Generalità sui sistemi di diffusione dell aria

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1 Generalità sui sistemi di dell aria Le condizioni di benessere Le condizioni di benessere in ambiente varia secondo il tipo di applicazione, l attività svolta e l abbigliamento indossato dalle persone. La Norma UNI (attualmente in fase di revisione raccomanda i seguenti valori di temperatura e umidità relativa per utenze di tipo civile e del terziario: Condizioni ambiente invernali Temp. a bulbo secco (tbs): = C Umidità relativa: compresa tra % Condizioni ambiente estive Temp. a bulbo secco (tbs): = 26 C Umidità relativa: compresa tra 50 60% A questi valori la rma ricosce delle eccezioni per determinati tipi di utenze, quali: ospedali, scuole materne ed elementari, edifici storici e museali, centri di elaborazione dati, padiglioni fieristici, luoghi di culto ecc. Nella realtà, quindi, le condizioni ambiente applicate posso differire da quelle sopra enunciate; anche per le preferenze dei committenti. Nella tab. 1 so riportate le condizioni applicate per svariate utenze residenziali e del terziario. Tali dati so proposti dall ASHRAE (Associazione americana degli ingegneri del riscaldamento ventilazione condizionamento e refrigerazione) e pertanto risulta comprovati ed autorevoli. La tabella riporta per ciascuna utenza cinque serie di dati: temperatura di benessere estiva ed invernale velocità dell aria, numero di ricambi aria per ora efficienza di filtrazione richiesta ora della giornata nella quale il carico termico raggiunge il valore massimo. I valori di temperatura elencati dovrebbero essere rapportati alla temperatura esterna al fine di mantenere la differenza tra ester ed inter n superiore a 5 7 C. Lo scopo è duplice: primo, far che chi entra dall ester nell ambiente climatizzato percepisca una condizione gradevole e n una improvvisa e fastidiosa sensazione di freddo (potenzialmente civa); secondo, contenere il consumo energetico dell impianto durante le punte di temperatura esterna. La tab.1 n riporta le portate d aria esterna di ventilazione necessarie. Esse van determinate facendo riferimento sempre alla Norma UNI 10339, o ad altre rmative regionali o internazionali. Alcune portate d aria esterna, secondo la Norma UNI 10339, so riportate nella tab. 2 per un gruppo di utenze tipiche di tipo civile. Gli effetti delle velocità dell aria nelle applicazioni di climatizzazione so riassunti in modo schematico nella tab. 3. Come si può vedere, il valore di comfort è compreso tra 0,13 e 0, m/s. Valori specifici per tipo di utenza so comunque riportati sempre nella Norma UNI Tab. 1 Condizioni di progetto tipiche per ambienti civili Tipo di applicazione Inver C U.R. % Estate C U.R. % Velocità aria m/s Ricambi d aria Rendimento filtri (ASHRAE std. 5276) opacimetrico % Ora di carico di punta Alberghi Camere ,13 0, > Appartamenti ,13 0, > Negozi in genere Agenzie di banche ecc ,15 0, 4 10 > CaffetterieTavole calde ,3, ,13 0, > Ristoranti Uffici ,3,6 50 0, a 1,8 mt. dal pavimento 0,13 0, > Night Club ,3, < 0,13 a 1,5 mt. dal pavimento > carboni attivi + filtri Fonte: ASHRAE 7

2 Tab. 2 Portate d aria esterna per persona, secondo Norma UNI Tipo di edificio o ambiente Edifici Alberghi Uffici Edifici adibiti ad attività ricreative, associative di culto Abitazioni residenziali Camere Sale da pranzo Sale conferenza Singoli e open space Locali riunione Centri elaborazione dati Cinematografi, teatri Musei, sale esposizioni Bar Ristoranti e selfservice Pasticcerie sale da ballo, discoteche Portata d aria est. per persona l/s m 3 /h , , , Negli impianti di condizionamento a tutta aria, il problema principale per raggiungere le condizioni di benessere consiste nella uniforme dell aria in ambiente. Il flusso d aria di mandata deve lavare estesamente il locale, effettuando il numero di ricircoli prescritto, ma senza eccedere i valori di velocità indicati. La maggior parte delle lamentele e contestazioni so causate da un sistema di distribuzione dell aria mal progettato o mal eseguito, o da entrambe le cose. La scelta del tipo di diffusori n di rado è determinante per poter raggiungere delle soddisfacenti condizioni di benessere. Grandi magazzini Pia interrato Piani superiori 9 6, Negozi e reparti di grandi magazzini Saloni bellezza, barbieri Abbigliamento, calzature, mobili, ottici, fioristi, fotografi Alimentari, lavasecco, farmacie 14 11, Zone pubbliche Banche, padiglioni fieristici Tab. 3 Effetti della velocità dell aria in ambiente sulle persone Velocità m/s 0 0,08 0,13 0,13 0, 0, 0, Effetti sulle persone Oppressione, aria stagnante Condizioni ideali di progetto Condizioni idonee per ambienti commerciali. La velocità di 0, m/s risulta la massima accettabile per queste utenze Sensazioni d fastidio, movimento di fogli di carta di piccolo formato Limite delle condizioni accettabili per persone in leggero movimento Applicazioni caratteristiche Nessuna Impianti di benessere residenziali e del terziario Impianti di tipo commerciale Impianti su grandi magazzini, supermercati, ecc. Impianti per grandi magazzini, capanni artigianali, ecc. 8

