Travi fredde high tech: efficienza & design

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1 - progettazione Travi fredde high tech: efficienza & design Quando si parla di travi fredde ci si riferisce in genere ad elementi, detti ad induzione oppure attivi, in quanto basano il loro funzionamento sull induzione, ovvero sulla distribuzione di aria primaria attraverso un plenum dotato di piccoli ugelli che, creando una zona di depressione in prossimità del soffitto, movimentano un flusso d aria ambiente che viene risucchiata all interno della trave e trattata da una o due batterie di scambio di tipo tradizionale, con tubi in rame e alette in alluminio. L induzione permette in sostanza di ottenere il ricircolo dell aria ambiente senza dover utilizzare un ventilatore come invece avviene nei terminali fan-coil, con tutti i vantaggi che ciò comporta (comfort termico e acustico, risparmio energetico, igiene, manutenzione). Questa tipologia è la più diffusa e viene proposta da diversi costruttori in modelli che si differenziano tra loro soltanto per i dettagli costruttivi, dato che prestazioni e caratteristiche dimensionali risultano assai simili. Gli apparecchi sono infatti progettati in modo da integrarsi con i pannelli standard dei controsoffitti modulari a quadrotti da 600 x 600: la larghezza standard è quindi di 600 mm, mentre la lunghezza si basa su più moduli da 600 mm ciascuno e quindi varia da un minimo di ad un massimo di mm. La potenza frigorifera specifica, misurata in Watt per metro di lunghezza, dipende dalla differenza di temperatura tra l aria ambiente e la temperatura media dell acqua, e dalla portata specifica di aria immessa. Con una temperatura media dell acqua di 16 C e un diffe- Tutte le travi fredde sono del tipo ad induzione. Esiste tuttavia una tipologia high tech, che può essere definita ad alta induzione, che si distingue nettamente dalle altre dal punto di vista costruttivo e che presenta elevate caratteristiche di efficienza ed igiene unitamente ad un originale design. di Maurizio Magistrelli, Sagicofim 46 RCI_2007_011_INT@ indd :56:47

2 1 Le travi fredde ad alta induzione sono composte da un diffusore lineare ad alta induzione, integrato con una piastra radiante alettata in estruso di alluminio, dotata nella parte superiore di un circuito di tubi in rame nei quali circola l acqua calda o fredda. renziale tra la temperatura della batteria e la temperatura ambiente pari a 10 K, la potenza frigorifera è di circa 500 W/m compreso il contributo dell aria primaria, considerata immessa a 18 C con una portata pari a 2 vol/h. Le travi possono essere utilizzate anche per il dell ambiente in regime invernale: con acqua calda ad una temperatura in ingresso di 45 C e con aria primaria a temperatura neutra (20 C) la resa termica è anch essa intorno ai 500 W/m. Una trave diversa Da diversi anni è tuttavia disponibile un tipo di trave high tech che si basa su una costruzione ed un principio di funzionamento sostanzialmente diversi. Analogamente alle travi tradizionali si tratta di elementi di tipo attivo, ovvero che integrano in un solo apparecchio le funzioni di controllo della temperatura e di immissione di aria primaria. La costruzione tuttavia è completamente diversa in quanto risulta in pratica dalla combinazione tra un diffusore lineare ad alta induzione con una piastra radiante posta in vista a soffitto. La piastra è costruita in estruso di alluminio di forma alettata ed è dotata nella parte superiore di un circuito di tubi in rame (con diametro di 10 mm x 1 mm), disposti a serpentina, nei quali circola l acqua calda o fredda, a seconda della stagione (figura 1). Il diffusore lineare montato al di sopra della piastra è costituito da un plenum in lamiera zincata che distribuisce l aria per tutta la lunghezza della trave. Il plenum è dotato di una piastra equalizzatrice di pressione, al di sotto della quale si trova l elemento diffusore dotato di molteplici piccoli ugelli situati tra i profili alettati della piastra radiante (figura 2). La distribuzione dell aria in ambiente avviene ad alta induzione con getti d aria inclinati di 45 rispetto alla verticale e al soffitto, il che consente di realizzare uno scambio termico molto efficiente e, quindi, un efficace raffreddamento. L alta induzione, e la conseguente rapida equalizzazione della temperatura del getto, assicurano basse velocità residue