IMPIANTI DI CLIMATIZZAZIONE

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1 IMPIANTI DI CLIMATIZZAZIONE Livio de Santoli, Francesco Mancini Università La Saienza di Roa

2 Introduzione 2 Progettazione finalizzata al raggiungiento del cofort abientale, inteso coe cofort terico, igroetrico e nei confronti della qualità dell aria. Cofort terico o controllo della teeratura in inverno ed in estate o un sistea iiantistico deve coensare il carico terico sensibile invernale ed estivo Cofort igroetrico o controllo dell uidità relativa dell abiente in inverno e in estate o un sistea iiantistico deve coensare il carico terico latente invernale ed estivo Cofort nei confronti della qualità dell aria o Controllo della concentrazione degli inquinanti sia nella stagione invernale, sia nella stagione estiva o diluire la roduzione locale di inquinanti con aria iù ulita, con un sistea iiantistico o attraverso un sistea di ventilazione naturale.

3 Classificazione e definizioni (UNI 10339) 3 riscaldnto - realizzazione e anteniento siultaneo negli abienti delle condizioni teriche liitatnte alla stagione invernale raffrescnto - realizzazione e anteniento siultaneo negli abienti delle condizioni teriche liitatnte alla stagione estiva ventilazione - realizzazione e anteniento siultaneo negli abienti delle condizioni di qualità e oviento dell aria corese entro i liiti richiesti er il benessere delle ersone; risetto alla cliatizzazione, è escluso il controllo terico ed, eventualente, il controllo igroetrico teroventilazione - realizzazione e anteniento siultaneo negli abienti delle condizioni teriche, di qualità e oviento dell aria corese entro i liiti richiesti er il benessere delle ersone; risetto alla cliatizzazione è escluso il controllo igroetrico cliatizzazione - realizzazione e anteniento siultaneo negli abienti delle condizioni teriche, igroetriche, di qualità e oviento dell aria corese entro i liiti richiesti er il benessere delle ersone

4 Classificazione e definizioni (UNI 10339) 4 Denoinazione Inverno Estate T UR IA T UR IA Riscaldnto x Raffrescnto x - - Ventilazione - - x - - x Teroventilazione x - x x - x Teroventilazione invernale x - x Teroventilazione estiva x - x Cliatizzazione x x x x x x Cliatizzazione invernale x x x Cliatizzazione estiva x x x

5 Iianti di riscaldnto e raffrescnto Riscaldnto: realizzare ed a antenere la teeratura in inverno Raffrescnto: realizzare ed a antenere la teeratura in estate 5 H,nd C,nd H,i C,i H, i H, nd C, i C, nd, ax Iianti autonoi o centralizzati Produzione del calore (caldaia, gruo frigo, oa di calore, ecc.) Distribuzione Regolazione Terinali di eissione Radiatori (solo riscaldnto) Pannelli radianti (riscaldnto e raffrescnto) Ventilconvettori (riscaldnto e raffrescnto) Slit (riscaldnto e raffrescnto)

6 Iianti di ventilazione Controllo della qualità dell aria, che si realizza inviando in abiente il giusto quantitativo di aria esterna ( ) 6 Ventilatore di iissione Ventilatore di estrazione Per iccoli locali, si otranno avere iianti dotati di solo ventilatore installato a arete o ontato su una finestra Il ventilatore otrà essere di iissione o di estrazione dell aria; il bilancinto delle ortate si avrà er esfiltrazione o er infiltrazione dagli infissi o la soluzione con ventilatore di estrazione è da referire er abienti che si vogliano antenere in deressione, coe, ad eseio, i servizi igienici o in alcune situazioni, uò essere utile installare sia un ventilatore di iissione, sia un ventilatore di estrazione

7 Iianti di ventilazione 7 Per ortate alte, la configurazione degli infissi non consente il bilancinto delle ortate; conviene installare sia un iianto di iissione, sia un iianto di estrazione Sebbene l iianto sia reosto alla sola ventilazione, er non alterare troo il bilancio terico degli abienti, si uò installare un recueratore di calore

8 Iianti di ventilazione 8 Mandata Riresa (80-90%) Per antenere l edificio in sovraressione risetto all esterno, l iianto di estrazione dovrà relevare dagli abienti una ortata di aria inferiore a quella iessa. Solitnte, l aria estratta è ari all 80-90% dell aria iessa. Tale raorto deve essere risettato sia er l edificio nel suo colesso, sia, con una aggiore flessibilità, er i singoli abienti o er singole zone dell edificio: ciò consentirà di evitare fastidiose correnti d aria tra un abiente e l altro. WC Mandata Riresa Esulsione ri ex (80-90%)

