1 Impianti di Climatizzazione e Condizionamento IMPIANTI DI CONDIZIONAMENTO: CRITERI DI PROGETTO
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); retet di distribuzione ib i dell acqua; condizionatore (o UTA) per il trattamento dell aria primaria; centralel termica e fi frigorifera. if
TRATTAMENTI DELL ARIA Per mantenere le condizioni di progetto occorre introdurre una portata d aria in grado di compensare il carico termico e igrometrico e garantire un adeguata qualità dell aria interna. La portata d aria di progetto, prima di essere immessa in ambiente, subisce dei trattamenti nell UTA, al fine di ottenere condizioni di immissione idonee al controllo delle variabili ambientali. La portata d aria di progetto, può essere in parte ricircolata; occorre comunque garantire una portata d aria daria esterna pari almeno a quella necessaria per le esigenze di purezza, pertanto la portata di ricircolo può essere al massimo pari a: g r = G g(p) (m 3 /h) Negli impianti misti, la portata d aria daria primaria coincide quasi sempre con quella necessaria a garantire il comfort, in genere non si effettua ricircolo. Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 3
4 Impianti a tutt aria CASO ESTIVO Condizioni esterne di progetto (punto E): T E = 34 C e Ф E = 50%; Condizioni interne (T A = 26 C ± 1 C e Ф A = 50% ± 10%) Trasformazioni E-R E : raffreddamento e umidità specifica costante, (batteria di raffreddamento aria-acqua refrigerata, con R E è il punto di rugiada di E; R E -R I : raffreddamento con deumidificazione, realizzabile nella stessa batteria di raffreddamento, dove R I è il punto di rugiada del punto di immissione; R I -I: post-riscaldamento a umidità specifica costante, realizzabile in una batteria di riscaldamento aria-acqua calda. Il valore minimo della temperatura di immissione dell aria è 16 C, (valori inferiori potrebbero indurre discomfort); l umidità lumidità specifica alla quale l aria laria è immessa è la minima consentita (punto K), così da compensare i contributi presenti in ambiente.
5 Impianti a tutt aria CASO ESTIVO
6 Impianti a tutt aria CASO ESTIVO In presenza di ricircolo, l aria è immessa nel condizionatore nelle condizioni del punto M, la cui posizione sul segmento congiungente le condizioni rappresentative dell aria esterna E e dell aria interna A è individuata mediante la seguente relazione: con MA = ME g(p) g(p) = portata necessaria a garantire la purezza; gr : la portata di ricircolo. g r Rispetto alla situazione con tutta aria esterna, la trasformazione E-R E diventa M-R M, la R E -R I diventa R M -R I, con notevole risparmio energetico nella batteria di raffreddamento.
7 Impianti a tutt aria CASO INVERNALE Condizioni esterne di progetto, T E = 0 C e Ф E = 80%; Condizioni interne (T A = 20 C ± 1 C e Ф A = 50% ± 10%) Trasformazioni E-P: pre-riscaldamento a umidità specifica costante, realizzabile in una batteria di riscaldamento aria-acqua calda; P-RI: umidificazione i adiabatica, realizzabile in un apposito umidificatore; Ri-I: post-riscaldamento a umidità specifica costante, realizzabile in una successiva batteria di post-riscaldamento aria-acqua calda.
8 Impianti a tutt aria CASO INVERNALE Miscela effettuata prima dell ingresso nel condizionatore
9 In presenza di ricircolo si possono avere due situazioni: a)miscela effettuata prima dell ingresso nel condizionatore: la trasformazione E-P diventa M-P, mentre la P-R I diventa P -R I. In estate non è soggetto ad alcuna limitazione, in inverno può dare luogo ad incertezze nel controllo dell umidità relativa, poiché può risultare X RI > X K (punto M a destra della isoentalpica P R I ), anche annullando il pre-riscaldamento (il che richiederebbe per assurdo una successiva deumidificazione). A questo inconveniente si può ovviare aumentando la portata d aria esterna, in modo da riportare X M a valori tali per cui risulti X RI <X K ; in inverno, pertanto, si dovrebbe operare con una portata d aria esterna maggiore che in estate;
10 b) miscela effettuata dopo il preriscaldamento in questo caso l umidificazione adiabatica sarà solo parziale, non si raggiungerà cioè la saturazione (punto RI) e la trasformazione si muoverà da P a P, per poi proseguire da P fino al punto M. Il punto P risulta dalla g(p) e da gr, imponendo XM=XI e che i punti P e P abbiano lo stesso valore di entalpia (hp=hp ). I punti M e P possono essere determinati considerando che: (h (h P ' hm) g(p) M h A (X (X X ) = g P' X M ) g(p) M A ) = r g r Questo schema può rappresentare un alternativa a quello precedente, per non aumentare la portata d aria daria esterna.