nella zona occupata. La piastra ha una larghezza standard di 300 mm ed è composta da singoli moduli con lunghezza di 250 mm, componibili tra loro in modo da ottenere la lunghezza richiesta. L ingombro in altezza è di 150 mm. Il collegamento del plenum ai condotti flessibili dell aria è laterale, come sempre avviene nei diffusori lineari, a differenza di quanto avviene con le travi tradizionali che hanno l attacco dell aria frontale. La piastra della trave esercita una duplice azione di raffreddamento sensibile: per radiazione e per convezione dell aria ambiente che viene raffreddata a contatto con la zona alettata e che, a causa della maggiore densità, ridiscende verso il basso entro la zona occupata. A ciò si aggiunge il contributo di raffreddamento fornito dall aria primaria. I carichi di tipo latente e la ventilazione sono, invece, trattati mediante l immissione dell aria primaria, che permette il controllo della qualità e dell umidità dell aria ambiente. A parità di condizioni di temperatura dell acqua e dell aria primaria e del valore di portata d aria, la potenza frigorifera specifica è analoga a quella delle travi tradizionali. Nella stagione invernale le travi possono essere alimentate con acqua calda a bassa temperatura (35 C). Il avviene, anche in questo caso, in parte per radiazione dalla trave stessa e in 47 RCI_2007_011_INT@ indd :56:48

3 2 Il diffusore lineare montato al di sopra della piastra è costituito da un plenum in lamiera zincata dotato di molteplici piccoli ugelli che provocano l induzione dell aria ambiente che lambisce la piastra raffreddandosi. parte per convezione. L aria primaria, immessa a temperatura neutra, garantisce la ventilazione. Travi a confronto La travi ad alta induzione si differenziano rispetto a quelle tradizionali sono molteplici aspetti: integrazione nei controsoffitti; rapporto di induzione; flusso dell aria immessa; igiene e manutenzione. Integrazione architettonica Essendo le dimensioni della piastra alettata di soli 300 mm in larghezza risulta più semplice l integrazione delle travi con gli altri impianti presenti nei controsoffitti (ad esempio corpi illuminanti). La superficie a soffitto è infatti compresa tra il 5 ed il 10% di quella totale, mentre l altezza contenuta semplifica il passaggio di tubazioni, condotte d aria e impianti elettrici. Una trave di tipo tradizionale presenta invece un corpo in lamiera zincata contenente una o due batterie alettate ed un plenum di diffusione aria, con dimensioni standard di 600 mm in larghezza e di 200 mm in altezza. Anche l aspetto estetico è molto diverso. La trave ad alta induzione si presenta come un elemento in estruso d alluminio con una superficie uniforme che nasconde alla vista il diffusore (figura 3) mentre nelle travi tradizionali si distinguono in modo netto i due elementi lineari posti lateralmente rispetto alla griglia forellata centrale. L alimentazione laterale del plenum e la disponibilità di elementi non attivi costituiti dalla sola piastra alettata consentono la realizzazione di linee continue di travi di lunghezza illimitata, aspetto particolarmente importante in spazi open-space. L insieme di queste caratteristiche rende queste travi molto apprezzate dal punto di vista architettonico, in particolare in presenza di ambienti di prestigio con soffitti continui in cartongesso. Elevata induzione In una trave ad alta induzione l aria primaria viene immessa in ambiente da un diffusore lineare ad elevata induzione con getti d aria inclinati di 45 rispetto alla verticale e al soffitto. L effetto Coanda non è richiesto, quindi è possibile installare la trave anche in assenza di controsoffitto. L aria ambiente viene indotta dall aria immessa a risalire verso la piastra radiante che viene quindi lambita dal flusso d aria. Grazie all elevata induzione, la velocità ed il differenziale di temperatura dell aria si riducono molto rapidamente. Il rapporto di induzione è pari a circa 1 a 25 (per una portata d aria primaria di 2 vol/h la portata indotta messa in circolo è quindi di 50 vol/h). L induzione avviene direttamente nell ambiente e ciò è fondamentale per la riduzione della velocità e del differenziale temperatura dell aria immessa. È quindi possibile immettere aria a bassa temperatura, con un differenziale rispetto all ambiente fino a 14 K, garantendo sempre una velocità dell aria nella zona occupata inferiore