9 Iianti di teroventilazione Teroventilazione: controllo della qualità dell aria e della teeratura Variante igliorativa dell iianto di ventilazione uasi sere si ha solo teroventilazione invernale: una acchina (teroventilatore) er la ventilazione ed il riscaldnto dell aria utilizzata coe fluido terovettore. 9 tot c T S H,nd tot c T A tot c TS tot c TA H, nd I due schei sono da sovraorre er arrivare ad un solo valore della ortata d aria ( oure tot ) La seconda equazione ha due incognite ( tot e T S )

10 Iianti di teroventilazione 10 Si rocede er tentativi Prio tentativo: si fissa un valore assio della teeratura di iissione, con una differenza non sueriore a 10 C risetto alla teeratura dell abiente, onendo quindi T S = T A +10 Si calcola tot tot c T H, nd S T A Si confronta tot con A seconda del risultato del confronto si avranno soluzioni diverse

11 Iianti di teroventilazione 11 Se tot, significa che la ortata er il controllo della qualità dell aria è anche sufficiente al controllo del carico terico Si rocede con il ricalcolo dell equazione di bilancio della otenza sostituendo tot con e considerando la teeratura T S coe incognita. T S T RISC A H, nd c c T S T Entalia secifica [kj/kgas] A inv E inv E % 90% 80% S 70% Teeratura [ C] 60% 50% 40% 30% 20% 10% Uidità secifica [gv/kgas]

12 Iianti di teroventilazione 12 Nel caso in cui < tot, l iianto dovrà necessarinte trattare la ortata tot. Si otrà scegliere se relevare er intero la ortata tot dall esterno o ricircolare una arte dell aria riresa dagli abienti ( ric = tot - ) H, nd TS TA TA 10 c tot tot c T S ric H,nd tot c T A Potenza batteria Senza ricircolo Con ricircolo T M ric c T A tot ric c c T E RISC tot c T S T E RISC tot c T S T M

13 Iianti di cliatizzazione ad aria riaria e ventilconvettori 13 Gli iianti ad aria riaria e ventilconvettori, anche definiti iianti isti, sono costituiti da unità di trattnto dell aria esterna (aria riaria) e da unità terinali di trattnto di singoli abienti o zone (ventilconvettori). L unità di trattnto aria, attraverso una rete di canalizzazioni, invia l aria esterna, trattata dal unto di vista teroigroetrico, alle unità terinali che rovvedono alla diffusione in abiente. All iissione di aria è affidato il coito di controllare la qualità dell aria e l uidità relativa Il ventilconvettore, collegato ad una rete di tubazioni er la distribuzione dell acqua, rovvede alla coensazione dei carichi terici Soluzione iiegata laddove ci sia la necessità di: o controllo locale e ersonalizzabile della teeratura abiente o er quelle destinazioni d uso caratterizzate da carichi terici elevati in raorto alla ortata d aria necessaria alla qualità dell aria

14 Iianti di cliatizzazione ad aria riaria e ventilconvettori 14 x S v x A xs v x A Il controllo dell uidità relativa si realizza coensando con l iissione di aria esterna la roduzione locale di vaore. La ortata di aria esterna è la stessa iiegata er garantire la qualità dell aria L aria iessa deve avere un valore di uidità secifica iù basso del valore desiderato in abiente. Il bilancio vale, sia er la stagione invernale, sia er la stagione estiva, con l avvertenza di inserire dati congruenti. x S x A v

15 Iianti di cliatizzazione ad aria riaria e ventilconvettori Per il controllo della teeratura, in inverno ed in estate, sono installati ventilconvettori idonei, in caratteristiche e nuero, alla coensazione del carico terico invernale ed estivo L iissione dell aria esterna e la sua successiva estrazione non dovranno avere alcun effetto sul bilancio terico dell abiente 15 c T S c TS H, vent c TA H, nd H,nd H,vent H, nd H, vent TS T A c T A c T S C,nd c TS C, nd c TA C, vent C,vent c T A C, nd C, vent TS T A