3 Fig. 1 Moto convettivo Attività svolta dalla persona a riposo, seduta in attività, seduta leggera attività, in piedi media attività, in piedi intensa attività in piedi Calore emesso dalle persone e moti d aria convettivi Il corpo uma, come è to, produce calore con continuità, secondo la massa e l attività svolta. Questo calore genera dei moti d aria convettivi attor alla persona, poiché l aria circostante viene riscaldata per contatto, diminuisce la propria densità e risale verso l alto. Si tratta di moti d aria costanti dei quali è necessario tenere conto soprattutto nei casi di forte affollamento o di concentrazione di persone, come nei padiglioni fieristici, nei teatri, cinema ecc. Nella tab. 4 so riportati alcuni dati indicativi di calore emesso e di portate d aria convettive sviluppate da una persona media. Tab. 4 Calore emesso da una persona media e portata d aria convettiva attor ad essa Calore emesso W Portata aria convettiva l/s Consigli applicativi e funzionali Prima di affrontare l argomento specifico della dell aria, riportiamo alcuni consigli di carattere generale per la scelta degli impianti e l applicazione dei diffusori ed elementi di ripresa. Per locali ampi e affollati so raccomandati gli impianti a tutta aria. La dell aria in locali di grande superficie è effettuata meglio per mezzo di diffusori a soffitto, o di diffusori a dislocamento, piuttosto che con bocchette a parete. E importante stabilire la posizione degli elementi di ripresa in modo che n si produca cortocircuiti tra mandata e ripresa. Quando è richiesto un numero elevato di ricambi d aria, è opportu scegliere dei diffusori ad alta induzione. Essi equalizza rapidamente le condizioni dell aria di mandata rispetto alle condizioni dell aria ambiente e prevengo cadute d aria fredda. A parità di portata d aria è meglio utilizzare più diffusori di piccole dimensioni anzichè un solo diffusore di grande capacità. Si ottiene una più uniforme ed una maggiore silenziosità. Per neutralizzare gli effetti di ampie pareti vetrate si raccomanda l installazione di diffusori lineari in prossimità. Il getto d aria a tutta lunghezza può neutralizzarne gli effetti sia in estate che in inver, meglio di molte altre soluzioni. E importante stabilire la suddivisione in zone dell impianto, per garantire una regolazione quanto più rispondente ai gruppi di persone che si trova soggette alle medesime condizioni. Tuttavia è importante ricordare che maggiore è il numero di zone, maggiore è il costo dell impianto. La posizione del termostato ambiente può essere decisiva ai fini del benessere. Essa va scelta con grande attenzione. Un termostato investito da una corrente d aria reagirà in modo amalo provocando un funzionamento irregolare dell impianto. In particolare, il termostato n deve essere situato in prossimità di una bocchetta o un diffusore di mandata, e neppure in prossimità di una griglia di ripresa. La posizione delle griglie di prelievo dell aria esterna di ventilazione e degli elementi di espulsione dell aria viziata deve essere scelta con cura per evitare soprattutto: immissione di aria espulsa da torri di raffreddamento in prossimità. Questa è una condizione importantissima per evitare il rischio di in ambiente dei batteri della legionella (la malattia dei legionari, che può avere esito letale) corto circuiti tra aria espulsa e aria immessa nell edificio effetti di venti prevalenti che, a causa della pressione o depressione esercitata sull edificio, posso alterare la regolare distribuzione dell aria prelievo di aria inquinata da fumi di scarico, traffico urba ecc. 9

4 La dell aria Oggi esisto due sistemi profondamente diversi per effettuare la dell aria in ambiente. 0,6 m Fig. 2 Sistema a miscelazione Il sistema a Miscelazione Utilizzato tradizionalmente dagli albori del condizionamento dell aria fi ad oggi e sul quale so basati la stragrande maggioranza di bocchette e diffusori sul mercato. Esso consiste nella miscelazione tra l aria primaria, emessa dalla bocchetta o dal diffusore, e l aria secondaria (l aria presente nell ambiente), con equalizzazione di temperatura e velocità. Zona occupata Zona occupata 1,8 m Il sistema a Dislocamento E molto più recente ed è stato sviluppato all orgine nel Nord Europa per gli ambienti industriali. Esso consiste nell emissione dal basso di un flusso d aria fresca, con determinate caratteristiche, che n si miscela con l aria presente nell ambiente, ben la solleva con continuità e la trasporta verso l alto, dove essa viene ripresa da griglie o da altri terminali ed espulsa totalmente o parzialmente. Su questo principio funziona i cosiddetti diffusori a dislocamento, descritti nel seguito. Indipendentemente dal sistema scelto, vi so delle funzioni e dei requisiti che devo essere raggiunti. L aria deve essere diffusa uniformemente nell'intero ambiente, in modo da poterne effettuare un completo lavaggio e deve realizzare le condizioni seguenti: neutralizzazione dei carichi termici, positivi o negativi, presenti nel locale mantenimento di gradienti di temperatura entro limiti determinati sul pia verticale e sul pia orizzontale sviluppo di moti uniformi entro determinati valori di velocità nell intero ambiente raccolta del pulviscolo in sospensione nel locale e suo trasporto verso gli elementi di ripresa. Invece n devo realizzarsi altre condizioni che posso produrre disagio per le persone: velocità dell aria eccessiva formazione di zone stagnanti e di stratificazioni; cadute d aria fredda in ambiente formazione di correnti localizzate (dovute spesso a disuniforme distribuzione dell aria) variazioni eccessive della temperatura ambiente sul pia verticale e/o orizzontale. corto circuiti dell aria di mandata verso la ripresa. Fig. 3 Sistema a dislocamento 10

5 Concetti di base per la dell aria Induzione DIFFUSORE GETTO LIBERO ARIA RIDOTTA Fig. 4 Sistema a induzione Zona occupata Pia pavimento finito Fig. 5 Esempio di distribuzione dell aria con sistema a induzione L induzione è un feme in base al quale l aria primaria, o di mandata, emessa dal diffusore trascina una certa quantità d aria ambiente. I due flussi si miscela tra loro e la temperatura si equalizza. Si dice rapporto di induzione di un diffusore il numero di parti d aria ambiente che viene trascinato da una parte d aria di mandata ad una distanza di riferimento dal diffusore stesso. Maggiore è il rapporto di induzione, tanto più rapida è la miscelazione tra i due flussi d aria e l equalizzazione della temperatura. I diffusori ad alta induzione so perciò particolarmente adatti per ambienti dove è richiesto un numero elevato di ricambi d aria poiché essi realizza una buona con grandi portate e prevengo cadute d aria fredda. I diffusori ad alta induzione han la caratteristica di distribuire l aria con rapporti di induzione molto elevati e so perciò in grado di funzionare con ampi differenziali di temperatura che raggiungo i 14 K. Ciò consente di ridurre le portate d aria necessarie rispetto ai diffusori tradizionali. Essi funziona sul principio di emettere numerosi getti individuali, direttamente verso la zona occupata, perciò con andamento ntangenziale, come rappresentato nei disegni qui a lato. Sezione effettiva di passaggio Ageom A k Fig. 6 Contrazione della vena del flusso d aria La sezione effettiva di passaggio dell aria (Ak) attraverso una bocchetta o un diffusore è la sezione realmente utilizzata dal flusso d aria per la sua uscita. Essa è influenzata dalla contrazione dei filetti fluidi del flusso e risulta mire della sezione geometrica (Ageom) netta del diffusore di un certo fattore K detto fattore di contrazione che dipende dalla forma geometrica dell aletta. Vale la regola: Ak = Ageom x k Il fattore K vale da 0,7 a 0,9 per la mandata e da 0,5 a 0,8 per la ripresa. La velocità dell aria effettiva (Vk) dell aria in uscita dal diffusore si determina come segue: Vk = Portata : Ak 11