11 Impianti a tutt aria CASO INVERNALE Miscela effettuata dopo pre-riscaldamento e umidificazione Il punto P risulta dalla g(p) e da gr, imponendo XM=XI e che i punti P e P abbiano lo stesso valore di entalpia (hp=hp ). (h (h P' M h h M A ) ) = g(p) g r (X (X P' M X X M A ) ) = g(p) g r
12 CASO ESTIVO Impianti misti aria-acqua L aria primaria è trattata centralmente in un condizionatore dove nel caso estivo è sottoposta alle seguenti trasformazioni: E-R E: raffreddamento a umidità specifica costante; R E -R I : raffreddamento con deumidificazione; RR I -I: post-riscaldamento t ad umidità specifica costante. t L aria è distribuita nelle condizioni del punto I: umidità specifica minima ammessa e temperatura 16 C. L aria ambiente è raffreddata a umidità specifica costante, passando attraverso la batteria del ventilconvettore: nel passaggio all interno di esso la temperatura dell aria può essere regolata agendo sulla portata d acqua che circola nella batteria o sulla velocità del ventilatore; le condizioni o di introduzione o possono o essere e rappresentate a e da tutti i punti compresi tra gli stati R 1 ed A.
13 Impianti misti aria-acqua CASO ESTIVO Aria primaria ventilconvettore
Impianti misti aria-acqua CASO INVERNALE L aria primaria subisce le seguenti trasformazioni: E-P: pre-riscaldamento ad umidità specifica costante; P-R I: umidificazione adiabatica fino alla temperatura di saturazione; R I -K: post-riscaldamento ad umidità specifica costante. L aria ambiente è riscaldata a titolo costante, attraverso la batteria del ventilconvettore, secondo la trasformazione AN. Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 14
15 Impianti misti aria-acqua CASO INVERNALE L introduzione di aria primaria alla temperatura T RI in posizione diversa da quella in cui è posto il ventilconvettore, può creare problemi di disuniformità all interno dell ambiente In questi casi è consigliabile il postriscaldamento invernale dell aria primaria, che viene introdotta in ventilconvettore condizioni neutre, ovvero: T A (trasformazione R I -K) o comunque in I a destra di K. Aria primaria
CALCOLO DELLA PORTATA D ARIA DI PROGETTO Impianti a tutt aria Portate necessarie al controllo della temperatura: Qte g = Q e(t) (kg/s) ti g (T) = γ u ( TAe TIemin ) i γ ( T T ) u Iimax Ai (kg/s) g e Q te γ u =portata d'aria da introdurre in estate (kg/s) per il controllo della temperatura; =valore del carico termico estivo massimo contemporaneo (kw); =calore specifico a pressione costante dell'aria introdotta (kj/kg C); T Iemin =temperatura minima ammissibile del punto d'introduzione estivo ( C); T Ae =temperatura di progetto estiva dell'ambiente ( C); g i =portata d'aria da introdurre in inverno (kg/s) per il controllo della temperatura; Q ti =valore del carico termico invernale massimo contemporaneo (kw); T Iimax =temperatura massima ammissibile del punto di introduzione invernale ( C), generalmente 32 34 C; =temperatura di progetto invernale dell'ambiente ( C). T Ai Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 16
17 CALCOLO DELLA PORTATA D ARIA DI PROGETTO Portate per il controllo dell umidità: g we ge ( φ ) = (kg/s) X X ( ) Ae max Ie min g wi g i ( φ ) = (kg/s) X X ( ) Ai max Ii min g e (Φ) = e portata d'aria da introdurre in estate per il controllo dell umidità relativa; g we = portata di vapore acqueo complessivamente prodotta in estate (g/s); X Aemax = umidità specifica massima dell'aria ambiente in estate (g/kg); X Iemin = umidità specifica minima dell'aria introdotta in estate (g/kg); g i (Φ) = i portata d'aria da introdurre in inverno per il controllo dell umidità relativa (kg/s); g wi = portata di vapor d'acqua complessivamente prodotta in inverno (g/s). X Aimax = Aimax X Iimin = umidità specifica massima dell'aria ambiente in inverno (g/kg); umidità specifica minima dell'aria introdotta in inverno (g/kg);