16 Iianti di cliatizzazione ad aria riaria e ventilconvettori E inv B C C S inv S inv E est C D E est E est Entalia secifica [kj/kgas] B A inv S inv E inv D A est S est S est 100% 90% 80% 70% Teeratura [ C] 60% E est 50% S est 40% 30% 20% ax 10% Uidità secifica [gv/kgas] h PRE B he, inv RAFF POST, inv POST, est he, inv h hs, inv hs, est D h h 16 C D

17 Iianti di cliatizzazione ad aria riaria e ventilconvettori 17 x S xs xs x S T 1 T 2 T 3 Per ogni unità di trattnto aria, si ha la ossibilità di stabilire un solo unto di iissione con uidità secifica deterinata I valori di v e da inserire er il calcolo sono i valori totali di tutti gli abienti serviti dalla stessa UTA Il controllo di uidità relativa e qualità dell aria che si ottiene sarà da intendersi coe edio, riferito alla totalità degli abienti serviti Per il controllo della teeratura si otranno avere tanti unti di controllo quanti sono i ventilconvettori

18 Iianti di cliatizzazione a tutt aria 18 Gli iianti a tutt aria sono costituiti da una unità di trattnto dell aria che, attraverso una rete di canalizzazioni, invia l aria, oortunnte trattata dal unto di vista teroigroetrico, alle unità terinali che rovvedono alla diffusione in abiente All iissione di aria è affidato il coito di controllare la qualità dell aria, l uidità relativa e anche la teeratura Gli iianti ossono elaborare solo aria esterna ed in tal caso sono detti a tutt aria esterna oure ossono revedere il ricircolo dell aria ed in tal caso sono detti a tutt aria con ricircolo uesta soluzione viene couneente iiegata: o laddove ci sia la necessità di elevate ortate d aria o er abienti ad uso collettivo (sale conferenze, cinea, teatri, ecc..) o er quelle destinazioni d uso caratterizzate da carichi terici bassi in raorto alla ortata d aria necessaria alla qualità dell aria.

19 Iianti di cliatizzazione a tutt aria 19 x S v x A xs v x A Il controllo dell uidità relativa si realizza coensando con l iissione di aria esterna la roduzione locale di vaore. La ortata di aria esterna è la stessa iiegata er garantire la qualità dell aria L aria iessa deve avere un valore di uidità secifica iù basso del valore desiderato in abiente. Il bilancio vale, sia er la stagione invernale, sia er la stagione estiva, con l avvertenza di inserire dati congruenti. x S x A v

20 Iianti di cliatizzazione a tutt aria 20 tot c T S tot, inv c TS, inv tot, inv c TA, inv H, nd H,nd H, nd tot, inv c TS, inv TA, inv tot c T A tot c T S tot, est c TS, est C, nd tot, est c TA, est C,nd C, nd tot, est c TA, est TS, est tot c T A Il carico terico dell abiente uò essere coensato grazie all iissione di aria, in inverno a teeratura (T S ) iù alta della teeratura abiente (T A ) ed in estate a teeratura iù bassa. Le equazioni resentano ognuna due incognite ( tot e T S ) È necessario ertanto rocedere alla loro soluzione er tentativi

21 Iianti di cliatizzazione a tutt aria 21 Prio tentativo: si fissa un valore assio della teeratura di iissione, con una differenza non sueriore a 10 C risetto alla teeratura dell abiente: o T S,inv = T A,inv +10 in inverno o T S,est = T A,est -10 in estate tot, inv tot, est c c T T S, inv H, nd A, est C, nd T T A, inv S, est La ortata d aria er il controllo della teeratura è stabilita in base alla condizione iù gravosa (quella con il carico terico aggiore) Sia tot la aggiore tra tot,inv e tot,est Iianto er il controllo congiunto di qualità dell aria, uidità relativa e teeratura Confronto tra la ortata d aria er il controllo di qualità dell aria e uidità relativa ( ) con la ortata d aria er il controllo della teeratura ( tot ). tot si avranno iianti a tutt aria esterna < tot si avranno iianti a tutt aria con ricircolo, sebbene si ossa ancora scegliere di realizzare un iianto a tutt aria esterna

22 Iianti a tutt aria esterna 22 > tot la ortata er il controllo della qualità dell aria è sufficiente anche er il controllo del carico terico l iianto deve trattare la ortata x T S, inv S, inv x A, inv T A, inv H, nd v c x S, est T S, est x A, est T A, est C, nd v c T T S est A, est T, A, est c 0 riflessioni sulla teeratura del unto di iissione nella stagione estiva Tutti i calcoli hanno considerato il valore assio del carico estivo; tuttavia, otrà accadere che nella stagione estiva ci siano oenti di carico inferiore e oenti di carico anche nullo (si ensi ad una giornata iovosa o ad una notte di giugno).

