Corso di aggiornamento Progetto e scelta degli impianti a Travi Fredde

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1 l a ngol o dell a f orm a z ione Corso di aggiornamento Progetto e scelta degli impianti a Travi Fredde Passate in rassegna nel capitolo precedente le caratteristiche costruttive e prestazionali delle Travi Fredde, è lecito chiedersi quali ne siano i vantaggi principali che offre la loro applicazione negli impianti, e, più in generale, a quali destinazioni e utilizzi esse possano meglio rispondere. Argomenti questi discussi nel presente capitolo, che mette in luce le caratteristiche di riferimento degli edifici, dei carichi termici, dell affollamento, e quindi delle portate d aria, alle quali le Travi Fredde possono positivamente far fronte. In aggiunta, si discutono le valenze dei condotti circolari in lamiera che sono sempre più estesamente utilizzati per la distribuzione dell aria tra le unità di trattamento e le Travi Fredde.

2 L angolo dellaformazione Progetto e scelta degli impianti a Travi Fredde Cap. 2 Vantaggi e punti di forza delle Travi Fredde 2.1 di Peter Andrea Tacconi* gliati per impianti sostenibili, a basse emissioni di CO 2. Le travi fredde, sebbene costituiscano dei terminali per impianti idronici, si differenziano dal comportamento tipico dei terminali tradizionali (ventilconvettori). Negli impianti a travi i meccanismi di cessione di calore da parte delle persone all ambiente che le circonda si combinano in modo da realizzare le condizioni ottimali di comfort, come si può vedere nella tabella 2.1. I valori riportati nella tabella fanno riferimento alle condizioni di comfort raggiungibili in situazioni di basso sforzo, ovviamente questi variano anche con una certa ampiezza al mutare delle condizioni alle quali le persone sono esposte (es. attività fisica, temperatura ambiente, correnti d aria, pareti circostanti fredde o calde ecc.). Il trattamento del carico latente viene interamente demandato all aria primaria di ventilazione. Nelle travi Lindab la portata d aria viene pretarata in fase di produzione in funzione della prevalenza di progetto per ottimizzare le operazioni di installazione in un range che varia da un valore minimo di circa 5 l/s per arrivare ad un massimo di circa 25 l/s per metro di trave attiva. Per aumentare il comfort ambientale, inoltre, la gamma di travi Lindab ha una distribuzione dell aria a ventaglio che permette di ottenere un andamento di diffusione dell aria con valori di velocità particolarmente bassi e uniformi su tutto il profilo di diffusione pemettendone l installazione secondo le caratteristiche degli spazi disponibili, come si può vedere nella figura 2.1. Un aspetto particolare poi riguarda la regolazione delle travi fredde che può prevedere un sistema di protezione anticondensa. Oltre al sistema standard. composto da un sensore anticondensa che chiude l ingresso di acqua fredda all interno della trave, Lindab, ad esempio, ha sviluppato e brevettato un sistema opzionale per le travi induttive di propria costruzione che permette Le Travi Fredde, come si è visto nel Capitolo precedente, sono realizzate in modelli a 2 o 4 tubi, con o senza diffusione dell aria primaria di ventilazione. Esse funzionano con temperature dell acqua refrigerata relativamente alte in estate e con temperature dell acqua calda relativamente basse in inverno. Tali condizioni favoriscono di gran lunga l impiego di pompe di calore reversibili per le unità a 2 tubi e di gruppi frigoriferi polivalenti per le unità a 4 tubi. In tali condizioni di funzionamento, queste macchine producono infatti valori di efficienza energetica (EER in regime di raffreddamento e COP in regime di riscaldamento) molto elevati, con riduzioni proporzionali dei consumi di energia e dei costi di gestione. Per queste caratteristiche i sistemi a Travi Fredde possono essere consialle stesse di non condensare anche in