PSICROMERIA (riciai) Liio de Santoli, Francesco Mancini Uniersità La Saienza di Roa liio.desantoli@uniroa.it francesco.ancini@uniroa.it www.eelus.it www.ingenergia.it
Introduzione L aria ce ci circonda è una iscela di ari coonenti, alcuni allo stato di g, altri allo stato di aore. ra i coonenti gsosi, i coonenti rinciali sono l azoto e l ossigeno, entre il aore acqueo è il rinciale coonente allo stato di aore. Coonente % Peso % Volue Ossigeno O,88,99 Azoto N 7,68 78, Argon Ar,96,9 Anidride Carbonica CO,6, Idrogeno H e altri g,, Il contenuto di g nell aria atosferica è ressocé costante; er questo otio, è ossibile definire aria secca un g le cui caratteristice sono ottenute esando oortunaente le caratteristice dei g in essa contenuti. Diersaente, la quantità di aore acqueo resente nell aria uò ariare noteolente, rianendo counque in iccole roorzioni. La iscela di aria secca e aore d acqua è detta aria uida. Lo studio delle trforazioni terodinaice dell aria uida costituisce l oggetto della sicroetria. F. Mancini, Saienza Uniersità di Roa
Pressione di aore e ressione di saturazione Per le considerazioni riguardanti la cliatizzazione, isti i alori di teeratura e ressione, l aria uida uò essere trattata coe una iscela di due g erfetti: aria secca e aore d acqua. La ressione atosferica, er la legge di Dalton, è ertanto soa delle ressioni arziali dell aria secca e del aore d acqua. G A eeratura Volue V Pressione A A V = n A R G B eeratura Volue V Pressione B B V = n B R Miscela (G A+ G B) eeratura Volue V Pressione = A + B n = n A + n B V = nr La ressione arziale del aore diende dal contenuto di aore d acqua nell aria A artire da una sa di aria secca, aggiungendo aore, la ressione arziale del aore tende ad auentare fino ad arriare alla ressione di saturazione. In queste condizioni, l aria uida si dice satura e non è iù in grado di accogliere aore d acqua. La ressione di saturazione aria in funzione della teeratura ed è crescente con questa; al crescere della teeratura, cresce la caacità dell aria di contenere aore d acqua. Il legae tra ressione di saturazione e teeratura è esresso attraerso tabelle o funzioni interolanti. F. Mancini, Saienza Uniersità di Roa
Grandezze caratteristice dell aria uida Uidità secifica (o titolo) è il raorto fra la sa di aore d acqua e quella di aria secca. Il grado igroetrico è il raorto fra la sa di aore contenuta in una sa di aria uida ad una data teeratura e la quantità sia di aore ce si arebbe in condizioni di saturazione alla stessa teeratura. Se esresso in ercentuale è detto uidità relatia (UR)., sat sat Entalia secifica è il raorto tra l entalia dell aria uida e la sa di aria secca. H au H H H au c, r c, r c c r c c,,,, c, r
Diagraa sicroetrico Lo stato fisico di un sistea coe l aria uida, costituito da due coonenti e da una sola fe, è descritto da tre coordinate terodinaice (regola delle fi): sono necessarie tre ariabili indiendenti er deterinarne lo stato. uttaia, nelle alicazioni inerenti la cliatizzazione, la ressione riane costante (è una ariabile ce di fatto non aria, con ariazioni olto liitate legate alle condizioni atosferice), selificando sia la deterinazione dello stato sia la sua raresentazione. DIAGRAMMA PSICROMERICO EMPERAURE NORMALI Pressione baroetrica. Pa LIVELLO DEL MARE Entalia secifica [kj/kg] - - - - 6 6 7 7 8 8 9 9 % 9% 8% 7% eeratura [ C] 6% % % % % % Uidità secifica [g/kg]
6 Equazioni di bilancio er le trforazioni dell aria Le dierse trforazioni dell aria uida ossono essere sceatizzate considerando un sistea aerto in cui: - entrano o escono ortate d aria; - entrano o escono ortate d acqua; - entrano o escono otenze terice. La ortata in sa di acqua uò essere allo stato di aore o allo stato liquido; uò essere trortata all interno dell aria uida oure uò essere iessa o sottratta da sola. La otenza terica uò essere trortata dall aria uida oure uò essere iessa o sottratta direttaente. u u i i u L u u i i i u L L u u i i i Q
Q Riscaldaento dell aria uida Q Entalia secifica [kj/kg] - - - - 6 6 7 7 8 8 9 9 % 9% 8% 7% eeratura [ C] 6% % % % % % Uidità secifica [g/kg] Q Q uidità secifica costante entalia crescente teeratura crescente uidità relatia decrescente Può essere realizzato in ari odi: con una serentina in cui scorre acqua calda, con una resistenza elettrica, con il condensatore di una oa di calore. Per cedere calore all aria le sorgenti indicate deono aere una teeratura aggiore di quella dell aria. Maggiore è la differenza di teeratura tra le sorgenti e l aria, aggiore è la facilità con cui si realizzerà lo scabio terico.