6 max cm Inviluppo Un inviluppo rappresenta la superficie geometrica del flusso d aria di mandata sulla quale la velocità dell aria misurata mantiene il medesimo valore. Lancio Fig. 7 Vena d aria con effetto coanda in raffreddamento Il lancio è la distanza massima tra il centro del diffusore e un pia tangente ad un determinato inviluppo, perpendicolare alla direzione del flusso, in cui la velocità dell aria (Vt), nelle tabelle di scelta dei ns. prodotti, è di 0,33 m/s. Caduta E la distanza verticale tra il centro del diffusore o bocchetta e il punto più basso sul pia orizzontale tangente ad un inviluppo in cui la velocità dell aria è di 0, m/s. La caduta è riferita in generale alla immissione in ambiente di aria fredda. Fig. 8 Vena d aria senza effetto coanda in raffreddamento Effetto Coanda L effetto Coanda (dal me del fisico che lo scoprì), detto anche effetto soffitto, consiste nell aderenza al soffitto del flusso d aria in uscita da un diffusore o da una bocchetta. L effetto Coanda si realizza solo se l aria viene emessa entro una certa altezza dal soffitto stesso (max cm). Esso contribuisce ad aumentare il lancio del diffusore (circa il % in più rispetto ad un diffusore che n usufruisce dell effetto Coanda) prevenendo anche cadute d aria fredda in ambiente. L effetto Coanda richiede che la velocità effettiva (Vk) dell aria in uscita dal diffusore sia maggiore di 2 m/s. Risalita E la distanza verticale tra il centro del diffusore o bocchetta e il punto più alto sul pia orizzontale tangente ad un inviluppo in cui la velocità dell aria è di 0, m/s. La risalita è riferita in generale alla immissione in ambiente di aria calda. Raggio di (per diffusori convenzionali con altezza del locale di 3 m). E la distanza tra il centro del diffusore e un pia verticale tangente a un inviluppo in cui la velocità dell aria ha tre determinati valori: raggio minimo: distanza tra il centro del diffusore con velocità dell aria Vt di 0,6 m/s e il pia verticale tangente all inviluppo con velocità dell aria residua Vr di 0, m/s raggio medio: distanza tra il centro del diffusore con velocità dell aria Vt di 0,33 m/s e il pia verticale tangente all inviluppo con velocità dell aria residua Vr di 0,17 m/s raggio massimo: distanza tra il centro del diffusore con velocità dell aria Vt di 0, m/s e il pia verticale tangente all inviluppo con velocità dell aria residua Vr di 0,12 m/s. 12

7 Caratteristiche del sistema di a miscelazione Nel sistema a miscelazione l andamento della circolazione d aria in un locale può consistere di numerose combinazioni di correnti, sub correnti e vortici, secondo l ampiezza del locale stesso, la posizione di divisori e mobili, l attività degli occupanti, i gradienti di temperatura, la posizione dei diffusori di mandata e degli elementi di ripresa, ecc. La circolazione dell aria in ambiente dipende soprattutto dalla velocità di efflusso e dalle caratteristiche fisiche del diffusore. Esiste una relazione tra la turbolenza del flusso d aria nella zona occupata e le caratteristiche dei getti d aria del diffusore stesso. I diffusori devo essere scelti per offrire una distribuzione dell aria uniforme senza produrre cadute dirette di aria fredda nello spazio occupato. Essi devo venire dimensionati per la massima velocità dell aria che n ecceda il livello soro specificato per l ambiente. I terminali e diffusori più comunemente utilizzati so i seguenti: Bocchette a parete Presenta un costo contenuto e una maggior facilità di installazione rispetto ad altri terminali, ma pongo dei limiti al trattamento dei carichi termici di alta densità e per l uniformità di dell'aria in locali di una certa ampiezza. Il loro design è oggi rifiutato dagli architetti negli ambienti di prestigio. Diffusori a soffitto, circolari, quadrati o rettangolari, del tipo a coni o elementi concentrici, o forellati Le capacità di trattamento dei carichi termici e di dell aria risulta favorevoli, ma richiedo generalmente un controsoffitto. diffusori lineari a soffitto Consento una buona dell aria in ambienti lunghi e permetto di neutralizzare efficacemente l effetto di estese superfici vetrate. Il loro design è ben accetto dall architettura moderna, anche perché essi tendo a scomparire nel controsoffitto. Negli ultimi anni so stati sviluppati dei diffusori che si discosta da quelli elencati e che presenta caratteristiche di funzionamento ad alta induzione. I più cosciuti so i seguenti: diffusori a flusso elicoidale (twist), da soffitto e parete, a geometria fissa e variabile diffusori lineari, quadrati, rettangolari o circolari a getti multipli diffusori da pavimento ugelli diffusori da piede di poltrona. Come si è detto, tutti questi diffusori, compresi quelli elencati in precedenza, funziona sul principio della miscelazione: l aria condizionata distribuita nel locale si miscela con l aria ambiente per effetto dell induzione del diffusore. Essi so descritti nella presente pubblicazione, insieme ai modelli rmali sopra elencati. La scelta dell unità terminale Per tutti i diffusori e bocchette a miscelazione, una volta scelto il modello è necessario determinarne la portata d aria, la velocità di efflusso, il lancio, la perdita di carico ed il livello soro. Nella tab. 5 so riportate delle prestazioni indicative per i rmali diffusori e bocchette. In base a tali dati è abbastanza agevole verificare la rispondenza, o me, di un certo terminale ai requisiti di portata, numero di ricircoli necessari e differenza di temperatura. Il lancio Il lancio del diffusore o bocchetta, deve essere pari alla lunghezza del locale. I valori riportati nelle tabelle di scelta rapida dei ns. prodotti so riferiti ad una velocità terminale (Vt) di 0,33 m/s, e ad una velocità residua (Vr) nella zona occupata di 0,17 m/s con un altezza del locale di 3 m. LT Esempio di selezione rapida Ogni singola seleziona rapida è stata determinata utilizzando i valori di NR e perdite di carico (Pa) indicati a margine di ciascuna tabella. Vr Vk Vt 1,8 m 2,7± 0,3 LT NR Perdita di carico Pa Q min. < 10 Q max < < 0,3 max Vk Vr Vt 1,8 m 2,7± 0,3 13