condizioni di funzionamento con 4 C al di sotto della temperatura di rugiada in continuo e fino a 7 8 C per periodi transitori grazie ad una particolare verniciatura della batteria di scambio a base di perlite denomunata Drypac. Le travi fredde sono destinate soprattutto a uffici, banche, alberghi, ospedali, attività commerciali e altre destinazioni del terziario caratterizzate da carichi termici unitari moderati, altrettanto contenute esigenze di ventilazione e carichi latenti non fortemente variabili nel tempo. Esse quindi competono sia con impianti idronici a ventilconvettori con aria primaria, sia con sistemi VRF (a portata di refrigerante variabile). Punti di forza delle travi fredde Da quanto detto i punti di forza delle travi fredde possono suddividersi in tre diverse categorie, tali da farle preferire ad altri tipi di impianti: - positivo inserimento architettonico nei locali occupati - risparmi energetici per il funzionamento delle pompe di calore e dei gruppi refrigeratori - condizioni di comfort ottimali, in particolare per ciò che riguarda il livello sonoro, la velocità di diffusione dell aria e la salubrità dell ambiente in cui vengono installate. Vediamone singolarmente le caratteristiche. Inserimento architettonico nei locali Le travi fredde liberano le superfici orizzontali e verticali degli ambienti, eliminando la necessità di installare mobiletti ventilconvettori, spesso problematici, sia per il collocamento a livello pavimento che limita la disponibilità di spazi, sia per la raccolta di polveri in caso di insufficiente pulizia e manutenzione. Esse sono disponibili per installazioni a vista o integrate nei controsoffitti, variamente secondo i modelli, e offrono quindi all architetto o all interior designer una serie di opzioni che permet- Tabella 2.1 Co n f r o n t o p e r c e n t u a l e n e l l a s p o r t a z i o n e d e l c a l o r e e m e s s o d a p e r s o n e in a t t i v i t à d i l a v o r o s e d e n ta r i a d a p a r t e d i i m p i a n t it r a d i z i o n a l i e c o n t r a v i f r e d d e Fig Esempio d i i n s ta l l a z i o ne d i t r a v i f r e d d e parallele Po l a r i s I in u n locale d e d i c at o a sala meeting. Componente del carico termico Impianto HVAC tradizionale Impianto con Travi Fredde Radiazione 35,00% 50,00% Convezione 40,00% 30,00% Evaporazione, traspirazione 25,00% 20,00% 72

3 Fig Esempio d i u n a t r a v e f r e d d a l i ne a r e installata in u n a caffetteria. Fig In q u e s ta a p p l i c a z i o ne d u e t r a v i f r e d d e l i ne a r i parallele s o n o s t at e installate in u n a m p i o locale ufficio, u n a d i esse prossima a l l a m p i a superfici e vetrata per neutralizzarne gli effetti te di ottenere brillanti risultati stilistici come si può vedere nell esempio di applicazione per installazioni a vista in figura 2.2. Le travi fredde sono apparecchiature statiche che non richiedono alcuna manutenzione se non la semplice pulizia della batteria e non comportano quindi lavori all interno dei locali. Le travi fredde consentono di realizzare elementi continui per neutralizzare rientrate e cessioni di calore di estese superfici vetrate, come dimostra la figura 2.3, possono essere installate per file parallele, in grado perciò di neutralizzare i carichi termici anche di locali molto ampi caratteristica non consentita ai ventilconvettori e offrono risultati estetici che possono favorire il raggiungimento di livelli di comfort voluti. Risparmi energetici Il funzionamento delle travi fredde richiede due condizioni caratteristiche alle pompe di calore e ai gruppi frigoriferi, entrambe apportatrici di risparmi energetici: - bassa temperatura di condensazione nel funzionamento della pompa di calore in regime di riscaldamento invernale (in sostanza, bassa temperatura dell acqua calda erogata); - alta temperatura di evaporazione della stessa, o del gruppo frigorifero, nel funzionamento