IMPIANTI DI CONDIZIONAMENTO: CRITERI DI PROGETTO

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1 Impianti di Climatizzazione e Condizionamento 1 IMPIANTI DI CONDIZIONAMENTO: CRITERI DI PROGETTO

2 Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - M.Romagna 2 COMPONENTI DI UN IMPIANTO DI CONDIZIONAMENTO Impianti a tutt aria: terminali di immissione dell aria; rete di distribuzione ed eventualmente di ripresa dell aria; condizionatore (o UTA) per trattare la portata d aria di progetto; centrale termica e frigorifera. Impianti misti aria-acqua: terminali di immissione dell aria; rete di distribuzione dell aria; elemento terminale (ventilconvettore, induttore o pannello radiante); rete di distribuzione dell acqua; condizionatore (o UTA) per il trattamento dell aria primaria; centrale termica e frigorifera.

3 RETE DI DISTRIBUZIONE DELL ARIA La rete di distribuzione dell'aria ha la funzione di convogliare l aria negli ambienti da climatizzare e, laddove sia presente il ricircolo, di riprenderla e ricondurla in parte al condizionatore e in parte all'espulsione. La progettazione del sistema aeraulico è essenziale al fine di: assicurare il controllo delle condizioni termoigrometriche di progetto e la ventilazione dei locali; garantire una distribuzione il più possibile uniforme dell aria trattata, e limitando dispersioni di calore ed infiltrazioni lungo tutti i percorsi; limitare la propagazione di rumori e vibrazioni all'interno dei canali. Nel passaggio all'interno dei canali l'aria incontra una resistenza al moto dovuta all'attrito con le pareti ed alle turbolenze che si generano in corrispondenza delle discontinuità, quali cambiamenti di direzione, di sezione, ecc.. 44

4 45 RETE DI DISTRIBUZIONE DELL ARIA Per limitare perdite di carico, ridurre i consumi di energia, costi di installazione e gestione, la rete aeraulica va progettata in modo da ridurre il più possibile le resistenze al moto, scegliendo percorsi quanto più brevi e rettilinei, appropriate forme geometriche per i raccordi e le sezioni. Un importante aspetto è la manutenzione del sistema di distribuzione: i canali, infatti, possono essere sede di accumulo di sporcizia e fonte di propagazione batteriologica e virale. Dimensionamento della rete 1. portata, sezione, velocità e perdita di carico di ogni tratto di canale; 2. perdita di carico totale del circuito (somma delle perdite di carico distribuite e concentrate); 3. portata e prevalenza del/i ventilatore/i presente/i nel circuito.

5 RETE DI DISTRIBUZIONE DELL ARIA Una rete di distribuzione dell aria è tipicamente costituita dagli elementi riportati in figura: - canali di distribuzione e, ove presente il ricircolo, di ripresa; - ventilatore/i di mandata e di ripresa dell aria (solo in caso di ricircolo). 46

6 Classificazione dei canali di distribuzione dell aria I canali di distribuzione dell aria possono essere classificati in funzione: della tipologia di impiego; della velocità dell'aria; della pressione. In base alla tipologia di impiego si distinguono in: canali di mandata (facenti capo all unità di trattamento e veicolo di trasporto dell'aria fino all'immissione in ambiente); canali di ripresa (facenti capo all unità di trattamento o a un ventilatore per il ricircolo e/o l'espulsione dell'aria ripresa dall'ambiente); canali di aspirazione (con flusso diretto verso un ventilatore); canali di espulsione (nei quali la direzione del flusso va da un ventilatore verso l aria atmosferica). 47

7 48 Classificazione dei canali di distribuzione dell aria La classificazione precedente non influisce sulla tecnologia costruttiva In alcuni casi è necessario specificare la tipologia in relazione all impiego, ad esempio in presenza di problematiche connesse alla coibentazione termica o di esigenze che obbligano al raggiungimento di caratteristiche di tenuta dell aria particolarmente elevate. Inoltre, le condotte di mandata dell aria sono in sovrappressione, tutte le altre tipologie sono in depressione. In alcuni ambienti (ad es. ospedali) per evitare il rischio di contagio, occorre realizzare elevati livelli di tenuta sia per i tratti in sovrappressione sia per quelli in depressione.