Per il controllo della purezza si adottano le metodologie di calcolo della g(p), scegliendo tra l approccio prescrittivo e quello prestazionale. La portata di progetto dell impianto di condizionamento è data da quella massima: G = max (g e (T), g i (T), g e (Φ), g i (Φ), g(p)) (kg/s) Frequentemente il valore massimo è assunto dal termine g e (T) (a volte g i (T)). La portata t massima di ricircolo ii è fornita dalla relazione vista it in precedenza, la portata pari a g(p) deve essere comunque immessa dall esterno per il rinnovo. La portata d aria g r si trova già nelle condizioni di temperatura e umidità relativa desiderate nell ambiente pertanto, in miscela con l aria esterna, consente un considerevole risparmio energetico, specialmente nei locali poco affollati, in cui G» g(p). g r = 0, l impianto si dice a tutt aria esterna r Nel caso in cui la differenza tra g e (T) e g i (T) sia notevole, si può pensare all adozione di un ventilatore a doppia velocità, per fornire nominalmente la portata di progetto estiva e ridurla durante la stagione invernale. Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 18
19 CALCOLO DELLA PORTATA D ARIA DI PROGETTO Impianti misti aria-acqua acqua G=max(g(Φ) e (Φ), g(φ) i (Φ), g(p)) (kg/s) Il valore massimo generalmente è assunto dalla portata g(p) La rete di canali è progettata come per gli impianti a tutt aria: in questo caso, però, la portata di ricircolo ii è sempre nulla in quanto l aria esterna deve servire per il rinnovo; pertanto non è presente alcuna rete di ripresa.
TERMINALI DI IMMISSIONE DELL ARIA La diffusione dell aria deve realizzare i seguenti scopi: compensare i carichi termici estivi o invernali del singolo locale; rinnovare l aria ambiente e diluire gli odori per mezzo di un corretto apporto di aria esterna; mantenere i gradienti di temperatura sul piano verticale e sul piano orizzontale entro i limiti fissati dalle norme; raccogliere il pulviscolo in sospensione nel locale e trascinarlo verso gli elementi di ripresa; mantenere un livello sonoro entro i limiti richiesti. I principali i modelli di distribuzione ib i dell aria possono essere ricondotti a tre: 1) distribuzione a flusso turbolento; 2) distribuzione a dislocazione; 3) distribuzione a flusso laminare orizzontale o verticale. Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 20
21 DEFINIZIONI 1) Terminali di distribuzione a flusso turbolento velocità di uscita: per le bocchette rettangolari tradizionali, si intende la velocità valutata sull area frontale lorda della bocchetta; nel caso di anemostati o comunque di dispositivi nei quali sia difficilmenteil identificabile una precisa direzionei nella quale misurare la velocità di uscita, si fa riferimento alla velocità media sul collo. La velocità iniziale resta costante solo in una parte centrale (indisturbata) del getto, detta dardo, di forma pressoché piramidale nel caso di bocchette rettangolari lancio: la distanza alla quale la velocità massima dell'aria lungo l asse del getto, per effetto dell'allargamento del getto stesso e del mescolamento con aria ambiente, si è ridotta ad un valore predefinito, V m, in condizioni d'isotermia con l'ambiente. Ogni dispositivo di immissione deve coprire una certa porzione dell'ambiente, raggiungendo con il suo lancio le zone più lontane con una velocità finale massima V 0m fissata usualmente in 0.4 m/s;quello che interessa è il lancio L 0, valutato nel punto ove si raggiunge la V 0m. In realtà questo criterio di valutazione di L 0 è assai cautelativo: infatti si potrebbe fare riferimento alla velocità limite di 0.4 m/s considerata nella zona occupata dalle persone e non lungo l asse del getto, che generalmente è ben più in alto.