8 Certificazioni qualità prodotti I valori di portata e perdita di carico riportati nelle schede tecniche dei prodotti principali in questa pubblicazione, so certificati secondo le Norme UNI 8728 e pren 12238, da organismo tificato indipendente nel rispetto della legislazione vigente relativa al risparmio energetico. Tab. 5 Prestazioni di vari tipi di diffusori d aria tradizionali Tipo di diffusore Bocchette Diffusori lineari Diffusori forellati Diffusori concentrici Portata d aria per m 2 di superf. pavimento l/s x m * Numero di ricircoli/ora riferiti ad un altezza del soffitto di 3 m Numero* max di ricircoli/ora Tab. 6 Prestazioni di diffusori a flusso spiraliforme per uso civile Altezza di installazione min. max. per diffusori fissi 2,4 4,5 m max. per diffusori regolabili m Differenziale di temperatura tra aria ambiente e aria di mandata raffreddamento riscaldamento Capacità di rimozione del carico termico ambiente secondo l altezza del diffusore Numero max. di ricambi aria/h La perdita di carico La determinazione della perdita di carico del terminale va fatta in base alle condizioni di lavoro previste. E bene che essa venga mantenuta quanto mire possibile, per due ragioni: limitare il livello soro, per ottenere una maggior silenziosità limitare il consumo energetico del ventilatore. 14 C + C h = 2,2 m h = 2,7 m h = 3,0 m > Differenza tipica temperatura ( t) aria ambiente/immessa raffredd./riscald. C 8 / / / / 100 W/m 2 1 W/m 2 1 W/m 2 Nella tab. 6 so riportati dei dati di riferimento per diffusori ad alta induzione con flussi spiraliformi (Twist). E opportu sottolineare alcuni concetti nella scelta dei diffusori, rmali o ad alta induzione. 1. se nel capitolato so specificati dei livelli sori, la scelta del diffusore dovrà essere fatta in modo da soddisfare questo requisito. Quindi portate d aria, perdite di carico, velocità dell aria emessa dovran essere stabilite in modo che il diffusore produca un livello soro n superiore a quello di capitolato. Questo però può n essere sufficiente a causa di eventuali rumori generati nell impianto: es. ventilatore, serrande parzialmente chiuse, variazioni di sezione dei canali troppo brusche ecc. In questi casi è necessario un progetto acustico dell impianto a cura di un esperto. Fare attenzione perché un installazione impropria del diffusore può peggiorare tevolmente la rumorosità, (consultare il Capitolo dell Acustica). 2. tenere presente che un qualsiasi diffusore scelto al limite o sottodimensionato è sempre più rumoroso che in condizioni minali. 3. nel caso di ambienti ad alta densità di carichi termici, la scelta di diffusori ad alta induzione è quasi sempre da raccomandare. Scegliere il diffusore sulla base delle portate specificate e quindi verificarne il livello soro emesso. Se esso eccede i valori tipici ammessi per il genere di applicazione, ricorrere ad un modello di maggior grandezza, o verificare l opportunità di utilizzare due diffusori per un miglior trattamento dell ambiente. 4. per la scelta di un diffusore ad alta induzione seguire scrupolosamente le istruzioni riportate nella documentazione tecnica, eventualmente richiedendo l assistenza del stro ufficio tecnico. Rispetto alle rmali bocchette e diffusori, i modelli ad alta induzione richiedo degli accorgimenti in più per utilizzarne al massimo le caratteristiche. 14