8 49 Classificazione dei canali di distribuzione dell aria In base alla velocità dell aria i canali possono anche essere distinti in: - canali a bassa velocità; - canali ad alta velocità. Impianti commerciali e residenziali Impianti industriali Impianti commerciali e residenziali Impianti industriali a) a bassa velocità b) ad alta velocità a) a bassa velocità b) ad alta velocità CONDOTTE DI MANDATA fino a 10 m/s (normalmente compresa tra 5 e 8) oltre 10 m/s fino a 12 m/s (normalmente compresa tra 7 e 12) oltre 12 m/s CONDOTTE DI RIPRESA a) a bassa velocità fino a 9 m/s (normalmente compresa tra 4.5 e 7) a) a bassa velocità fino a 10 m/s (normalmente compresa tra 5 e 9)

9 50 Classificazione dei canali di distribuzione dell aria Le velocità massime ammesse nei circuiti, soprattutto nei tratti più prossimi all ambiente da trattare, devono essere tali da non dar luogo a forte rumorosità o ad altre cause di discomfort per l utenza. Residenze Uffici Teatri Luoghi di riunione Locali industriali Bocca premente ventilatore Condotti principali Condotti secondari Bocchette di mandata Bocchette di estrazione Prese d aria esterna Griglie di espulsione Velocità massime consigliate nei canali dell aria a bassa velocità (m/s)

10 51 Classificazione dei canali di distribuzione dell aria Materiali Devono possedere le seguenti caratteristiche: a) basso valore del coefficiente di scabrezza per le pareti interne, per limitare l entità delle perdite di carico dovute ad attrito; b) elevata resistenza meccanica; c) resistenza all invecchiamento ed all usura; d) basso grado di igroscopicità; e) incombustibilità (o scarsa attitudine alla propagazione della fiamma), f) inerzia chimica e scarsa attitudine alla produzione di muffe e odori.

11 Caratteristiche costruttive dei canali in lamiera metallica: i più diffusi sono quelli in acciaio zincato per via dell elevata robustezza, rigidità e tenuta, mentre in ambienti ad elevato rischio di corrosione si adotta, in genere, l acciaio inox o l alluminio (quest ultimo è spesso preferito in virtù della sua leggerezza o per motivi estetici); in materie plastiche: trovano scarso impiego, salvo nell ambito di particolari applicazioni, al fine di limitare i fenomeni corrosivi, (scarsa resistenza meccanica e al fuoco), maggiori costi; solitamente sono in cloruro di vinile o in polietilene; in pannelli prefabbricati: costituiti da materiali sintetici (poliuretano espanso), spesso a base di silicati di calcio o di fibre minerali, da materie plastiche trattate o da alluminio preisolato; sono impiegati quando necessitano particolari forme delle sezioni o in corrispondenza di particolari diramazioni e raccordi; hanno il vantaggio di essere leggeri e poco rugosi internamente (sono, infatti, di solito rivestiti internamente), ma costi notevoli; in materiale flessibile: sono in genere impiegati per collegare i diffusori ai condotti principali o in corrispondenza di particolari ostacoli o conformazioni della struttura che va ad accogliere il circuito; problematiche legate alla scarsa resistenza al fuoco e all insorgenza di maggiori perdite di carico rispetto ai canali rigidi; di solito sono realizzati in alluminio o PVC. 52

12 Caratteristiche costruttive dei canali: esempi 53

13 54 Caratteristiche costruttive dei canali: isolamento Requisiti dei materiali per la coibentazione: basso coefficiente di conducibilità; basso valore del calore specifico; facilità di posa in opera; buona resistenza al fuoco e all usura; inorganicità e stabilità chimica. I materiali isolanti più largamente impiegati sono quelli a base di: - gomma sintetica; - schiume poliuretaniche; - materiali fibrosi in lana minerale (di roccia e di vetro).

14 Dimensionamento della rete I canali possono essere dimensionati secondo uno dei seguenti metodi: 1. metodo a perdita di carico costante; 2. metodo a riduzione di velocità; 3. metodo a recupero di pressione statica. 1 e 2 sono applicati per il dimensionamento di canali con variazioni delle velocità dell aria che comportano trascurabili trasformazioni di energia dinamica in statica: canali a bassa velocità; impiegati quando è richiesto un controllo rigoroso della rumorosità, strettamente correlato al valore della velocità dell aria. 3 è adottato nei condotti ad alta velocità, nei quali le trasformazioni di energia dinamica in statica, notevoli per via delle maggiori variazioni della velocità dell aria, possono essere sfruttate per compensare le perdite di carico per attrito a valle dei punti nei quali esse si verificano. 55

15 Dimensionamento della rete 1. Metodo a perdita di carico costante E il più diffuso per gli impianti a bassa pressione, l intera rete aeraulica è dimensionata mantenendo costante la perdita di carico distribuita per unità di lunghezza. Il dimensionamento inizia dalla sezione immediatamente a valle del ventilatore di mandata, per il quale si assume un valore delle velocità massimo ammesso, Mediante un diagramma, nota la portata e assegnata la velocità, sono determinati il diametro equivalente della sezione e le perdite di carico uniformemente distribuite. il diametro di una sezione circolare in grado di dare luogo alle stesse perdite di carico di una sezione rettangolare di dimensioni a e b. 56

