IMPIANTI DI CLIMATIZZAZIONE SCHEMI DI PRINCIPIO Livio de Santoli, Francesco Mancini, Marco Cecconi Università La Sapienza di Roma livio.desantoli@uniroma1.it francesco.mancini@uniroma1.it www.eeplus.it www.ingenergia.it
Schema 1 2 La configurazione più semplice di un impianto idronico è quella che prevede un unico generatore di calore (o gruppo frigorifero), collegato ad un unico circuito di distribuzione, con una sola utenza. Un utenza è un insieme di terminali caratterizzati dalle stesse condizioni di funzionamento in termini di temperature di esercizio. P U - eneratore P - Pompa di circolazione U - Utenza Attraverso il generatore di calore, viene trasferita potenza termica al fluido termovettore acqua; la pompa di circolazione provvede alla circolazione dell acqua all interno delle tubazioni; attraverso i terminali di erogazione il calore è ceduto all utilizzatore finale (aria ambiente, aria che circola in una unità di trattamento aria, acqua di un serbatoio di accumulo, ecc.).
Schema 2 3 Può capitare, per ragioni legate alla distribuzione del fluido termovettore, che, in alcuni punti, si abbia la necessità di separare le tubazioni di utenze diverse; in tal caso si può ricorrere a dei collettori di distribuzione (di mandata e di ripresa), attraverso i quali si ha lo smistamento del fluido termovettore alle diverse utenze. P - eneratore P - Pompa di circolazione - Collettore di mandata - Collettore di ritorno Lo schema è leggermente più complesso del precedente, ma può consentire una ottimizzazione dei percorsi ed una minimizzazione della massa delle tubazioni. Per un corretto funzionamento, in questo schema, le due utenze devono poter operare con le stesse temperature di mandata e ritorno.
Schema 3 Se le diverse utenze presentano caratteristiche non troppo omogenee dal punto di vista del funzionamento è preferibile utilizzare schemi via via più complessi. Può accadere che due utenze abbiano orari di funzionamento diversi, oppure che siano localizzate in diverse zone dell edificio. La mancata contemporaneità delle utenze consente di limitare la circolazione del fluido termovettore alla sola utenza interessata. La diversa localizzazione all interno dell edificio porta a circuiti di distribuzione di lunghezza diversa, con perdite di carico diverse. 4 - eneratore P P - Pompa primaria P P - Pompa secondaria - Pompa secondaria - Collettore di mandata - Collettore di ritorno In Figura è rappresentato un circuito idraulico in cui si ha una circolazione primaria ed una circolazione secondaria del fluido termovettore.
Schema 3 La circolazione primaria è innescata dalla pompa di circolazione primaria (PP) e porta il fluido termovettore dal generatore al collettore di mandata, da qui al collettore di ritorno e da qui al generatore. 5 - eneratore P P - Pompa primaria P P - Pompa secondaria - Pompa secondaria - Collettore di mandata - Collettore di ritorno La circolazione secondaria è innescata dalle pompe di circolazione secondarie (PS1 e PS2) e porta il fluido termovettore dal collettore di mandata all utenza e da qui al collettore di ritorno. La portata d acqua che realizza la circolazione secondaria è prelevata dalla circolazione primaria attraverso il collettore di mandata e confluisce nuovamente nella circolazione primaria attraverso il collettore secondario. È importante che la somma delle portate secondarie sia inferiore alla portata primaria, per evitare un riflusso di acqua dal collettore di ripresa al collettore di mandata.