22 DEFINIZIONI 1) Terminali di distribuzione a flusso turbolento rapporto di induzione: l'aria laria immessa con una certa velocità trascina nel suo movimento anche parte dell'aria ambiente, così che in ogni punto del getto si ha una portata totale in movimento G t superiore a quella G i dellasolaariaimmessa; in ogni punto del getto si definisce i il rapporto d'induzioned i come: I=G t /G i L'induzione è legata alla velocità del getto ed al suo sviluppo perimetrale; pertanto i dispositivi ad elevato rapporto di induzione possono essere del tipo ad ugelli (alta velocità) o a sviluppo lineare (alto perimetro) o comunque conformati in modo tale da generare eaeampie pe zone di richiamo dell'aria a circostante; cos caduta: nella realtà l'aria immessa è più calda o più fredda di quella ambiente; tale differenza di temperatura determina nel primo caso una tendenza naturale del getto ad innalzarsi, nel secondo ad abbassarsi. Ad ogni distanza dal punto d immissione, ovvero ad ogni valore del lancio, si può quindi definire la caduta come la distanza (positiva o negativa) fra la quota dell asse del getto nel punto in esame e la quota del punto d immissione: la caduta alla quale si fa generalmente riferimento è comunque quella corrispondente al lancio L 0 ;
23 DEFINIZIONI 1) Terminali di distribuzione a flusso turbolento temperatura finale del lancio: per effetto dell'induzione induzione, in condizioni di non isotermia, la temperatura dell'aria miscelata si avvicina a quella dell'ambiente; in corrispondenza del lancio L 0 si ha la temperatura finale del lancio T 0 ; effetto soffitto (o Coanda): quando una bocchetta di immissione si trova in vicinanza del soffitto (distanza <30 cm), il getto tende ad aderire ad esso per depressione; tale fenomeno, provoca un allungamento del lancio e contemporaneamente una diminuzione della caduta. Occorre perciò accertarsi, nella consultazione dei cataloghi dei costruttori, se lancio e caduta sono forniti in presenza o meno di effetto soffitto.
24 Tipologia di terminale Caratteristiche Bocchette a parete ad alette o ugelli Presentano costi bassi e offrono una maggiore facilità di installazione rispetto ad altri terminali. Di contro presentano limiti nel trattamento dei carichi termici di alta densità e nell uniformità di diffusione dell aria in locali di una certa ampiezza. Diffusori a soffitto Sono del tipo circolare, quadrato o rettangolare, a coni concentrici o forellati. Presentano buone capacità nel trattamento dei carichi termici, anche elevati, e offrono caratteristiche apprezzabili di diffusione dell aria. Essi comportano spesso la necessità di prevedere un controsoffitto, anche se l installazione a vista è sempre più in uso, soprattutto nei locali commerciali. Diffusori da pavimento Si installano nel pavimento galleggiante e possono essere di vari tipi: elementi rettangolari, circolari a flusso spiraliforme, ecc.. Diffusori da sottopoltrona Si installano al di sotto delle poltrone in sale teatrali e assicurano un flusso d aria dal basso verso l alto, a velocità molto contenute, che avvolge la persona seduta, controllandone il microclima e asportandone con continuità gli effluenti emessi.
25 1) Terminali di distribuzione a flusso turbolento Tipologia di terminale Velocità di uscita (m/s) Rapporto di induzione Lancio (m) Posizionamento Parete Soffitto Pavimento Bocchette ad alette 2 8 2 4 < 6 SI SI SI Diffusori a coni 1.2 4 3 8 < 6 SI SI NO Diffusori spiroidali 2 6 4 12 < 6 SI SI SI Diffusori lineari 2 6 4 12 < 2 NO SI NO Ugelli 4-20 5 50 fino a 12 SI NO SI
2) Terminali per la distribuzione a dislocamento Tutti gli altri tipi di terminali funzionano sul principio della miscelazione, in questi invece, il flusso d aria è continuo e realizza una zona pulita al di sotto di un certo strato limite. L aria, se più calda, è spostata verso l alto dal flusso entrante e ulteriormente accelerata dalle correnti convettive create dalle sorgenti termiche localizzate pertanto tende a raccogliersi nella parte prossima al soffitto, dalla quale può essere aspirata dai terminali di ripresa. Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti Bassa velocità di introduzione dell aria (0.2 0.4 m/s). Differenza di temperatura modesta (massimo 6 7 C) rispetto alle condizioni richieste nella zona occupata. La zona di influenza di un terminale può avere un raggio da 2 3 m fino a 7 8 m. 26
27 3) Terminali di distribuzione a flusso laminare orizzontale o verticale. Con i sistemi a flusso laminare è possibile ottenere un elevato grado di purezza dell'aria ambiente equindi una forte riduzione i degli inquinanti. i La riduzione è ottenuta per spostamento fisico dell'aria inquinata, alla quale va a sostituirsi aria trattata, con un meccanismo ad effetto pistone realizzato ricorrendo a distribuzioni del tipo a flusso unidirezionale laminare, ovvero a bassa turbolenza. L aria è immessa daun'intera parete, munita di elementi filtrantiti HEPA, con velocità uniforme di circa 0.4-0.5 m/s, e mantenuta tale fino alla parete opposta, da cui avviene l'estrazione. Applicazioni tipiche: alcune lavorazioni dell industria farmaceutica, elettronica ed alimentare, reparti ospedalieri. i