a 0,15 m/s. In una trave di tipo tradizionale l aria primaria viene immessa attraverso una serie di ugelli (posti lungo il plenum interno) e provoca un effetto di induzione all interno della trave dell aria ambiente che passa attraverso la batteria alettata di scambio termico. Il rapporto d induzione è di 1 a 4: i costruttori non forniscono dati sull induzione in ambiente, che in ogni caso risulta molto bassa dato che non vi è sufficiente pressione differenziale sulla mandata dell aria. La miscela d aria viene quindi immessa a bassa induzione nell ambiente mediante i due elementi lineari con flusso orizzontale ed aderisce al soffitto grazie all effetto Coanda, senza il quale vi sarebbe una caduta dell aria immessa. Per tale ragione il differenziale di temperatura non può essere superiore a 8 K. Le velocità dell aria possono essere 48 RCI_2007_011_INT@ indd :56:48

4 CASI DI STUDIO Anche se non così diffusi come quelli basati su travi fredde di tipo tradizionale, in Italia esistono diversi impianti realizzati negli ultimi anni con travi ad alta induzione, descritti in precedenti articoli su RCI. La maggior parte riguarda edifici per uffici e strutture sanitarie, come ad esempio la Clinica Santa Rita a Milano, l ospedale Stella del Mattino di Cuneo, e i saloni espositivi di Pegeout e Bentley. All estero ovviamente la parte del leone appartiene alla Germania con centinaia di progetti realizzati, tra i quali FOTO ANNA BLAU A Vista interna del centro direzionale Euro Plaza di Vienna per il quale sono stati previsti più di metri lineari di travi fredde ad alta induzione. spiccano gli uffici della IBM di Amburgo (6.300 m 2 ), numerose agenzie bancarie e Call Center ed i grandi magazzini Marks & Spencer di Francoforte (4.500 m 2 ). Nel resto d Europa si distinguono gli uffici della BP di Londra ( m 2 ) e quelli della banca ING in Olanda ( m 2 ) Ma un cenno particolare meritano alcuni recenti realizzazioni. A Vienna, ad esempio, è stata da poco completata la prima fase di un intervento immobiliare di grandi dimensioni destinato al terziario, denominato Euro Plaza (figura A). Si tratta di un centro direzionale con edifici per uffici per complessivi 128 mila metri quadrati, destinati ad ospitare le sedi di società multinazionali quali Microsoft, Hewlett Packard, Danone, L Oreal e altre ancora. Per la prima fase sono stati previsti impianti con travi fredde ad alta induzione per complessivi metri lineari, ai quali si aggiungeranno altri metri lineari per la seconda fase il cui completamento è previsto nel Ad Amburgo le travi ad alta induzione sono state invece utilizzate per il ristorante Le Soleil dell Hotel Le Royal Meridien (figura B). Integrate nel soffitto in cartongesso le travi garantiscono una resa frigorifera fino a 120 W/m 2 con una portata d aria immessa fino a 15 m 3 /h.m 2. A Stoccarda infine è stato realizzato l impianto per la Pressehaus (Casa della Stampa), una struttura di m 2 per la quale sono state impiegate travi fredde con resa di 125 W/m 2 con una portata di 12 m 3 /h.m 2 (figura C). FOTO JOI-DESIGN INNENARCHITEKTEN, HAMBURG FOTO WILHELM MIERENDORF B Il ristorante Le Soleil dell Hotel Le Royal Meridien è climatizzato mediante travi ad alta induzione integrate nel soffitto in cartongesso che garantiscono una resa frigorifera fino a 120 W/m 2. C Per i metri quadrati della Pressehaus di Stoccarda sono state impiegate travi fredde con resa di 125 W/m 2. controllate soltanto se l effetto Coanda non è disturbato. In caso di uffici singoli dotati di una sola trave l immissione orizzontale del flusso d aria può provocare elevate velocità in prossimità delle pareti e del pavimento, mentre in caso di open-space con più travi installate in parallelo si possono verificare scontri dei flussi d aria contrapposti, con elevate velocità risultanti nella zona occupata. A ciò si può rimediare soltanto se le travi vengono dotate di deflettori sui diffusori in modo da indirizzare l aria con angolazioni divergenti. Igiene e manutenzione La manutenzione è ridotta al minimo dato che l aria ambiente indotta lambisce la parte esterna (lato ambiente) della piastra radiante senza entrare nella trave. Le operazioni di pulizia si limitano alla superficie esterna della piastra, utilizzando un liquido detergente ed una spugna. Non è necessario smontare o aprire la trave e l operazione è molto veloce. In una trave di tipo tradizionale, invece, l aria ambiente attraversa la batteria e circola all interno della trave. È quindi necessario prevedere una periodica pulizia interna dei componenti sui quali si possono depositare germi e batteri trasportati da umidità e polvere. Per la pulizia è necessario aprire e spesso smontare la trave. L operazione non è possibile con soffitti chiusi in cartongesso e risulta più lunga Sporcamento delle superfici a soffitto L accumulo di polvere avviene solo sulla 50 RCI_2007_011_INT@ indd :58:35

