Impianti di climatizzazione a acqua

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1 Facolta di Architettura, Corso di Laurea Scienze dell architettura- Corso di Tecnica del controllo Ambientale Impianti di climatizzazione a acqua Fabio Peron Università IUAV - Venezia Sono i sistemi più utilizzati nell edilizia residenziale dove spesso sono di solo riscaldamento, ma possono anche essere di raffrescamento. Vantaggi: basso costo e semplicità di installazione; limitato ingombro delle apparecchiature: non si ha la centrale di trattamento dell aria e limitate dimensioni delle tubature; permettono di fornire calore in prossimità delle pareti perimetrali esterne; rapida risposta alle variazioni di carico; permettono di seguire con grande flessibilità i vincoli architettonici; permettono di sfruttare la grande capacità di trasporto del calore dell acqua. Svantaggi: non permettono il controllo dell umidità e della qualità dell aria; I m p i a n t i a d a c q u a

2 Gli elementi fondamentali di un impianto ad acqua Gli elementi fondamentali che costituiscono un impianto ad acqua sono i seguenti: un generatore di calore (un generatore di freddo) la pompa per la movimentazione dell acqua le tubazioni di collegamento i terminali (scambiatori di calore acqua-aria) il vaso di espansione una valvola di sicurezza I terminali di un impianto a acqua Il terminale è lo scambiatore di calore che fornisce il calore all ambiente da riscaldare. Vi sono diversi dispositivi e i principali sono i seguenti: Termosifoni radiatori Piastre radianti Termoconvettori Ventilconvettori (fan coils) Aerotermi Pannelli radianti a pavimento, parete, soffitto Tubi alettati Tubi radianti Unità temoventilanti Terminali a induzione, induttori Aerotermi, tubi radianti, unità termoventilanti sono utilizzati soprattutto in campo industriale

3 I terminali di un impianto a acqua Essenzialmente in ambito civile si utilizzano tre tipologie di scambiatore di calore acqua-aria perfornireilcaloredesiderato agli ambienti: termosifoni - scambio parzialmente radiativo e soprattutto convettivo in regime di convezione naturale; pannelli radianti -grandesuperficiediscambioetrasmissionedel calore soprattutto per via radiativa e in parte convettiva; ventilconvettori - scambio essenzialmente convettivo in regime di convezione forzata I terminali di un impianto a acqua Radiante a soffitto RADIATORI Radiante a pavimento Radiante a parete VENTILCONVETTORI RISCALDAMENTO RADIANTE A BASSA TEMPERATURA

4 Le tubazioni di un impianto a acqua I terminali di un impianto a acqua Diverse temperature dell acqua utilizzata portano a diverse efficienze

5 Radiatori Il radiatore, a rigore, scambia per irraggiamento solamente circa il 20-30% della potenza totale, mentre il resto viene scambiato per convezione. La superficie utile all irraggiamento è solo la frontale, mentre per la convezione conta la superficie totale del radiatore. In genere il radiatore è composto da singoli elementi assemblati. I terminali di un impianto a acqua: ventilconvettori

6 I terminali di un impianto a acqua: ventilconvettori Si realizza una batteria alettata alloggiata in un contenitore. Si può avere circolazione per convezione naturale e si parla di convettori oppure circolazione forzata aumentando la velocità dell aria con l ausilio di un ventilatore e si parla allora di ventilconvettori. E in ogni caso prevalente lo scambio per convezione (90%) rispetto a quello radiativo (10%). Il ventilconvettore può essere utilizzato anche per il raffrescamento estivo; vi è possibilità di condensa sulla batteria t supbatt < t rugiada è necessario prevedere un sistema di raccolta dell acqua condensata. Sono utilizzati in edifici con occupazione discontinua uffici, sale conferenze. Spesso utilizzati in combinazione con impianto a aria primaria. I terminali di un impianto a acqua: ventilconvettori In genere si ha una presa d aria dal basso o frontale e immissione in ambiente nella parte alta. E utile prevedere l installazione di un filtro che deve essere sostituito o manutenuto annualmente. Il ventilatore in genere ha diverse velocità. E quindi possibile regolare le portate d aria e la temperatura. Si ha un certo rumore fluidodinamico che può essere un problema per specifiche destinazioni d uso (sala conferenza). Gli impianti di questo tipo non sono molto costosi