16 1. Metodo a perdita di carico costante Definita la perdita di carico per il primo tratto, si impone che essa si mantenga costante su tutto il circuito; pertanto nei tratti successivi si impiega ancora il grafico, in cui la portata è quella di progetto e la perdita di carico è quella del primo tratto e mediante le quali velocità e diametro equivalente risultano automaticamente determinati. Occorre verificare che i valori di velocità così ottenuti siano minori di quelli compatibili con la destinazione d uso e la posizione del canale rispetto ai locali da climatizzare. Il ventilatore sarà dimensionato sulla base del ramo del circuito più sfavorito. Al fine di assicurare in ogni tratto valori adeguati delle velocità e della relativa portata, occorre bilanciare il circuito introducendo, se necessario, delle perdite di carico concentrate (serrande di regolazione) per equilibrare i vari tronchi e, più in generale, l intero sistema. 57

17 1. Metodo a perdita di carico costante 58

18 59 1. Metodo a perdita di carico costante Le sezioni dei canali sono di solito rettangolari, si determinano le dimensioni della sezione impiegando la relazione seguente oppure la tabella: b (mm) a (mm) D e a b a b (mm)

19 Calcolo delle perdite di carico totali del circuito Per dimensionare il ventilatore occorre calcolare: -la perdita di carico complessiva del tratto più sfavorito; -la perdita di carico all interno dell UTA; -le perdite di carico in corrispondenza dei diffusori. Le perdite di carico complessive del circuito più sfavorito DP tot si calcolano sommando le perdite di carico distribuite DP d e quelle concentrate DP c che si originano lungo esso: D P DP d DP c DP diff DP UTA (Pa) DP = perdita di carico totale del circuito più sfavorito (Pa); DP d = perdite di carico distribuite (Pa); DP c = perdite di carico concentrate (Pa); DP diff = perdite di carico dovute ai diffusori (Pa); DP UTA = perdite di carico nell unità di trattamento aria (Pa). 62

20 63 Calcolo delle perdite di carico totali del circuito La perdita di carico distribuita si calcola diversamente a seconda del metodo di dimensionamento adottato per il circuito. Perdita di carico costante: si moltiplica la lunghezza del circuito più sfavorito per il valore costante dato alla perdita di carico continua unitaria DP d,unit : ΔP = L ΔP d,unit (Pa)

21 64 Calcolo delle perdite di carico totali del circuito Le perdite di carico concentrate DP c del circuito più sfavorito, si calcolano mediante la seguente relazione: DP n 2 v c j j j 1 n = numero di discontinuità; j = coefficiente delle perdite localizzate della j-esima discontinuità; = densità dell aria in condizioni standard (kg/m 3 ); v j = velocità dell aria nella j-esima discontinuità (m/s). 2

22 65 Valori del coefficiente delle perdite localizzate nelle canalizzazioni dell aria TIPO CARATTERISTICHE ALLARGAMENTO DI SEZIONE CAMBIAMENTO DI DIREZIONE CONFLUENZA O DIRAMAZIONE BATTERIE DI SCAMBIO TERMICO BOCCHETTE E GRIGLIE * in questo caso dipende dalla velocità dell aria lenta variazione a mezzo divergente 0 brusca variazione di A1 e A2 * angolo=90, canale circolare o quadrato 1.5 angolo=90, canale rettangolare 2 angolo=90 arrotondato 1 angolo= angolo=90, r/d<5 (r=raggio del raccordo, D=diametro equivalente) 0.3 angolo=90, r/d>5 (r=raggio del raccordo, D=diametro equivalente) 0 canale deviato di diametro D con raccordo 1.5 canale non deviato di diametro d=d 1 canale non deviato di diametro d >1.5 D 0.7 canale non deviato di diametro d >2 D 0.4 canale non deviato di diametro d >3 D 0.2 canale non deviato di diametro d >4 D 0 confluenza o diramazione a T 3 confluenza o diramazione raccordata 1 per rango 3.5 con sezione libera uguale a quella del canale 2 rapporto sezione libera/sezione canale =

23 Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - M.Romagna 66 Calcolo delle perdite di carico totali del circuito Le perdite di carico localizzate DP diff che si verificano in corrispondenza dei diffusori sono fornite dai costruttori nelle schede tecniche. Altre perdite di carico concentrate (DP UTA ) sono riscontrate anche all interno dell UTA, per le quali in tabella si riportano alcuni valori indicativi. Queste assumono, in genere, valori rilevanti, forniti dagli stessi costruttori dei componenti. Valori approssimati delle cadute di pressione all interno dell UTA DISCONTINUITA CAMERA DI MISCELA FILTRI PIANI FILTRI AD ANGOLO FILTRI A RULLO FILTRI A TASCHE SEZIONE UMIDIFICANTE SEPARATORE DI GOCCE FILTRI ASSOLUTI BATTERIE DI RISCALDAMENTO BATTERIE DI RAFFREDDAMENTO CADUTA DI PRESSIONE (Pa) 20 Pa 60 Pa 40 Pa 50 Pa 80 Pa 20 Pa 30 Pa 500 Pa 25 Pa per rango 70 Pa (2 ranghi) 80 Pa (3 ranghi) 100 Pa (4 ranghi) 140 Pa (6 ranghi)