in refrigerazione estiva (alta temperatura dell acqua refrigerata erogata). Oggi, una moderna pompa di calore di tecnologia corrente aria-acqua può erogare un COP di 3,9 quando alimentata con aria esterna a 7 C B.S. con produzione di acqua calda a 35 C e ritorno a 30 C. Il valore di COP, per lo sviluppo fisiologico della tecnologia, potrà aumentare oltre 4 a partire dal La stessa macchina, se reversibile, in regime estivo può erogare un EER di 3,4 quando alimentata con aria esterna a 35 C con produzione di acqua refrigerata a 18 C e ritorno a 23 C. Naturalmente i valori di COP ed EER aumentano all aumentare e al diminuire, rispettivamente, della temperatura esterna. Viceversa, sia COP, sia EER, diminuiscono sensibilmente nel funzionamento di impianti d altro genere, nei quali la temperatura dell acqua refrigerata erogata è sui tipici 7 C e quella dell acqua calda di 45 C. In aggiunta, i sistemi con travi fredde possono funzionare per periodi più estesi dell anno con cicli di free cooling con aria esterna, rispetto ad altri impianti. Ad esempio, gli impianti VRF non prevedono nel loro funzionamento cicli di free cooling, e questo offre quindi alle travi fredde un sostanziale guadagno energetico. Per le travi fredde una ulteriore fonte di risparmio energetico è data capacità di movimentare per effetto induttivo circa 4 volte il volume di aria primaria immessa nella trave. Questo meccanismo permette di utilizzare unità di trattamento d aria dotate di ventilatori di mandata e ripresa di dimensionri minori rispetto ad altri tipi di diffusori. Tirate le somme, si può affermare che il risparmio energetico su base annuale di un impianto a travi fredde sia dell ordine del % rispetto ad altri tipi impianti, a parità di dimensione di edificio. Condizioni di comfort Qui è necessario fare chiarezza sui moderni requisiti di comfort. Agli inizi degli anni 30 del 900, la società americana Anemostat sviluppò e mise sul mercato un nuovo (per allora) diffusore d aria, il classico modello circolare a coni concentrici, conosciuto ormai con la denominazione generica di anemostato. Tuttora esistono progettisti che li prescrivono e installatori che li installano. Si tratta di ottimi diffusori, per certi versi, ma nessuno si sognerebbe più di acquistare una Balilla o altra auto d antan se non a scopo di collezionismo per le moderne necessità di spostamento. E incredibile invece quanti anemostati e bocchette si installino tuttora in edifici moderni rovinandone l estetica degli interni e sottoponendo i malcapitati utenti a correnti, cadute d aria fredda, stratificazioni, rumore ecc. Tutte condizioni lontane di gran lunga dalle moderne prescrizioni di comfort. A 2.4 Fig In s ta l l a z i o ne d i t r a v i f r e d d e d e l tipo a v i s ta, Architect, direttamente a soffitto, in un ristorante. 73

4 L angolo dellaformazione Tabella 2.2 Cl a s s i d i t e n u t a p e r i c o n d o t t i a e r a u l i c i c i r c o l a r i s e c o n d o l a n o r m a t i v a UNI EN Classi di tenuta Valori limiti della pressione statica (ps) Positiva parte questi casi estremi, anche numerosi diffusori d aria più moderni introducono condizioni di disagio termico per l instabilità dei flussi d aria, soprattutto quando la velocità dell aria stessa in uscita superi determinati valori. Con le travi fredde questi problemi sono oramai risolti definitivamente. Nelle unità prodotte da Lindab la distribuzione dell aria a ventaglio dei flussi d aria minimizza la velocità dell aria in ambiente, eliminando le possibili cause di correnti, cadute d aria fredda ecc. L impiego delle travi fredde permette di rispondere ai requisiti della norma UNI e EN UNI per quanto riguarda la condizioni di benessere e di ventilazione. Applicazioni tipiche delle Travi Fredde I sistemi con travi fredde possono essere applicati con successo in un ampio campo di destinazioni civili e del terziario. Alcune tra le più