5 3 Le travi possono essere allineate in modo da formare elementi continui di lunghezza illimitata, aspetto particolarmente importante in ambienti open-space di grandi dimensioni. superficie delle piastre mentre in una trave di tipo tradizionale può verificarsi anche sul soffitto ai lati della trave. Lo sporcamento della batterie provoca inoltre il rischio di una perdita di efficienza delle batterie. Consumi e costi energetici Come si è detto, grazie all elevata induzione si possono utilizzare temperature dell aria di mandata molto basse, fino a C. Ciò significa che nelle unità di trattamento non è necessario effettuare il post dell aria dopo il raffreddamento e la deumidificazione. In una trave di tipo tradizionale, a causa della bassa induzione l aria di mandata non può essere troppo bassa per non inficiare l effetto Coanda. È quindi necessario effettuare il post dell aria fino a C, con effetti negativi sui consumi energetici (a meno che non si preveda l impiego di chiller con recupero di calore) e con aggravi di costo sulle unità di trattamento. Superare i limiti Due sono gli aspetti che vengono spesso considerati un limite ad una maggiore diffusione delle travi ad alta induzione: l elemento di scambio ad un solo circuito e l elevato costo. Concepite per il solo raffrescamento degli ambienti le travi ad alta induzione posso essere utilizzate, come quelle tradizionali, anche per il ri-scaldamento degli ambienti se alimentate con acqua calda a bassa temperatura. La piastra radiante tuttavia è disponibile con un solo circuito d acqua, il che rende le travi utilizzabili soltanto con impianti a 2 tubi. Ciò significa che non è possibile alimentare contemporaneamente alcune travi con acqua fredda ed altre con acqua calda, come avviene invece con le travi tradizionali che possono essere realizzate con una batteria di scambio dotata di circuito aggiuntivo ad acqua calda, con le quali è quindi possibile realizzare impianti a 4 tubi. In Germania e nei paesi del Nord Europa tale aspetto non co- stituisce un problema in quanto da sempre per il viene utilizzato un impianto specifico posto a pavimento lungo il perimetro, ad esempio del tipo a convettori incassati oppure a radiatori, che, riducendo l effetto di stratificazione, garantisce le migliori condizioni di comfort ed un minore consumo energetico. Inoltre è da considerare il fatto che negli edifici di nuova realizzazione per uffici le caratteristiche di isolamento termico sono ormai così elevate da limitare le necessità di apporto di calore al solo periodo di messa a regime mattutino con ambienti vuoti, dato che nel periodo di occupazione la presenza di elevati carichi endogeni (persone, computer, luci) risulta in grado di compensare le dispersioni di calore. Per la messa regime è possibile riscaldare l ambiente con l aria primaria, facendo funzionare le unità di trattamento, se possibile, a tutto ricircolo. Per quanto riguarda il costo dei terminali, le travi ad alta induzione sono spesso indicate con il soprannome di Formula 1 delle travi. In effetti il loro costo è decisamente superiore a quello delle travi tradizionali ma il confronto economico andrebbe fatto considerando tutti gli aspetti sopra considerati. In una logica di Life Cycle Cost sono infatti sempre più importanti le considerazioni economiche legate ai consumi energetici e alla produttività nell ambiente di lavoro, quest ultima direttamente influenzata dalle condizioni di comfort nell ambiente di lavoro. Ciò spiega perché una soluzione come questa dal più elevato costo iniziale viene spesso preferita ad altre più economiche. Bibliografia L. Stefanutti, Impianti per la salute: una casa di cura a Milano, RCI, Luglio 2005 L. Stefanutti, L integrazione tra edificio ed impianto: facciata attiva e travi fredde, RCI, Luglio 2003 L. Stefanutti, Travi fredde in esposizione, RCI, Febbraio RCI_2007_011_INT@ indd :03:13