23 Iianti a tutt aria esterna 23 E inv B C C S inv S inv E est C D E est S est E est Entalia secifica [kj/kgas] B A inv D A est S est,0 E inv S inv S est 100% 90% 80% 70% Teeratura [ C] 60% E est 50% S est 40% 30% 20% ax 10% Uidità secifica [gv/kgas] h PRE B he, inv RAFF POST, inv POST, est he, inv h hs, inv hs, est, 0 D h C h D

24 Iianti a tutt aria con ricircolo 24 < tot la ortata er il controllo della qualità dell aria è inore della ortata er il controllo del carico terico l iianto deve trattare la ortata tot Possibilità di scegliere: o relevare er intero la ortata tot dall abiente esterno o ricircolare una quota arte dell aria riresa dagli abienti ( ric = tot ). Nel rio caso, l iianto è ancora a tutt aria esterna e valgono tutte le considerazioni esoste in recedenza, con la sola avvertenza di considerare tot in luogo di.

25 Iianti a tutt aria con ricircolo 25 tot c T S ric H,nd C,nd tot c T A ric x T S, inv S, inv x A, inv T A, inv H, nd tot v tot c x S, est T S, est x A, est T A, est C, nd tot v tot c T T S est A, est T, A, est tot c 0 Per il calcolo dell uidità secifica vale quanto già visto Per il calcolo della teeratura vale quanto già visto considerando la ortata tot

26 Iianti a tutt aria con ricircolo 26 Punto di iscela M x h M M ax x h E E C Entalia secifica [kj/kgas] D B S est A est A inv S est,0 M inv E inv h PRE B he, inv tot tot RAFF ric ric POST, inv POST, est x h A A he, inv h hs, inv hs, est, 0 D h C h D S inv 100% 90% 80% 70% E est M est Teeratura [ C] 60% 50% 40% 30% Risario RISP, PRE 20% h 10% tot M, inv h Uidità secifica [gv/kgas] RISP, RAFF tot he hm, est E

27 Iianti a tutt aria x S,T S xs,ts xs,ts 27 x S,T S Tutte le funzioni di controllo (T, UR, IA) affidate all unità di trattnto aria Per ogni UTA si uò stabilire un solo unto di iissione I valori di v, o tot, H,nd e C,nd da inserire er il calcolo sono i valori totali di tutti gli abienti serviti dalla stessa UTA Il controllo di T, UR, IA che si ottiene sarà ertanto da intendersi coe edio, riferito alla totalità degli abienti serviti La riartizione delle ortate sarà effettuata in funzione dell esigenza di controllare la T (coe di solito), oure la IA oure l UR Possono esserci er qualche abiente scostnti anche iortanti risetto al valore di rogetto un iianto a tutt aria uò servire con efficacia soltanto un iccolo nuero di abienti con caratteristiche oogenee

28 Iianti a tutt aria ultizona 28 x S x S x S x S x S,T 1 x S,T 2 x S,T 3 Per suerare le difficoltà descritte di controllo congiunto dei artri abientali, gli iianti a tutt aria ossono essere del tio ultizona Si ha una ria arte di trattnti in coune all interno dell UTA, entre i trattnti di ostriscaldnto sono secifici er l abiente (o er la zona) e sono realizzati in rossiità dell iissione dell aria in abiente Le batterie all interno dell UTA sono diensionate er la ortata di tutti gli abienti Le batterie di ostriscaldnto locali sono diensionate ognuna er la roria ortata, calcolata sulla base dei carichi terici dell abiente servito (o della zona servita).

29 Eleenti di risario energetico 29 Al ricabio di aria sono associati iortanti consui energetici Se sono resenti sistei di ventilazione eccanica controllata, è rescritto (D.P.R. 412/93) l iiego di aarecchiature er il recuero del calore se la ortata dell aria di ricabio ed il nuero di ore annue di funzionnto sono sueriori ai valori riortati in tabella Portata [ 3 nuero di ore annue di funzionnto /h] da 1400 a 2100 gradi giorno oltre 2100 gradi giorno