28 3) Terminali di distribuzione a flusso laminare orizzontale o verticale. Travi fredde: si tratta di un sistema distributivo dell aria di recente introduzione sul mercato; si possono distinguere travi fredde a funzionamento passivo ea funzionamento attivo. Le prime si prestano al solo regime di raffreddamento, sono costituite da una batteria alettata, integrata in un controsoffitto ed alimentata da acqua refrigerata a temperatura sufficientemente elevata da evitare la formazione di condensa; si genera un moto convettivo naturale attraverso la batteria, richiamando aria ambiente più calda dalle feritoie di cui il controsoffitto deve essere dotato. Le seconde, di impiego più esteso (anche per riscaldamento), sfruttano l apporto di aria primaria che fuoriesce da appositi ugelli per ottenere il trascinamento (induzione) dell aria ambiente attraverso la batteria di scambio;
3) Terminali di distribuzione a flusso laminare orizzontale o verticale. CanaliC in tessuto, t permeabili o forellati: anche in questo caso sono di introduzione recente sul mercato; la sezione dei canali, circolare o semicircolare, in fase di alimentazione è riempita dall aria aria in pressione mentre, a riposo, si svuota. I canali permeabili, non molto diffusi, realizzano un campo di moto dell aria sostanzialmente a dislocamento, con bassissima velocità di uscita e senza induzione. Si prestano ad applicazioni per il raffreddamento, poiché l introduzione di aria calda ne determinerebbe una stratificazione tifi i al di sopra del canale. II canali forellati realizzano un campo di moto dell aria turbolento, ad elevato grado di induzione; sono adatti all impiego sia in regime invernale che estivo. Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 29
30 Applicazioni dei terminali di immissione dell aria AMBIENTI DI ALTEZZA FINO A 3.5 m AMBIENTI DI MEDIA O GRANDE ALTEZZA Applicazioni i i normali Applicazioni con elevati carichi termici Sale operatorie Camere sterili (bianche) Applicazioni industriali Teatri e auditorium Impianti sportivi bocchette a parete diffusori a soffitto a coni concentrici o a effetto spiroidale diffusorii linearii ugelli a lancio profondo travi fredde diffusori ad effetto spiroidale a pavimento diffusori a soffitto (spiroidale o a pannello forato) terminali a flusso laminare o misto flusso laminare da parete o da soffitto diffusori a soffitto a effetto spiroidale ugelli a lancio profondo canali forellati diffusori ad effetto spiroidale a pavimento e sottopoltrona diffusori a soffitto a effetto spiroidale ugelli a lunga gittata diffusori a soffitto a effetto spiroidale ugelli a lunga gittata canali forellati
31 Forma: quadrata orettangolare Griglie ed elementi di ripresa Materiali: acciaio o alluminio anodizzato Alette: orizzontali inclinate di 45 con passo di 30, 50 o 100 mm Dimensioni (b x h): in generale da 400 x 300 mm fino a 1000 x 800 mm. Attraverso porte: griglie di transito, con una particolare alettatura che impedisce il passaggio della luce; sono dotate di controtelai per un'idonea finitura e per adattarsi a diversi spessori di porta. Materiali: alluminio, acciaio stampato e verniciato, inox. Dimensioni standard (b x h): da 300 x 100 mm a 600 x 300 mm. A soffitto: stesso aspetto esteriore dei diffusori, ma privi degli eventuali dispositivi di regolazione. La loro posizione deve essere prevista in modo tale che essi non risultino entro la gittata dei diffusori stessi, per evitare interferenze e cortocircuitazione dell aria.
32 Dimensionamento dei terminali di immissione dell aria Dopo aver determinato la portata d aria di progetto in ciascun ambiente, è necessario stabilire il numero e il tipo dei terminali di immissione (bocchette o diffusori) i) per ciascun localel o zona, ponendo attenzione ad alcuni fattori: 1. velocità di mandata dell aria, soprattutto in relazione al livello sonoro; 2. perdita di carico al terminale, in quanto perdite di carico eccessive riducono la pressione statica disponibile al ventilatore e possono compromettere la corretta distribuzione dell aria; 3. posizione dei carichi termici in ambiente: il flusso di aria deve essere diretto in modo da compensare e neutralizzare fonti localizzate di calore; 4. gittata o raggio di diffusione, scegliendo terminali con gittate pari a 0.75 volte la lunghezza dell ambiente, considerando che al termine della gittata la velocità dell aria è ancora sufficiente per provocare un ulteriore diffusione, anche per effetto dei moti convettivi; 5. posizione degli elementi di ripresa dell aria.