9 Caratteristiche delle travi fredde Le travi fredde so elementi da installare a soffitto per il controllo delle condizioni ambientali. A dispetto del me, che deriva dal termine inglese chilled beams, si tratta di terminali in grado n solo di raffreddare ma anche di riscaldare l ambiente e di garantire il controllo dell umidità ed il ricambio dell aria. Le travi so costituite essenzialmente da un elemento di scambio termico (una o più batterie alettate oppure una piastra in alluminio), alimentato in regime estivo con acqua refrigerata a temperatura n inferiore a 15 C ed in regime invernale con acqua calda a / C. L elemento di scambio viene attraversato oppure lambito da un flusso d aria che si genera per moti naturali convettivi o per induzione. Le travi fredde so disponibili sul mercato in tre tipologie: travi ad induzione; travi radianti ad elevata induzione; travi a convezione naturale. Travi ad induzione Le travi ad induzione prevedo l integrazione in un unico apparecchio delle funzioni di controllo della temperatura e di dell aria. Esse so infatti dotate di un attacco per il collegamento con i canali dell aria primaria e di un plenum di distribuzione dell aria dotato di fori di immissione che crea una zona di depressione provocando l induzione forzata dell aria ambiente attraverso la batteria di scambio termico. Il rapporto di induzione è pari a 4, il che significa che la portata immessa (somma della portata d aria primaria e di quella di ricircolo) è pari a 4 volte la portata d aria primaria. La ripresa dell aria avviene attraverso la parte inferiore della trave mentre la mandata viene effettuata attraverso diffusori lineari in direzione orizzontale con effetto Coanda. A differenza di quanto avviene con i ventilconvettori n so quindi presenti né ventilatore di ricircolo dell aria ambiente, né filtro, né bacinella di raccolta della condensa. Le travi ad induzione so disponibili in due modelli in base al tipo di soffitto: per installazione a vista appese a soffitto oppure per installazione incassata nei pannelli del controsoffitto. In entrambi i casi le travi posso essere integrate con apparecchi di illuminazione e rivelatori di incendio. Le travi so disponibili nelle versioni a 2 e a 4 tubi. L accesso alla batteria per la pulizia periodica è reso possibile mediante lo scorrimento del pannello grigliato inferiore. Travi radianti ad alta induzione Il diffusore a dislocamento tipico Questa tipologia di trave fredda, anch essa caratterizzata dall integrazione in un solo apparecchio delle funzioni di controllo della temperatura e di immissione d aria, prevede una piastra radiante fredda installata a filo del controsoffitto, realizzata con alette in estruso di alluminio e dotata di tubi di rame percorsi da acqua fredda. Al di sopra della piastra è direttamente montato un plenum dotato di un diffusore forellato continuo attraverso il quale l aria primaria viene immessa in ambiente. L immissione dell aria provoca l induzione dell aria ambiente che lambisce la superficie esterna della piastra ed aumenta l effetto di raffreddamento per convezione della piastra. L elevato effetto di induzione consente iltre di immettere aria con temperatura inferiore fi a 12 C rispetto all ambiente e quindi di ottenere un tevole contributo di raffreddamento mediante l aria primaria. Questa tipologia di trave è quindi caratterizzata da una resa frigorifera complessiva molto elevata e dal fatto che n si verifica alcun passaggio dell aria ambiente attraverso l elemento di scambio. Di conseguenza so praticamente eliminati i problemi di intasamento della superficie di scambio. Queste travi posso essere utilizzate anche per il riscaldamento dell ambiente ma so disponibili soltanto nella versione a 2 tubi Travi a convezione naturale Esiste un metodo definito per la scelta Le travi di tipo convettivo, dette anche passive, prevedo la circolazione naturale dell aria ambiente attraverso l elemento di scambio, costituito da una batteria con tubi in rame ed alette in alluminio contenuta all inter di un carter metallico. L aria ambiente riscaldandosi tende a salire per moto convettivo naturale e, una volta venuta a contatto con la superficie fredda della batteria, ricade verso il basso. La trave viene installata direttamente in ambiente sospesa a vista oppure nascosta all inter del controsoffitto, purché questo permetta la circolazione dell aria ambiente. Queste travi svolgo esclusivamente la funzione di raffreddamento: l aria primaria di ventilazione viene immessa in ambiente mediante un sistema separato tradizionale con diffusori a soffitto oppure a pavimento. 15

10 Caratteristiche delle travi fredde I vantaggi Vari so i vantaggi che deriva dall impiego delle travi fredde, in particolare quelle ad induzione. In primo luogo dal punto di vista del comfort, dato che lo scambio termico avviene in parte per irraggiamento (il che porta ad avere una maggiore temperatura operante) e che l aria diffusa nella zona occupata presenta una velocità molto bassa ed una temperatura vicina a quella dell ambiente. Iltre il livello soro è contenuto su livelli inferiori a db(a). L installazione è molto semplice e veloce in quanto le travi integra in un solo apparecchio le funzioni di controllo della temperatura e di dell aria: è quindi sufficiente collegare la trave alle tubazioni dell acqua e al condotto dell aria. Data l assenza di ventilatore, filtro e bacinella di raccolta della condensa la manutenzione è ridotta al minimo: so infatti sufficienti delle ispezioni periodiche per verificare lo stato di pulizia delle batterie. Iltre gli impianti so fuori dalla portata degli utenti, eliminando qualsiasi rischio di mamissione o dan. Interessante è anche la possibilità di ridurre i consumi energetici in regime estivo, dato che viene utilizzata acqua fredda ad un temperatura superiore a 15 C, il che si traduce in una maggiore efficienza delle centrali frigorifere. Acqua a questo livello di temperatura può essere anche attinta da fonti gratuite quali falde, fiumi, laghi o mare, oppure può essere prodotta utilizzando direttamente l aria esterna (free cooling) quando la sua temperatura scende al di sotto di 15 C. L aspetto più importante per l investitore immobiliare e per l architetto è invece costituito dalla possibilità di portare tutti gli impianti a livello del soffitto, con benefici in termini estetici ed ecomici, potendo sfruttare pienamente la superficie a pavimento. La progettazione di un impianto a travi fredde deve peraltro tenere in considerazione alcuni aspetti peculiari. In primo luogo è da evitare qualsiasi rischio di formazione di condensa sulla batteria di raffreddamento. Per questo motivo è necessario garantire un preciso controllo dell umidità relativa in ambiente ed alimentare le travi con acqua fredda a temperatura n inferiore a 15 C, ovvero superiore di circa 2 C al punto di rugiada dell aria ambiente nelle condizioni di progetto estive (temperatura a bulbo secco di 26 C con umidità relativa del %). Per eliminare qualsiasi rischio che si possa presentare nel caso in cui si perda il controllo dell umidità dell ambiente, ad esempio in caso di apertura delle finestre, è sufficiente prevedere delle sonde di rilevazione della condensa da installare sulle tubazioni dell acqua fredda e che manda in chiusura la valvola di regolazione interrompendo il flusso all inter della trave. La progettazione richiede iltre un rapporto di stretta collaborazione tra architetti ed impiantisti, in particolare nella fase di definizione degli spazi interni e del soffitto, in modo da coordinare la posizione delle travi e dei corpi illuminanti in funzione delle partizioni interne. Programmi di calcolo Vari so i vantaggi che deriva dall impie Per meglio definire numero e posizione delle travi in funzione delle prestazioni richieste, in fase di progettazione risulta opportu utilizzare i programmi di calcolo sviluppati ad hoc. Essi consento di effettuare in modo semplice la simulazione grafica delle prestazioni delle travi in funzione del loro posizionamento e del valore assunto per i vari parametri di funzionamento. In particolare è possibile ottenere lo schema dei flussi d aria con i valori delle velocità residue nella zona occupata La taratura Per garantire l alimentazione di tutte le travi con la portata d aria di progetto è consigliabile prevedere, oltre alle serrande di regolazione sugli stacchi di pia dei canali, anche una serranda di taratura per ogni trave: si tratta di apparecchi di sezione circolare del tipo ad iride da installare sul tratto di condotto flessibile. Le travi ad induzione so iltre dotate di un sistema per la regolazione della portata immessa mediante serrande scorrevoli che permetto di modificare l apertura dei fori di immissione. Ciò consente n solo di variare la portata complessiva ma soprattutto di immettere l aria in percentuali diverse da ognuna delle due vie. Questa necessità si presenta in caso di modifica del layout inter (ad esempio inserimento di pareti divisorie) oppure quando è necessario installare due travi molto vicine tra loro. Un altra possibilità di regolazione riguarda la direzione del lancio mediante deflettori direzionabili, disponibili a richiesta. Il sistema risulta molto utile in varie situazioni in sede sia di progetto sia di modifica sul campo. Ad esempio, in presenza di travi poste parallele l una all altra il sistema permette di aumentare la portata immessa, e quindi la resa, evitando il problema dello scontro di flussi d aria che può produrre elevate velocità nella zona occupata. Ciò si ottiene semplicemente regolando in modo opportu i due flussi con direzioni divergenti. Il sistema è utile anche in situazioni quali l installazione di nuove pareti divisorie in prossimità delle travi oppure ove sia necessario indirizzare verso la facciata l aria immessa da travi installate perpendicolari ad essa. Per la verifica puntuale dei valori di portata in fase di taratura e di collaudo le travi so dotate di un sistema di lettura della portata mediante una presa di pressione posta sull ingresso dell aria. La regolazione ambiente Il controllo della temperatura ambiente viene effettuata mediante la modulazione della portata dell acqua con valvole di regolazione a 2 o a 3 vie comandate da sonde ambiente. Ovviamente l impiego di valvole a 2 vie comporta l adozione di pompe di circolazione a portata variabile. Le valvole devo essere sempre comandate da regolatori DDC che permetto l interfaccia con sistemi di supervisione. 16