Schema 4 In molte circostanze, per seguire più fedelmente le richieste di potenza termica da parte delle utenze (la potenza generata deve essere pari alla potenza resa dai terminali alle utenze), può essere utile suddividere la generazione su più macchine, funzionanti in parallelo. È utile osservare che, per un corretto funzionamento, i generatori devono poter operare con le stesse temperature di mandata e ritorno. Esempio con due generatori in parallelo; per ogni generatore è presente una pompa primaria: per basse richieste di potenza termica, funziona un solo generatore, con la sua pompa di circolazione; per alte richieste di potenza termica, funzionano entrambi i generatori, con le rispettive pompe di circolazione. 6 1 P P1 2 P P2 1 - eneratore 2 - eneratore P P1 - Pompa primaria P P2 - Pompa primaria - Pompa secondaria - Pompa secondaria - Collettore di mandata - Collettore di ritorno
Schema 4 I collettori di mandata e di ripresa possono anche essere realizzati in due tronchi, per un più agevole posizionamento delle apparecchiature 7 P S P P1 P P2 1 2 P S
Schema 5 La Figura riporta una variante dello Schema 3, con introduzione di una valvola di regolazione. 8 AB A B V R - eneratore P P - Pompa primaria - Pompa secondaria - Pompa secondaria P P - Collettore di mandata - Collettore di ritorno V R - Valvola di regolazione La valvola di regolazione dello schema è anche detta valvola a tre vie motorizzata, in ragione della sua costituzione; in questo caso due vie sono di accesso (A e B) e una via è di uscita (AB); il fluido termovettore può entrare sia dalla via A, sia dalla via B; il quantitativo di fluido che entra dalla via A o dalla via B è stabilito dalla posizione di un organo interno alla valvola, comandato dal motore della valvola stessa.
Schema 5 AB A B V R - eneratore P P - Pompa primaria - Pompa secondaria 9 P P - Pompa secondaria - Collettore di mandata - Collettore di ritorno V R - Valvola di regolazione L introduzione della valvola di regolazione offre la possibilità di far funzionare le due utenze con temperature diverse; più precisamente, l utenza U1, grazie all azione della valvola di regolazione, può operare con temperature diverse da quelle imposte dal generatore: se attraverso il collettore di mandata si sta distribuendo potenza termica, la valvola consente all utenza U1 di operare con una temperatura di mandata più bassa di quella del collettore di mandata; se attraverso il collettore di mandata si sta distribuendo potenza frigorifera, la valvola consente all utenza U1 di operare con una temperatura di mandata più alta di quella del collettore di mandata. L azione di regolazione della valvola è comandata da un sensore che rileva una grandezza caratteristica del circuito dell utenza U1 (ad esempio una temperatura). In funzione della misura effettuata, il sensore invia un segnale di comando al motore della valvola di regolazione, che apre la via A oppure la via B a seconda del comando ricevuto.
Schema 6 10 Nel descrivere gli elementi terminali di impianto, si è visto come alcuni di essi possano avere un funzionamento promiscuo (ad esempio i ventilconvettori o i pannelli radianti), potendo funzionare come terminali di erogazione del calore se percorsi da acqua calda o di erogazione del freddo se percorsi da acqua fredda. U 1 1 U 2 1 AB B V C A P P1 1 2 B A AB V C 1 - ruppo frigorifero P P1 - Pompa primaria - Pompa secondaria - Pompa secondaria promiscua caldo/freddo solo freddo V C - Valvola di commutazione P P2 P S3 P S4 2 2 2 - eneratore di calore P P2 - Pompa primaria P S3 - Pompa secondaria P S4 - Pompa secondaria U 3 - Utenza solo caldo U 4 - Utenza solo caldo U 4 U 3 Un esempio di circuito è rappresentato in Figura, dove l utenza U1 è di tipo promiscuo caldo/freddo; sulla tubazione di mandata e sulla tubazione di ritorno sono montate due valvole a tre vie di commutazione (VC): in inverno è aperta la via di ingresso A delle due valvole e la via di uscita AB; in tal modo l utenza U1 è collegata al collettore di mandata del fluido termovettore caldo; in estate è aperta la via di ingresso B delle due valvole e la via di uscita AB; in tal modo l utenza U1 è collegata al collettore di mandata del fluido termovettore freddo