Bocchette di mandata Costituiscono i il più vecchio sistema di diffusione i dell aria. Nelle prime applicazioni esse erano dotate di alette per la distribuzione dell aria di tipo fisso; successivamente le alette divennero mobili e in seguito ancora le bocchette furono dotate di due serie di alette mobili ortogonali tra loro, per consentire una migliore distribuzione dell aria in ambiente. La sezione effettiva di passaggio dell aria attraverso una bocchetta è minore di quella geometrica, a causa della presenza delle alette e della contrazione dei filetti fluidi; è correlata alla sezione geometrica mediante la seguente relazione A K( eff = A geom (m 2 ) A =area 2 eff della sezione effettiva (m ); A geom =area della sezione geometrica (m 2 ); K =fattore di contrazione, funzione della forma geometrica dell aletta, che può assumere i valori K = 0.7 0.9 per la mandata, K = 0.5 0.8 per la ripresa. Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 33
34 Bocchette di mandata La sezione effettiva influenza la velocità effettiva di lancio; infatti, se ci si riferisce i alla sezione geometrica, ti lavelocità finale del lancio può risultare minore anche del 25 30 % rispetto a quella effettiva. Dimensionamento A partire dalla portata d aria che deve essere immessa in ambiente, si definisce, un valore della velocità di efflusso mediante il quale si calcola la sezione effettiva degli elementi terminali; dalla sezione effettiva, mediante la si determina la sezione geometrica che, a seconda del valore che assume, potrà tàessere assegnata ad un'unica bocchetta o suddivisa tra un congruonumerodibocchette, in modo che l aria introdotta sia uniformemente distribuita in ambiente.
35 Bocchette di mandata APPLICAZIONE VELOCITA (m/s) Teatri 2.5 3.8 Cinema 5.0 6.0 Uffici 2.5 5.0 Abitazioni, camere d albergo 2.5 3.8 Edifici industriali 7.5 10.0 Magazzini 7.5 Studi radiofonici e televisivi 1.5 2.5 Velocità (m/s) di efflusso raccomandate per diverse applicazioni Per ottenere un buon effetto soffitto: bordo superiore della bocchetta 300 mm dal soffitto; per i diffusori, l inclinazione del getto 40 rispetto all orizzontale; la velocità effettiva di lancio 2 m/s.
Bocchette di mandata Quando per ragioni architettoniche o logistiche occorre prevedere una installazione delle bocchette con lancio in campo libero, senza cioè effetto Coanda, il dimensionamentoi deve essere effettuato t in base ai diagrammi (forniti dai costruttori) che riportano lo scostamento verso l alto lalto e verso il basso rispetto all asse asse orizzontale teorico di lancio; dagli stessi diagrammi è possibile trarre informazioni anche sulle effettive velocità di efflusso e sulle relative portate. Alcuni tipi di bocchette offrono la possibilità di migliorare le condizioni di comfort allargando l angolo di lancio, sia in senso verticale che orizzontale, grazie alla mobilità delle alette; anche in questo caso occorre disporre di diagrammi o coefficienti di correzione per valutare la variazione dei parametri di lancio al variare dell angolo di divergenza delle alette. Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 36
Griglie di ripresa o transito In ciascun locale o zona si deve stabilire se installare una sola o più griglie di ripresa o transito, a seconda della portata d aria da estrarre. Dimensionamento - la velocità dell aria massima ammissibile nella zona occupata dalle persone; - la perdita di carico massima ammissibile per il passaggio dell aria; - il rumore prodotto. Il dimensionamento si effettua con le stesse modalità descritte per le bocchette di mandata. L aria si muove verso le griglie di ripresa da tutte le direzioni, cosicché la velocità della stessa si riduce sensibilmente con la distanza; c è la possibilità che si formino correnti fastidiose, ma tale pericolo è limitato al caso di persone in prossimità delle griglie stesse (in questo caso la velocità di attraversamento non deve superare 1.5 m/s). Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 37
38 Griglie di ripresa o transito Una tipica configurazione è quella di effettuare la mandata dell aria mediante bocchette poste in alto e la ripresa mediante bocchette poste in basso, dal lato opposto, in modo tale che il flusso d aria daria interessi tutto l ambiente. APPLICAZIONE Griglie di ripresa VELOCITA (m/s) Ambienti industriali > 4.0 Ambienti residenziali 2.0 Ambienti commerciali: sopra la zona occupata entro la zona occupata, lontano da posti a sedere entro la zona occupata, vicino ai posti a sedere Griglie di transito 4.0 3.5 1.5 Pressione statica a monte di 60 Pa 1.5 Pressione statica a monte di 12.5 Pa 2.0 Pressione statica a monte di 25.0 Pa 2.5 Velocità massima dell aria (m/s) attraverso le griglie di ripresa e di transito
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 ib i il più possibile uniforme dell aria trattata, tt t e limitando dispersioni di calore ed infiltrazioni lungo tutti i percorsi; - limitarei la propagazione di rumori evibrazioni i i 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, ità quali cambiamenti di direzione, i di sezione, ecc.. Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 39
40 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 i 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.