11 Caratteristiche del sistema di a dislocamento Isotermica t = 0 C t ~ 2 5 C x lancio Raffrescamento Riscaldamento t = C x lancio Vmax. Vmax. Vmax. La d aria a dislocamento opera su un principio diverso da quello tradizionale. Essa n realizza la miscelazione tra l aria immessa e l aria ambiente. Infatti l aria viene emessa quasi sempre dal basso e risale verso l alto, asportando il calore dalle superfici calde (lampade, mobili, computer, persone) e trascinando con sé gli inquinanti dispersi nel locale. L aria calda e inquinata viene prelevata da elementi di ripresa a soffitto ed espulsa o parzialmente riciclata. Per questa caratteristica nell ambiente si produce u strato limite di separazione ad una certa altezza: al di sotto di esso si realizza condizioni di pulizia dell aria e di temperatura controllata, mentre al di sopra si produce un accumulo di inquinanti ed un aumento di temperatura. Nei rmali ambienti d ufficio, dove le persone svolgo soprattutto attività sedentarie, lo strato limite è intor a 1,5 m dal pavimento. Invece, negli ambienti commerciali, artigianali o industriali dove le persone so prevalentemente in piedi, l altezza dello strato limite può essere fissata intor a 1,8 m. Pertanto la a dislocamento risponde molto bene alle applicazioni in ambienti con soffitti alti, poiché la zona controllata rimane al di sotto di un altezza definita (1,5 o 1,8 metri) perciò con gli ovvi vantaggi che se ne ottengo. Funzionamento dei diffusori a dislocamento La temperatura dell aria emessa dai diffusori a dislocamento è molto vicina a quella di comfort. Negli ambienti civili, la temperatura dell aria emessa è intor a /23 C, perciò con differenziali di temperatura intor ai 2 5 K. Invece, nei locali caratterizzati da attività più intense, quali grandi magazzini di vendita, strutture ricreative, atri ecc. la temperatura di immissione può scendere a 18 C. Nelle stagioni intermedie, quando le condizioni lo consento, i sistemi a dislocamento posso funzionare in free cooling utilizzando sola aria esterna. L aria viene emessa dal diffusore con una velocità frontale inferiore a 0, 0, m/s, per n produrre turbolenze. Il flusso d aria in uscita ha all inizio un andamento a cascata che scende verso il pavimento. Il raggio d azione dei diffusori a dislocamento (da n confondersi con il lancio dei rmali diffusori) può raggiungere i 15 metri, secondo i modelli e la portata. L effetto di dislocamento si produce solo se l aria immessa è a temperatura inferiore a quella dell ambiente. Invece, se il diffusore viene alimentato con aria calda si perde l effetto del dislocamento e si produce la rmale miscelazione. Il riscaldamento, deve pertanto essere effettuato da un sistema tradizionale separato (es. radiatori, pavimento radiante, ecc.). E utile precisare che il dislocamento può essere previsto per tutto l an, perciò anche in inver, per controllare la qualità dell aria. Il riscaldamento viene realizzato con un impianto separato a pannelli radianti o con radiatori sotto finestra. In generale, il livello di potenza sora dei diffusori a dislocamento si mantiene inferiore o uguale a db(a) alle condizioni minali per applicazioni nel settore civile. Nella maggioranza dei casi, dunque, il livello di pressione sora percepito in ambiente risulta accettabile senza arrecare alcun disturbo. Costruzione dei diffusori a dislocamento Il diffusore a dislocamento tipico è a sviluppo verticale cilindrico, semicilindrico, ad angolo o rettangolare. Secondo il modello, l installazione può essere a pavimento, al centro del locale, o contro parete, o in angolo. Il diffusore viene alimentato da un condotto circolare verticale dall alto o dal basso. La superficie frontale del diffusore è costituita da una lamiera forellata, dalla quale l aria fuoriesce a bassa velocità uniformemente su tutta la superficie del medesimo e si distribuisce nell ambiente. I modelli di tipo rettangolare so costituiti da un mobile di ridotta profondità e posso essere incassati a filo parete o, più correntemente, applicati contro la parete, sporgenti nell ambiente. I diffusori a dislocamento posso essere installati sia in locali con dimensioni limitate, ad es. uffici, ristoranti, negozi, sia in vasti ambienti quali centri commerciali. Scelta dei diffusori a dislocamento Esiste un metodo definito per la scelta dei diffusori a dislocamento che differisce da quello utilizzato per i diffusori a miscelazione. Riferirsi alla documentazione tecnica dei prodotti e richiedere eventualmente l assistenza al stro ufficio tecnico. x lancio 17