Raffreddaento dell aria uida Q Entalia secifica [kj/kg] - - - - 6 6 7 7 8 8 9 9 % 9% 8% 7% eeratura [ C] 6% % % % % % Uidità secifica [g/kg] Q Q uidità secifica costante entalia decrescente teeratura decrescente uidità relatia crescente Valido fintanto ce l uidità relatia non raggiunge il alore del %, ossia fintanto ce l aria non raggiunge la condizione di saturazione. In tale condizione, la ressione del aore uguaglia la ressione di saturazione a quella teeratura; un ulteriore sottrazione di calore rooca congiuntaente una diinuzione di teeratura ed una condensazione di arte del aore acqueo contenuto nell aria.
Raffreddaento (con deuidificazione) Q L Entalia secifica [kj/kg] - - - - L R 6 6 7 7 8 8 9 9 Q L L % 9% 8% 7% eeratura [ C] 6% L % % Q uidità secifica decrescente entalia decrescente teeratura decrescente UR=% Con o senza deuidificazione, uò essere realizzato in ari odi: con una serentina in cui scorre acqua fredda, con l eaoratore di una oa di calore. Per sottrarre calore all aria le sorgenti indicate deono aere una teeratura inore di quella dell aria. Maggiore è la differenza di teeratura tra le sorgenti e l aria, aggiore è la facilità con cui si realizzerà lo scabio terico. % % % Uidità secifica [g/kg] eeratura di rugiada: teeratura alla quale inizia la condensazione del aore d acqua quando si ione all aria uida un raffreddaento. Il unto corrisondente (R) sul diagraa sicroetrico è detto unto di rugiada.
Uidificazione adiabatica dell aria uida L Entalia secifica [kj/kg] - - - - L SA 6 6 7 7 8 8 9 9 L L % 9% 8% eeratura [ C] 7% 6% % % eeratura di saturazione adiabatica: la teeratura raggiunta da una iscela di aria uida ortata a saturazione attraerso un rocesso di uidificazione adiabatica (unto SA sul diagraa) entalia costante uidità secifica crescente uidità relatia crescente teeratura decrescente L uidificazione adiabatica dell aria uò essere realizzata in ari odi: con ugelli in serie er la nebulizzazione fine dell acqua, con acci in cellulosa ibeuti di acqua, con teste atoizzatrici Le accine er l uidificazione ossono funzionare con acqua a erdere oure ossono essere dotate di oe di ricircolo. % % % Uidità secifica [g/kg] L c r c r c r
Uidificazione a aore dell aria uida Entalia secifica [kj/kg] - - - - V 6 6 7 7 8 8 9 9 % 9% 8% 7% eeratura [ C] c r c r r c, 6% % % teeratura costante uidità secifica crescente uidità relatia crescente entalia crescente L uidificazione a aore detta ance isotera uò essere realizzata con lance su cui sono ontati ugelli ce iettono il aore nell aria. Il aore uò essere generato er ia elettrica, er cobustione o utilizzando altre fonti di calore; la generazione del aore uò essere locale o reota. % % % Uidità secifica [g/kg] iù costosa dell uidificazione adiabatica; iiego liitato a situazioni in cui siano ricieste recisione del trattaento e alta urezza del aore (osedali, laboratori).
Miscelazione adiabatica di due ortate di aria uida Entalia secifica [kj/kg] - - - - 6 6 7 7 8 8 9 9 % 9% 8% 7% eeratura [ C] 6% % % % % % Uidità secifica [g/kg] ortata soa condizioni finali interedie La iscelazione adiabatica uò essere realizzato con una accina detta caera di iscela, costituita seliceente da un bo unito di serrande er controllare le ortate d aria.