rappresentative sono le seguenti: - Uffici con affollamenti e carichi termici interni Pa Negativa Massimo fattore di perdita consentito (f max ) m³ x s -1 A x p t B x p t C x p t D x p t moderati; - Degenze ospedaliere; - Camere d albergo; - Hall di alberghi; - Showroom; - Biblioteche. Queste sono applicazioni tra le più comuni delle travi fredde, ma ne esistono tuttavia svariate altre, a dimostrazione delle ampie possibilità di impiego di questi sistemi. Condotti circolari e verifica delle classi di tenuta Non avendo parti attive, nel momento in cui si studia un sistema a travi, è importante riferirsi alle caratteristiche delle canalizzazioni di distribuzione e alle loro classi di tenuta. I condotti costituiscono la parte di impianto che collega le unità di trattamento d aria alle travi fredde, e le loro caratteristiche possono avere influenza non trascurabile sulle prestazioni d insieme dell intero sistema. Fig Un esempio d i i n s ta l l a z i o ne d i t r av e f r e d d a a v i s ta, Pl a f o n d, in u n a camera d a l b e r g o. Queste t r av i r i s p o n d o n o pure ai requisiti di camere di degenza ospedaliere. Fig Sc h e m a d i principio dello strumento sviluppato d a Li n d a b per d e t e r m i n a re la classe d i t e n u ta d e i c o n d o t t i a e r u a l i c i. L ASHRAE Handbook 2008 Systems and Equipment riporta testualmente (cap. 18.3) l affermazione che segue sui condotti circolari: Round ducts are inherently strong and rigid and are generally the most efficient and economical ducts for air systems. The dominant factor in round duct construction is the material ability to withstand the physical abuse of installation and negative pressure requirements. (I condotti circolari sono inerentemente robusti e rigidi e sono generalmente i condotti più efficienti ed economici per sistemi aeraulici. Il fattore dominante dei condotti circolari è la materiale capacità di resistere ai maltrattamenti fisici nel corso dell installazione e ai requisiti di pressioni negative). Proprio per queste superiori caratteristiche i condotti circolari in lamiera vanno ormai affermandosi sul mercato anche in Italia. Da pochi anni gli enti normatori dell Unione Europea hanno promulgato delle norme e dei test di tenuta dei canali stessi. Questi test sono ampiamente descritti nelle norme sulla progettazione di impianti di ventilazione per gli edifici non residenziali UNI EN 13779: 2005 e UNI EN 12237: Per i canali circolari, le modalità di prova sono descritte nella UNI EN 12237, mentre per quelli rettangolari nella EN La classe di tenuta viene valutata secondo le specifiche indicate nella UNI EN 13779, mentre le procedure di prova e 74

5 i metodi di misurazione per la presa in consegna di impianti installati di ventilazione e di condizionamento dell aria sono descritte nella norma EN Per i condotti circolari sono state definite 4 classi di tenuta, come riportate nella tabella 2.2. Il rapporto tra la portata d aria di fuga misurata (q) e la superficie del canale in esame (A) (come da EN 14239) fornisce il valore specifico di fuga (f) della portata d aria. q f = A Il fattore di fuga (f) deve essere inferiore al trafilamento limite (fmax) corrispondente alla classe di tenuta richiesta per qualsiasi pressione di test (ptest) inferiore o uguale alla pressione di esercizio (pdesign). Nella tabella 2.3 sono riportati i fattori di fuga misurati dallo strumento che devono risultare inferiori al trafilamento massimo per la classe di tenuta corrispondente. Lindab ha sviluppato uno strumento di utilizzo molto semplice e diretto per misurare la tenuta di un impianto aeraulico; esso rileva le fughe d aria misurando la portata necessaria per mantenere il livello di pressione prestabilito. Uno schema di principio dello strumento è visibile nella figura 2.6, mentre una sua vista reale in fase di misura si osserva nella figura 2.7. Lo strumento può essere utilizzato