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). Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 41
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); ambiente); canali di aspirazione (con flusso diretto verso un ventilatore); canali di espulsione (nei quali la direzionei del flusso va da un ventilatore verso l aria atmosferica). Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 42
43 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.
44 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. CONDOTTE DI MANDATA Impianti commerciali a) a bassa velocità fino a 10 m/s (normalmente compresa tra 5 e 8) e residenziali b) ad alta velocità oltre 10 m/s Impianti industriali a) a bassa velocità b) ad alta velocità fino a 12 m/s (normalmente compresa tra 7 e 12) oltre 12 m/s CONDOTTE DI RIPRESA Impianti commerciali e a) a bassa velocità fino a 9 m/s (normalmente compresa tra 4.5 e 7) residenziali Impianti industriali a) a bassa velocità fino a 10 m/s (normalmente compresa tra 5 e 9)
45 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 2.5 8 10 Condotti principali 3.5-4.5 5-6.5 6-12 Condotti secondari 3 4 5 Bocchette di mandata 3-5 4-7 4-7 Bocchette di estrazione 1-2 1-2 1-5 Prese d aria esterna 2.5 2.5 2.5 Griglie di espulsione 4 4 5 Velocità massime consigliate nei canali dell aria a bassa velocità (m/s)
Classificazione dei canali di distribuzione dell aria In funzione dei valori di pressione raggiungibili al loro interno, i canali per la distribuzione dell aria possono essere classificati in: - bassa pressione, fino a 900 Pa (classe I); - media pressione, da 900 a 1700 Pa (classe II); - alta pressione, da 1700 a 3000 Pa (classe III). Vl Valori riferiti iti alla pressione totale t (tti (statica e dinamica) i necessaria a vincere le perdite di carico. Materiali Devono possedere le seguenti caratteristiche: - basso valore del coefficiente di scabrezza per le pareti interne, per limitare l entità delle perdite di carico dovute ad attrito; - elevata resistenza meccanica; - resistenza all invecchiamento ed all usura; - basso grado di igroscopicità; - incombustibilità (o scarsa attitudine alla propagazione della fiamma), - inerzia chimica e scarsa attitudine alla produzione di muffe e odori. Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 46
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 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 i perdite di carico rispetto ai canali rigidi; di solito sono realizzati in alluminio o PVC. Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 47
48 Caratteristiche costruttive dei canali 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).
49 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. 1e2sonoapplicati 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.
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. Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 50
51 1. Metodo a perdita di carico costante
52 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) 0.625 ( ) a (mm) a b De 1.3 150 200 250 300 350 400 450 500 ( a + b ) 0. 25 250 210 244 273 300 228 266 299 328 350 245 286 322 354 362 400 260 304 343 371 408 437 450 274 321 363 399 433 463 491 500 287 337 381 426 455 488 518 546 550 299 351 397 439 476 511 543 573 600 310 365 413 457 496 533 566 598 650 321 378 428 474 515 553 588 622 700 331 390 443 490 533 573 610 644 750 340 402 456 505 550 591 630 666 800 350 413 469 520 566 610 649 686 850 359 424 482 534 582 626 667 706 900 367 434 494 548 583 643 685 725 950 375 444 505 560 611 658 702 744 1000 383 454 517 573 625 674 719 761 = (mm)
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 ti t determinati. ti Occorre verificare che i valori di velocità così ottenutiti 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. Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 53
54 2. Metodo a riduzione di velocità Si usa quando si impone un controllo della velocità e della rumorosità dell impianto impianto, degli ingombri e dei costi, quando la velocità dell aria è troppo bassa oppure per facilitare la regolazione delle portate quando è elevata. Nota la portata d aria in ogni tratto di canale, si individua il circuito più sfavorito; si assegna un valore della velocità dell aria al tratto immediatamente a valle del ventilatore di mandata e poi, empiricamente, valori via via inferiori di questa ai tratti successivi; si determina per ogni tratto il diametro equivalente e la perdita di carico unitaria mediante un grafico del tipo di quello precedente. Essendo imposte le velocità, le perdite di carico determinate variano da tratto a tratto.