Recuero di calore (sensibile o totale) Condizioni finali interedie Il rendiento diende dalla configurazione geoetrica della suerficie di scabio e dalle sue caratteristice di ereabilità al aore ed al calore Maggiore è il rendiento, iù le caratteristice in uscita di una ortata d aria si aicinano alle caratteristice in entrata dell altra ortata. Entalia secifica [kj/kg] Uidità secifica [g/kg] eeratura [ C] - - - - 6 6 7 7 8 8 9 9 % 9% 8% 7% 6% % % % % % r c r c r c r c c c in in L in in c c c c S
Ciclo inernale e ciclo estio dei trattaenti dell aria Benessere teroigroetrico funzione di teeratura, uidità relatia e qualità dell aria. Iianto di cliatizzazione sere a antenere i alori ottiali di tali grandezze. Per aere la giusta qualità dell aria è necessario entilare con aria releata dall esterno. L aria esterna si troa a alori di teeratura e di uidità lontani dalla condizione di cofort ricercata, sia nella stagione inernale, sia nella stagione estia. E in Entalia secifica [kj/kg] A in - - - - 6 6 7 7 8 8 9 9 A est % 9% 8% E est 7% eeratura [ C] 6% % % % % % Uidità secifica [g/kg]
Ciclo inernale e ciclo estio dei trattaenti dell aria Inerno: re-riscaldaento, uidificazione adiabatica, ost-riscaldaento Estate: raffreddaento con deuidificazione e ost-riscaldaento Sono oiaente ossibili arianti alle successioni indicate, er le iù sariate esigenze Senza carici sensibili da controllare Senza carici latenti da controllare C Entalia secifica [kj/kg] D S in B E in - - - - 6 6 7 7 8 8 9 9 S est A in % 9% 8% A est 7% eeratura [ C] 6% E est % % % % % Uidità secifica [g/kg]
Ciclo inernale e ciclo estio dei trattaenti dell aria Inerno: re-riscaldaento, uidificazione adiabatica, ost-riscaldaento Estate: raffreddaento con deuidificazione e ost-riscaldaento Senza carici sensibili da controllare Con carici latenti da controllare C Entalia secifica [kj/kg] D B A in S in E in - - - - 6 6 7 7 8 8 9 9 % 9% 8% A est S est 7% eeratura [ C] 6% E est % % % % % Uidità secifica [g/kg]
Unità di trattaento aria (eseio) Ventilatore di riresa Silenziatore Filtro iano Esulsione aria Presa aria esterna + - + Riresa Silenziatore Mandata Filtro iano Filtro a tce Batteria di re-riscaldaento Sezione di uidificazione Ventilatore di andata Batteria di ost-riscaldaento Batteria di raffreddaento Searatore di gocce Maccina er il trattaento dell aria esterna Può essere aggiunto un recueratore di calore
Ciclo inernale e ciclo estio dei trattaenti dell aria Inerno: re-riscaldaento, uidificazione adiabatica, ost-riscaldaento Estate: raffreddaento con deuidificazione e ost-riscaldaento Con carici sensibili da controllare Con carici latenti da controllare - - E in C Entalia secifica [kj/kg] D 6 6 7 7 8 8 9 9 S est A in B % 9% 8% - - A est I in 7% eeratura [ C] 6% E est % % % % % Uidità secifica [g/kg]
Ciclo inernale e ciclo estio dei trattaenti dell aria Inerno: re-riscaldaento, uidificazione adiabatica, ost-riscaldaento Estate: raffreddaento con deuidificazione e ost-riscaldaento Con carici sensibili da controllare Con carici latenti da controllare Con ricircolo dell aria - - E in C M in Entalia secifica [kj/kg] D 6 6 7 7 8 8 9 9 B S est A in % 9% 8% A est I in M est - - 7% eeratura [ C] 6% E est % % % % % Uidità secifica [g/kg]
Unità di trattaento aria (eseio) Caera di iscela Ventilatore di riresa Silenziatore Filtro iano Esulsione aria Presa aria esterna + - + Riresa Silenziatore Mandata Filtro iano Filtro a tce Batteria di re-riscaldaento Sezione di uidificazione Ventilatore di andata Batteria di ost-riscaldaento Batteria di raffreddaento Searatore di gocce Maccina er il trattaento dell aria con ricircolo Può essere aggiunto un recueratore di calore