sia con pressioni positive sia con pressioni negative. Esso dispone di due ventilatori generano una certa portata d aria che viene immessa per mezzo di un tublo flessibile nel circuito di canali di cui misurare la perdita, preventivamente isolato dal resto del circuito. Come risultato si ha un aumento della pressione Tabella 2.3 Fig Un a fa s e r e a l e d i utilizzo dello strumento d i c u i alla f i g u r a precedente per d e t e r m i n a re la classe d i t e n u ta d e i c a n a l i. Le piccole d i me n s i o n i n e fav o r i s c o n o la portatilità e l uso. effettiva del canale. Questo valore viene misurato attraverso un secondo tubo di gomma. I ventilatori risultano così modulati secondo il confronto tra la pressione effettiva e quella voluta. Raggiunto il valore di pressione desiderato e stabilizzato il valore, si comincia a far decrescere il tempo di test da 300 a 0 secondi. L apparecchiatura misura in tempo reale le fughe d aria che si stanno verificando durante il test. La porzione di impianto da testare deve essere soggetta ad una pressione di test (positiva e negativa), non inferiore a quella operativa dell impianto. Il valore delle perdite deve essere registrato, secondo la EN e la pren 1507, mantenendo la pressione di test costante con uno scarto di ±5% rispetto il valore specificato, per un tempo pari a 5 minuti. Questa operazione è normalmente eseguita in modo automatico dal misuratore di fughe d aria. Limitazioni degli impianti a Travi Fredde Nessun impianto è in grado di rispondere in modo ottimale a tutti i requisiti che possono presentarsi nella grande varietà di applicazioni che si riscontrano nella realtà. E come tutti anche le travi fredde presentano dei limiti che devono essere conosciuti. Di seguito citiamo i principali: - Altezza dei soffitti. Le travi fredde rispondono assai bene per installazione in locali con soffitti di altezza fino a 3,0-3,5 metri, oltre invece il loro impiego non è consigliabile. Fa t t o r e d i f u g a m i s u r a t o d a l l o s t r u m e n t o. Es s o d e v e e s s e r e inferiore a l t r a f i l a m e n t o m a s s i m o p e r l a c l a s s e d i t e n u t a c o r r i s p o n d e n t e Pressione Pa Trafilamento massimo A B C D [(m 3 /h)/m 2 ] 150 2,52 0,84 0,28 0, ,96 1,32 0,44 0, ,52 1,84 0,61 0, ,49 2,50 0,83 0, ,66 2,89 0,96 0, ,59 4,53 1,51 0, Ventilazione moderata. Neppure in ambienti che richiedono un numero sensibile di ricambi d aria, quali mense e ambienti in genere molto affollati che impongono elevate portate d aria primaria, le travi fredde risultano di applicazione idonea. In questi casi necessita ricorrere ad altri tipi di impianti. - Carichi termici moderati. I carici termici per metro quadro di superficie utile degli ambienti da climatizzare non dovrebbero superare i watt/m 2, come limite superiore. Oltre si richiedono altri sistemi. - Carichi latenti. I carichi latenti non devono avere ampie variazioni durante l arco della giornata per i rischi legati alla formazione di condensa per variazioni nel valore del punto di rugiada. Nella sostanza, le travi fredde sono idonee per la climatizzazione di ambienti di caratteristiche geometriche normali, di altezza standard, con moderati affollamenti e carichi termici ambiente contenuti. Per fare degli esempi, esse non sono consigliabili in locali molto affollati o dove si svolgono attività fisiche intense quali mense, bar, palestre, sale da ballo, atri di edifici di altezza elevata ecc. Nella maggior parte delle altre applicazioni, invece, i sistemi a Travi Fredde costituiscono delle scelte altamente qualificanti e in grado di offire condizioni di comfort ottimali, silenziosità di funzionamento e valori rimarchevoli di risparmio energetico, perciò con conseguenti minori emissioni di CO 2 in atmosfera rispetto a svariati altri tipi di impianti tradizionali. *Ing. Peter Andrea Tacconi, Product Manager, Lindab Srl, Cambiago (MI) 75