12 La scelta del sistema di aria Tab. 8 Vantaggi e limiti della a miscelazione Caratteristica Sì No Utilizzabile per raffreddamento e riscaldamento Funzionamento possibile con i t elevati Rischi di cadute di aria fredda Ingombri in ambiente Rischi di correnti d aria Rischi di cortocircuiti tra mandata e ripresa Rimozione degli inquinanti Idonea per ambienti a soffitto alto Gradiente di temperatura verticale elevato Adatta per forti carichi di raffreddamento Tab. 9 Vantaggi e limiti della a dislocamento Caratteristica Sì No Utilizzabile per raffreddamento e riscaldamento Funzionamento possibile con i t elevati Rischi di cadute di aria fredda Ingombri in ambiente Rischi di correnti d aria Rischi di cortocircuiti tra mandata e ripresa Rimozione degli inquinanti Idonea per ambienti a soffitto alto Gradiente di temperatura verticale elevato Adatta per forti carichi di raffreddamento * (con t ridotti) (con t elevati) La scelta del sistema di d aria si può suddividere inizialmente tra: a miscelazione a dislocamento Le tab. 8 e 9 realizza un confronto tra le caratteristiche dei due sistemi, utile per una prima selezione. La scelta dei diffusori può essere realizzata in base al tipo di utenza, come dimostra la tab. 10 dove vengo riportate le scelte più comuni. Tuttavia le preferenze del Progettista o dell Installatore posso orientarsi verso soluzioni diverse. Infine, per stabilire orientativamente le portate d aria medie richieste in varie applicazioni si può fare riferimento alla tab. 11. In essa le portate (in l/s per metro quadro di superficie di pavimento) so riferite anche all esposizione dei locali e agli spazi interni (privi di finestre), se presenti. * Nel riscaldamento con aria calda si perde l effetto di dislocamento, soprattutto con applicazioni industriali 18

13 Tab. 10 Scelta dei diffusori in base al tipo di applicazione Applicazioni Appartamenti Cinema Teatri Aule universitarie Ospedali Camere degenti Spazi pubblici Hotel Motel Biblioteche e musei Edifici per uffici Uffici privati Utenze residenziali Grandi Medie Ristoranti Grandi Medi Centri commerciali Grandi magazzini Negozi (generici) Bocchette Diffusori circolari o quadrati Diffusori forellati Diffusori lineari Diffusori ad alta induzione a flusso elicoidale Ugelli Diffusori a pavimento Diffusori a geometria variabile Tab. 11 Portate d aria tipiche, in l/s per m 2 di superficie, per applicazioni diverse secondo l esposizione de locali Utenza SUD EST OVEST NORD Spazi interni Min. Media Max. Min. Media Max. Min. Media Max. Appartamenti Cinema Teatri Aule universitarie Ospedali Camere degenti Spazi pubblici Hotel Motel Biblioteche e musei Edifici per uffici Uffici privati Utenze residenziali Grandi Medie Ristoranti Grandi Medi Centri commerciali Grandi magazzini Pia interrato Pia principale Piani superiori Negozi abbigliamento Negozi calzature 3,6 9,1 7,6 7,6 8,1 7,6 6,4 8,1 8,1 9,1 12,2 13,2 8,1 8,6 11,2 7,4 7,6 10,7 11,2 12,2 8,1 18,8 15,2 21,3 8,1 10,7 2,5 2,5 2,5 3,6 6,6 6,6 7,6 3,6 8,1 4 8,6 8,6 6,6 9,1 6,6 10,7 9,1 13,2 9,1 3,6 4,8 3,6 3,0 6,6 15,2 9,7 6,6 Fonte ASHRAE 19

14 Coscere il rumore Il controllo del livello soro in ambiente è un requisito ormai molto frequente per consentire lo svolgimento delle rmali attività in modo confortevole. La sua entità dipende dal tipo di ambiente e dalle attività che vi si svolgo; le condizioni acustiche di progetto risulta differenti a seconda che ci si riferisca, ad es., ad una camera di degenza ospedaliera piuttosto che ad un ristorante. Il livello soro tipico varia a seconda del tipo di ambiente e, in modo analogo, si differenzia i requisiti di controllo del rumore. Gli impianti di climatizzazione comprendo svariate sorgenti sore che posso introdurre rumori a livelli talvolta n accettabili nell ambiente, pertanto è necessario poter prevedere le conseguenze della loro installazione. Iltre, l impianto può contribuire alla del rumore generato in ambienti rumorosi verso altri locali più silenziosi; e anche di ciò occorre tenere conto. L importante è che il livello soro in ambiente rientri nei limiti ammessi per le diverse situazioni. Tab. 1 Rumore di fondo in Noise Criteria o Room Criteria per il controllo del rumore dell impianto di climatizzazione indice NC RC Sezione 1 STUDI E SALE Studio radiofonico Sala di trasmissione, studio televisivo, studio di registrazione Studio televisivo (per il pubblico) Studio concerto, teatri Sale conferenze, cinema Sezione 2 OSPEDALI Sale audiometriche Sale operatorie, camere singole Corsie, sale d aspetto Corridoi, laboratori Lavanderie, servizi igienici, cucine Stanze del personale, sale di ricreazione Sezione 3 ALBERGHI Camere singole, suite Sale da ballo, sale per banchetti Corridoi, vestiboli Cucine, lavanderie Sezione 4 RISTORANTI NEGOZI GRANDI MAGAZZINI Ristoranti, grandi magazzini (piani superiori) Night club, bar, mense, taverne, supermercati (pia terra) Sezione 5 UFFICI Sala riunione, sala conferenze grande Sala conferenze piccola, uffici, portinerie Uffici open space Uffici disegnatori, sale EDP Sezione 6 EDIFICI PUBBLICI Tribunali Sale per assemblee Biblioteche, banche, musei Bagni, toilette Piscine, campi sportivi Garages, parcheggi Sezione 7 CHIESE ED EDIFICI UNIVERSALI Chiese Aule, sale conferenze Laboratori, officine Corridoi, palestre Sezione 8 INDUSTRIE Magazzini, garages Officine (meccanica leggera) Officine (meccanica pesante) Sezione 9 ABITAZIONI PRIVATE (urbane) Camere da letto Soggiorni Elementi del rumore Il suo o rumore è prodotto da onde di compressione e rarefazione diffuse nell aria o attraverso le strutture dell edificio o attraverso le pareti dei canali o nelle tubazioni degli impianti ed anche nei liquidi al loro inter. La frequenza La frequenza è un carattere fondamentale del rumore. La sua unità di misura è l Hz (Hertz). Nelle rmali situazioni ambientali e impiantistiche, si fa riferimento a una gamma di frequenze più ristretta: da 63 a 8000 Hz. Questa gamma è suddivisa in otto fasce di frequenze standardizzate dette bande di ottava con precisi valori di centrobanda: 63 Hz; 1 Hz; 0 Hz; 500 Hz; 1000 Hz; 00 Hz; 00 Hz e 8000 Hz. Mentre è abbastanza facile controllare o abbattere rumori con frequenze medie o alte, è molto più difficile intervenire sui rumori a bassa frequenza. Il decibel, db Il rumore si manifesta in una scala di intensità molto ampia: dal fruscio delle foglie al rombo di un grande aereo al decollo. Se si utilizzasse una unità di misura lineare come il watt per quantificarli esso sarebbe compreso da 0, W a W. Il watt, come ogni altra unità lineare, è pertanto n adatto per misurare il rumore. A questo scopo è stata scelta una unità logaritmica: il db, o decibell. Essa presenta il vantaggio di comprimere in numeri di sole 2 o 3 cifre l intero campo di variazione del rumore. I valori in db rappresenta il livello soro del rumore. Nella tab. 2 so riportati dei livelli sori tipici in db di alcune sorgenti sore naturali e artificiali. Il livello di potenza sora, Lw Nel funzionamento di una qualsiasi macchina, un gruppo frigorifero, o una caldaia, o altro, una certa quantità di energia viene emessa sotto forma di rumore; essa costituisce il livello di potenza sora; si esprime in db e si indica correntemente come Lw. Esso rappresenta un dato fisso della macchina in relazione al regime di funzionamento e n può venire modificato per cause esterne, ad es. dovute al tipo di installazione. La potenza sora n può essere percepita direttamente; essa si manifesta attraverso un corrispondente livello di pressione sora, percepibile dall orecchio e misurabile con un fometro.

