai risultati ottenibili. Il principio di funzionamento consiste nel far evaporare dell'acqua nell'aria di rinnovo, in modo che questa, fornendo il calore sensibile necessario alla sua evaporazione, riduca la sua temperatura. E’ evidente che la diminuzione di temperatura sarà tanto maggiore quanto minore sarà la U.R. dell'aria trattata.

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Ventilazione estiva

• qa= calore prodotto dagli animali (W)

• ca=calore specifico dell’aria (1005 J/°C kg di aria secca)

= densità dell’aria (kg/m3) t = differenza di temperatura tra interno e esterno

)/( 3 smtc

qQ

a

a

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• I valori dipendono, oltre che dal calore sensibile, dal t ammesso; questo valore si fissa normalmente sui 3-40C per evitare portate eccessivamente elevate. Anche in questo caso, comunque, i volumi di ventilazione estivi risultano spesso, dalle 5 sino alle 10 volte, maggiori di quelli invernali.

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tab. 6.15

43

44

I sistemi di ventilazione

• Ventilazione naturale– differenza di temperatura (effetto camino)– forza del vento (effetto vento)

• La portata effettiva dipende dalla combinazione dei due effetti

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Effetto vento

• kv = efficienza delle aperture (600 per R=1)

• Ai = superficie di ingresso (m2)

• v = velocità del vento (km/h)

)/( 3 hmvAkQ iv

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V (km/h)

inferiore a 1 Calma di vento

Il fumo sale verticale

tra 1 e 5 Bava di vento

La direzione del vento è indicata dall'inclinazione del fumo

tra 6 e 11 Brezza leggera

Si apprezza il vento sul volto, si ode il fruscio delle foglie

tra 12 e 19 Brezza tesa Brezza tesa

tra 20 e 28 Vento moderato

Il vento solleva polvere e fogli di carta

tra 29 e 38 Vento teso Gli arbusti ondeggiano

tra 39 e 49 Vento fresco

I rami più grossi si agitano, gli arbusti ondeggiano

tra 50 e 61 Vento forte Gli alberi si agitano, la marcia controvento è difficoltosa

47Disegni Prof. Franco Sangiorgi

48Disegni Prof. Franco Sangiorgi

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Disegni

Prof. Franco Sangiorgi

50Disegni Prof. Franco Sangiorgi

51Disegni Prof. Franco Sangiorgi

52Disegni Prof. Franco Sangiorgi

53Disegni Prof. Franco Sangiorgi

54Disegni Prof. Franco Sangiorgi

55Disegni Prof. Franco Sangiorgi

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Effetto camino

• ka=costante che dipende dal rapporto tra le aree di ingresso e uscita (400 per r=1)

• Ai=superficie di entrata (m2)

• h= differenza di altezza tra entrata e uscita (m) t=differenza tra la temperatura interna ed esterna

)/(m 3 hthAKQ ia

57Disegni Prof. Franco Sangiorgi

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Effetto combinato

22cvt QQQ

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ventilazione naturale

0

200

400

600

800

1000

0 1 2 3 4 5

Rapporto aree ingresso/uscita

valo

re d

el c

oeff

icie

nte

K ka

kv

60

Ventilazione artificiale• Il ricambio si ottiene per effetto di ventilatori

appositamente predisposti. Il vantaggio consiste nella possibilità di- regolare, in modo abbastanza preciso ed automatico, le portate di ricambio indipendentemente dalle condizioni climatiche esterne.

• E’ possibile quindi attuare la ventilazione in relazione alle esigenze specifiche degli animali ospitati nel ricovero.

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• Per contro. a fronte di questo vantaggio, si ha un consumo di energia elettrica; la convenienza ad adottare questo sistema deve risultare quindi dalla riduzione di mano d'opera e dalla maggior produttività degli animali.

• La ventilazione dinamica è inoltre praticamente insostituibile nelle porcilaie su pavimento fessurato ove le fermentazioni, che si sviluppano nelle deiezioni stoccate a lungo, producono gas nocivi che, se non allontanati direttamente dalle fosse. potrebbero facilmente raggiungere livelli intollerabili in ambiente

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• Il ricambio dell'aria può essere ottenuto sia in pressione (o pressione positiva od immissione), sia in depressione (o estrazione o pressione negativa) a seconda che l'aria di rinnovo sia immessa direttamente da un ventilatore o entri, dalle aperture predisposte, perché richiamata in ambiente dalla depressione creata da un ventilatore estrattore.

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Sistema in depressioneE’ la soluzione indubbiamente più diffusa nei ricoveri zootecnici. Consiste, nel predisporre dei ventilatori estrattori, e nelle posizioni opportune, le aperture di ingresso dell'aria. Dalla disposizione di queste ultime, e dalla velocità d'ingresso dell'aria, dipende la corretta distribuzione in ambiente; per questo è necessario che tali aperture siano regolabili per adattarle alle necessarie variazioni di portata nel ricovero. Con tale sistema non è possibile effettuare il riciclo dell'aria ambiente ed è più difficile il trattamento. Per contro l'impianto è particolarmente semplice ed affidabile.

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Figura depressione

65Disegni Prof. Franco Sangiorgi

66Disegni Prof. Franco Sangiorgi

67Disegni Prof. Franco Sangiorgi

68Disegni Prof. Franco Sangiorgi

69Disegni Prof. Franco Sangiorgi

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Sistema in pressione

• Normalmente il ventilatore immissore viene collegato ad una canalizzazione, rigida o flessibile, che provvede alla distribuzione uniforme dell'aria in tutto il ricovero.

• Con questo sistema è possibile avere ambienti omogenei anche con valori di ricambio molto bassi; il che si può tradurre in pratica, in sensibili economie di energia.

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• Questo sistema, inoltre, concentrando in pochi punti (in alcuni casi addirittura in uno solo) l'ingresso, rende facile ogni eventuale trattamento dell'aria come la filtrazione, la disinfezione, il riscaldamento o raffreddamento. A fronte di questi aspetti positivi si ha una maggior complessità di impianto e quindi la necessità di una esecuzione, e successiva gestione, più accurata.

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Figura pressione

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• Entrambi i sistemi possono essere validamente utilizzati per il controllo degli ambienti zootecnici; la scelta deve essere fatta caso per caso in considerazione delle specifiche condizioni ed esigenze di allevamento non ultima la preparazione professionale dei personale.

• La variazione della portata è affidata a una centralina con sonda sensibile alla temperatura. Nella centralina è inoltre possibile fissare la velocità minima dei ventilatore in modo da assicurare in ogni caso la ventilazione minima insopprimibile.

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Sistemi mistiSi prevede l'impiego della ventilazione dinamica nel periodo invernale, mentre, nelle mezze stagioni e nel periodo estivo, le maggiori esigenze di ricambio si ottengono con la ventilazione naturale. In questo modo si possono ridurre notevolmente le potenze dei ventilatori; negli altri periodi climatici la ventilazione dinamica assume funzione di soccorso e di allontanamento dei gas pesanti.