7 I terminali di un impianto a acqua: pannelli radianti I terminali di un impianto a acqua: pannelli radianti

8 I terminali di un impianto a acqua: pannelli radianti Sono utilizzati per il riscaldamento, ma possono essere utilizzati anche per il raffrescamento. In questo caso è necessario un attento controllo dell umidità. La temperatura minima di alimentazione in estate 16 C. Si hanno grandi superfici di scambio e la temperatura di alimentazione dell acqua è bassa 35/40 C. Si ha una resa termica di W/m 2 in riscaldamento. Si ha una resa termica di 30 W/m 2 in raffreddamento. Controllare fenomeni di dilatazione con inserimento di giunti nel massetto sopra il pannello, massima superficie consigliata 40 m 2 Possono essere alloggiati negli elementi di involucro dell ambienti: a pavimento (i più diffusi) a soffitto (specie per raffrescamento) aparete I terminali di un impianto a acqua: pannelli a pavimento Pregi Uniformità delle condizioni ambientali Minori vincoli per l arredamento Pavimento caldo Risparmio energetico con gestione specifica Accoppiamento ideale a caldaie a condensazione Taglio termico verso zone non riscaldate Difetti Elevata inerzia termica (in parte risolto) Maggiore spessore massetto Interferenza con altri impianti a pavimento Più costoso di impianti a radiatori e ventilconvettori

9 Impianti colonne montanti Impianti colonne montanti con collettore

10 Distribuzione a collettori Numero limitato di colonne montanti Rapidità e facilità di costruzione Impianti autonomi nelle diverse zone Possibile contabilizzare l energia termica Circuiti indipendenti per ogni terminale Distribuzione a collettori Numero limitato di colonne montanti Rapidità e facilità di costruzione Impianti autonomi nelle diverse zone Possibile contabilizzare l energia termica Circuiti indipendenti per ogni terminale

11 Impianti centralizzati e autonomi Vantaggi dei sistemi centralizzati Minore spesa di installazione Minore fabbisogno di energia fabbisogno totale < somma fabbisogni singoli Durata della caldaia Rendimento della caldaia Minori spese di manutenzione e controllo Sicurezza di gestione Delega della responsabilità Distribuzione a 2 e 4 tubi Una rete di distribuzione a 2 tubi (mandata e ritorno) è in grado di fornire ai terminali o acqua calda o acqua fredda. Non è possibile operare in riscaldamento e raffreddamento contemporaneamente. In alcune situazioni può essere necessario in un edificio contemporaneamente riscaldare e raffrescare. Diverse esposizioni alla radiazione solare, presenza di grandi superfici vetrate, presenza di carichi termici concentrati quali sale server. 2 tubi E necessario avere un sistema di distribuzione che sia in grado di fornire sia acqua calda che acqua fredda a seconda delle specifiche esigenze. Si passa al sistema a 4 tubi(mandata calda, ritorno caldo, mandata fredda, ritorno freddo) 4 tubi

12 Dove passano le tubazioni Solaio a cunicoli ispezionabili Dove passano le tubazioni Facciata attrezzata Corridoio attrezzato

13 contropareti Dove passano le tubazioni false travi controsoffitto contropareti Dove passano le tubazioni

14 Facolta di Architettura, Corso di Laurea Scienze dell architettura- Corso di Tecnica del controllo Ambientale Impianti di climatizzazione a aria Fabio Peron Università IUAV - Venezia Sono sistemi utilizzati nel terziario: uffici, banche, ospedali, teatri, centri commerciali. Una parte dell aria utilizzata viene prelevata dall esterno una parte è invece aria di riciclo. La quantità di aria prelevata dall esterno è legata alle richieste di ventilazione, mentre il riciclo permette un notevole risparmio energetico e quindi economico. Vantaggi: permettono il controllo dell umidità e della qualità dell aria; contemporanea soddisfazione delle esigenze di ventilazione; facilità di impiego di recuperatori di calore. Svantaggi: notevole ingombro da parte dei canali in cui fluisce l aria; ingombro legato alla necessità di una centrale di trattamento aria. Necessità di un accurato bilanciamento della rete di canalizzazioni. I m p i a n t i a d a r i a