15 Tab. 2 Fonti di rumore tipiche Fonte di rumore Jet al decollo Grande orga di chiesa Voce gridata Voce, livello di conversazione Sussurro leggero Fruscio di foglie aria in uscita dal diffusore da 0,1 m 2 a 1 m/s Livello son. (db) Tab. 3 Differenza tra due livelli sori e valori da aggiungere al maggiore per ottenere il rumore risultante Differenza tra i due livelli sori Valore da aggiungere al livello soro maggiore Curva NR Livello di pressione sora (db) Il livello di pressione sora, Lp A differenza del livello di potenza sora, il livello di pressione sora (Lp) può venire influenzato da numerosi fattori esterni: la distanza tra la sorgente e lo strumento, la presenza o me di superfici riflettenti in prossimità della sorgente, la presenza di barriere o ostacoli lungo il percorso, ecc. Esso quindi subisce delle variazioni a seconda delle condizioni in cui è stata fatta la misura. All aperto il livello di pressione sora si riduce di 6 db per ogni raddoppio della distanza. Nei rmali ambienti civili questa riduzione è compresa tra 3 e 4 db. Una differenza di 1 2 db può essere a malapena percepita, ma una differenza di 3 db costituisce un valore in generale chiaramente rilevato dall orecchio ,6 2 2,1 3 1,8 4 1,5 db 5 1, ,8 Frequenza in banda di ottava (Hz) 8 0,6 9 0,5 10 0,4 Il decibel A db(a) Il livello di pressione sora espresso in db n è molto significativo poiché, come si è detto, l orecchio uma ha una particolare sensibilità alle varie frequenze. Esso è poco sensibile alle basse frequenze, fi a circa 0 Hz, mentre presenta una sensibilità pressoché piatta da 0 a circa 00 Hz. Intor a 00 Hz esso è tevolmente sensibile, ma poi perde nuovamente di sensibilità alle frequenze più alte. Per tener conto della sua caratteristica il livello di pressione sora letto dal fometro viene ponderato secondo una certa curva che segue la sensibilità dell orecchio, la cosiddetta curva A. Il livello di pressione sora che ne risulta viene detto in scala A ed è indicato come LpA; il suo valore viene espresso in db(a). Il db(a) è di ampio impiego nella pratica. Esso viene utilizzato nei calcoli acustici e nelle prescrizioni di livello soro in ambiente. Le curve Noise Ratings Le curve elaborate dalla ISO (International Standard Organization) dette Noise Ratings (NR), individua delle condizioni di eguale sensazione sora per l orecchio uma. Queste curve so riportate su un diagramma che sull asse orizzontale ha le frequenze di centro banda e sull asse verticale i livelli di pressione sora in db. Il riferimento è a rumore continuo a larga banda, n impulsivo e privo di toni dominanti. Ogni curva è individuata con un numero di due cifre corrispondente al livello di pressione sora, in db, alla frequenza di 1000 Hz. Le curve Noise Criteria Le curve di Noise Criteria (NC) ASHRAE so costruite sullo stesso principio delle curve NR ISO. Le frequenze di centro banda so riportate sull asse orizzontale, mentre su quello verticale so riportati i livelli di pressione sora db. Un valore NC corrispondente al livello di pressione sora nel campo tra 1000 e 00 Hz identifica ciascuna curva. Queste curve so in uso da molti anni. Da circa 10 anni l ASHRAE ne ha abbandonato l uso in favore dei Room Criteria. Il loro uso è abbastanza complesso ed esula dagli scopi di questa pubblicazione. La somma dei rumori E frequente che si produca più rumori in u stesso ambiente: ad es. due o più bocchette di mandata, due o più griglie di ripresa ecc. I rumori però n si somma in modo aritmetico, invece si produce un risultato che può quantificarsi con delle semplici operazioni tenendo conto della differenza tra il più forte e il più debole. Questo procedimento è descritto di seguito e facendo riferimento alla tab