3. Metodo a recupero di pressione statica Adatto per impianti ad alta velocità, si basa sul principio per il quale a ciascuna riduzione di portata nelle diramazioni di un canale corrisponde una riduzione di velocità, che dà luogo alla conversione di pressione dinamica in pressione statica. L incremento di pressione statica può essere sfruttato per vincere le perdite di carico del tratto di canale successivo alla diramazione. Se tutto il circuito è dimensionato sfruttando tale principio, si può realizzare un sistema di distribuzione dell aria bilanciato, nel quale le perdite di carico saranno compensate dall aumento di pressione statica. Si dimensiona il circuito più sfavorito, assegnando al tratto finale un valore della velocità compatibile con le prestazioni del diffusore e con i livelli di rumorosità e procedendo a ritroso fino al tratto iniziale del circuito, immediatamente a valle del ventilatore. Per i circuiti deviati si procede analogamente al metodo a perdita di carico costante, procedendo dal tratto iniziale verso valle. Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 55
56 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 ΔP tot si calcolano sommando le perdite di carico distribuite ΔP d e quelle concentrate ΔP c che si originano lungo esso: Δ P = ΔP d + ΔP c + ΔP diff + ΔP UTA (Pa) ΔP = perdita di carico totale del circuito più sfavorito (Pa); ΔP d = perdite di carico distribuite (Pa); ΔP c = perdite di carico concentrate (Pa); ΔP diff = perdite di carico dovute ai diffusori (Pa); ΔP UTA = perdite di carico nell unità di trattamento aria (Pa).
57 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 ΔP d unit : P = L P d,unit (Pa) d,unit A riduzione di velocità: si sommano le perdite di carico continue che competono ai singoli tratti del circuito più gravoso, ΔP d,i (tenendo conto che ΔP d,i, per il tratto i-esimo, è pari al prodotto della lunghezza L i del tronco considerato per la perdita di carico unitaria ricavata per esso ΔP d,unit-i ): ΔP d = n ΔP i= 1 d,unit i L i (Pa)
Calcolo delle perdite di carico totali del circuito A recupero di pressione statica: poiché nei tratti successivi alla prima derivazione le perdite di carico sono compensate dall aumento della pressione statica, la perdita di carico distribuita ΔP d lungo il circuito più sfavorito è solo da quella che si genera nel tratto compreso tra il ventilatore e la prima diramazione. Si calcola moltiplicando la lunghezza di detto tratto per il valore della perdita unitaria ad esso relativa. Le perdite di carico concentrate ΔP c del circuito più sfavorito, si calcolano mediante la seguente relazione: ΔP c = n ξ j=1 j ρ n =numero di discontinuità; ξ j =coefficiente delle perdite localizzate della j-esima discontinuità; ρ =densità dell aria in condizioni standard (kg/m 3 ); =velocità dell aria nella j-esima discontinuità (m/s). v j Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti v 2 j 2 58
59 Valori del coefficiente ξ delle perdite localizzate nelle canalizzazioni dell aria TIPO CARATTERISTICHE ξ ALLARGAMENTO DI lenta variazione a mezzo divergente 0 SEZIONE brusca variazione di A1 e A2 * angolo=90, canale circolare o quadrato 1.5 angolo=90, canale rettangolare 2 CAMBIAMENTO DI angolo=90 arrotondato 1 DIREZIONE angolo=135 0.5 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 07 0.7 CONFLUENZA O canale non deviato di diametro d >2 D 0.4 DIRAMAZIONE 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 BATTERIE DI SCAMBIO TERMICO per rango 3.5 BOCCHETTE E con sezione libera uguale a quella del canale 2 GRIGLIE rapporto sezione libera/sezione canale = 1.5 0.5 * in questo caso ξ dipende dalla velocità dell aria
60 Calcolo delle perdite di carico totali del circuito Le perdite di carico localizzateli ΔP diff che si verificano in corrispondenza dei diffusori sono fornite dai costruttori nelle schede tecniche. Altre perdite di carico concentrate (ΔP 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)