15 Fluido termovettore aria: azione su portate d aria q c = m& = m& p, aria p, aria ( hi hu ) c ( t t ) p i u Per aumentare lo scambio termico si può agire su ciascuno dei due termini della relazione: & ( t t ) m p, aria i, aria u, aria Per quanto riguarda il salto termico tra ingresso e uscita dell aria si può agire solo sulla temperatura di immissione t i dato che quella di uscita è pari a quella dell ambiente ed è fissata da esigenze di comfort. Fluido termovettore aria: azione su portate d aria Caso invernale La temperatura dell aria in ingresso deve essere maggiore di quella ambiente. Nella pratica comune per assicurare condizioni di comfort si accetta una temperatura t i massima di circa 40 C. Caso estivo La temperatura dell aria in ingresso deve essere inferiore a quella ambiente. Per assicurare condizioni di comfort non deve essere inferiore di C alla temperatura ambiente. Inoltre non deve essere inferiore alla temperatura di rugiada. Con t a =25 C, UR a =50% la temperatura di rugiada è di circa 13 C. Quindi nella pratica t i =15 C-18 C. Per quanto riguarda la portata, in genere si preferisce mantenerla costante tra estate e inverno. Quindi essa deve essere la più grande tra quella estiva e quella invernale. Per la portata modificata sarà variata poi la temperatura di immissione in modo da soddisfare il carico.

16 Gli elementi fondamentali di un impianto ad aria Gli elementi fondamentali di un impianto ad aria sono i seguenti: un generatore di calore un generatore di freddo una macchina di trattamento dell aria che porta l aria alle condizioni desiderate per l immissione i canali di collegamento i terminali (sistemi di immissione dell aria nell ambiente) Un impianto a aria

17 Le macchine per il trattamento dell aria - MTA L aria viene portata alle condizioni di temperatura e umidità desiderata facendola passare attraverso alcune batterie di raffreddamento e riscaldamento e attraverso un saturatore adiabatico.

18 Come appare una macchina per il trattamento aria Si capisce immediatamente che è un elemento ingombrante e che l architetto deve prevedere dove sistemarla Come appare una macchina per il trattamento aria Si capisce immediatamente che è un elemento ingombrante e che l architetto deve prevedere dove sistemarla

19 Macchina trattamento aria: dimensioni di massima Si capisce immediatamente che è un elemento ingombrante e che l architetto deve prevedere dove sistemarla I generatori di freddo: il chiller

20 Come appare il chiller Si capisce immediatamente che è un elemento ingombrante e che l architetto deve prevedere dove sistemarlo Batteria alettata Batterie alettate

21 Ventilatori e silenziatori Canalizzazioni Sotto pavimento o in controparete o controsoffitto

22 Terminali Diffusori a soffitto Terminali Diffusori ad alta induzione

23 Distribuzione dell aria Centre Pompidou Parigi Renzo Piano e Richard Rogers Distribuzione dell aria Centre Pompidou Parigi Renzo Piano e Richard Rogers

24 Distribuzione dell aria Centre Pompidou Parigi Renzo Piano e Richard Rogers Distribuzione dell aria Lloyds building Londra Richard Rogers

25 mains services running vertically down the towers and connected into each level of the building through the raised floor and ceiling void. Photos -connection of the services The layers of structure, services and cladding articulate the elevation photos - services

26 Strategy 2 the served and servant It was Kahn s notion of served and servant spaces inspired Rogers. In the case of Llyods, servant spaces concentrate in towers. Served zone Servant towers with incorporation of raised flooring system and ceiling viod Strategy 2 served & servant Served zone Servant towers with incorporation of raised flooring system and ceiling void The services towers, 3 of them principally for fire fighting and escape. The other 3 for lifts, lavatories and risers, are the visual expression of the Kahnian doctrine of served and servant spaces Servant tower plan

27 Power and electronic Served zone service risers with ducts for water, drains, power and electronics running vertically down the towers and connected into each level of the building Power and electronic Distribuzione dell aria Palazzo Ex Poste Bolzano Arch. Micael

28 Distribuzione dell aria Distribuzione dell aria

29 Distribuzione dell aria Distribuzione dell aria

30 Distribuzione dell aria Distribuzione dell aria

31 Distribuzione dell aria Distribuzione dell aria

32 Distribuzione dell aria Distribuzione dell aria