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UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI CAGLIARI FACOLTÁ DI INGEGNERIA E ARCHITETTURA
Laurea Magistrale in Archite>ura
L. I. di PROGETTAZIONE TECNICA E STRUTTURALE
Modulo Impianti a.a. 2012-2013 RAFFRESCAMENTO E CONDIZIONAMENTO DELL’ARIA Docente: Ing. ROBERTO RICCIU
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CLIMATIZZAZIONE: Indice
1. Tipologia e prestazioni;
2. Elementi costitutivi;
3. Integrazione nell’organismo edilizio
Ing. ROBERTO RICCIU -‐ Lezioni del L. I. di PROGETTAZIONE TECNICA E STRUTTURALE
modulo IMPIANTI a. a. 2012-‐2013
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CLIMATIZZAZIONE: definizione
Ing. ROBERTO RICCIU -‐ Lezioni del L. I. di PROGETTAZIONE TECNICA E STRUTTURALE
modulo IMPIANTI a. a. 2012-‐2013
Lo scopo degli impianti è garantire all’interno degli ambienti serviti adeguate condizioni termoigrometriche, consone alla destinazione d’uso e all’attività che vi si svolge. L’Impianti di condizionamento consente di effettuare il controllo dei parametri ambientali dell’aria interna agli ambienti sia nei regime invernale che estivo. I parametri sono: Temperatura, Umidità Relativa, Velocità e Indice di Qualità dell’Aria (IAQ)
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CLIMATIZZAZIONE: differenze tra le due tipologie d’impianto
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Generatore: Macchina frigorifera
Generatore: M a c c h i n a f r i g o r i f e r a a inversione di ciclo (o PdC) ed eventuale caldaia ausiliaria
Impianto di Raffrescamento Produce solo freddo (abbatte i carichi termici endogeni ed esogeni) m a n t i e n e c o s t a n t e l a temperatura dell’aria al valore di settaggio
Impianto di Climatizzazione Lavora sia nel regime di r a f f r e s c a m e n t o c h e riscaldamento (abbatte i carichi termici endogeni ed esogeni) m a n t i e n e c o s t a n t e l a temperatura, l’UR e la qualità dell’aria al valore di settaggio
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CLIMATIZZAZIONE: classificazione in base al fluido termovettore
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Gli impianti di climatizzazione si suddividono in base al fluido termovettore che essi utilizzano: • Impianti a tutt’aria
• Impianti a sola acqua
• Impianti ad aria/acqua
• Impianti misti ad espansione
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Centrali di produzione del freddo
CLIMATIZZAZIONE
𝐐↓𝐞
𝐖
La funzionalità termodinamica del frigorifero è quella di trasferire una quantità di calore Qe dalla sorgente fredda verso quella calda per mezzo del lavoro W fornito dall’esterno (energia elettrica)
𝐓↓𝐞
Il coefficiente di prestazione (E.E.R.), a differenza del rendimento termico può assumere anche valori maggiori di 1
residenza
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Centrali di produzione del freddo
CLIMATIZZAZIONE
𝐐↓𝐞
𝐖 𝐓↓𝐞 residenza
PdC e Ciclo di Carnot
Lato freddo Lato caldo evaporatore
condensatore
(EER) Coefficiente di prestazione frigorifera E.E.R.=Q↓e /Q↓c − Q↓e = Q↓e /W
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Centrali di produzione del freddo
CLIMATIZZAZIONE
𝐐↓𝐞
𝐖 𝐓↓𝐞 residenza
PdC e Ciclo di Carnot
Lato freddo Lato caldo
Rendimento teorico della PdC: E.E.R.=T↓e /T↓c − T↓e
Più grande è il gradiente termico delle riserve di calore e minore è il rendimento.
evaporatore
condensatore
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Centrali di produzione del freddo
CLIMATIZZAZIONE: impianti misti ad espansione
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SERBATOI CALDI
CLIMATIZZAZIONE: impianti misti ad espansione
ARIA ACQUA TERRENO
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CLIMATIZZAZIONE: impianti misti ad espansione
PdC aria – aria
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CLIMATIZZAZIONE: impianti misti ad espansione
PdC aria – acqua
Nel periodo estivo è possibile utilizzare la PdC aria/acqua in raffrescamento attivo con temperature aria esterna fino a 45°C.
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CLIMATIZZAZIONE: impianti misti ad espansione
PdC acqua – acqua
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CLIMATIZZAZIONE: impianti misti ad espansione
PdC terra – acqua o geotermiche
PdC a sonde geotermiche verticali PdC a sonde geotermiche orizzontali
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CLIMATIZZAZIONE: impianti misti ad espansione
PdC terra – acqua o geotermiche
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
40,0
1 34
67
100
133
166
199
232
265
298
331
364
397
430
463
496
529
562
595
628
661
694
727
DIAGRAMMA ANDAMENTO DELLE TEMPERATURE ORARIE DELL’ARIA ESTERNA PER LA LOCALITA’ DI
CAGLIARI NEL MESE DI AGOSTO T (°C)
tempo (h)
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CONDIZIONAMENTO
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POMPE DI CALORE
La pompa di calore è una macchina in grado di trasferire calore da un fluido a temperatura più bassa ad un altro a temperatura più alta.
In base al principio di funzionamento vi sono due tipi di pompe di calore: - elettriche, cioè funzionanti per mezzo di un compressore che funziona elettricamente; - ad assorbimento, funzionanti per mezzo di un bruciatore alimentato a gas metano o GPL. Questo sistema può essere integrato con il solare termico (solar cooling).
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POMPE DI CALORE ELETTRICHE
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CONDIZIONAMENTO
SCHEMA DEL CIRCUITO COSTITUITO DA:
- Compressore
- Condensatore
- Valvola di espansione
- Evaporatore
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CONDIZIONAMENTO
POMPE DI CALORE AD ASSORBIMENTO
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SCHEMA DEL CIRCUITO COSTITUITO DA:
- Generatore
- Assorbitore
- Condensatore
- Serie di restrittori
- Evaporatore
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CONDIZIONAMENTO
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POMPE DI CALORE AD ASSORBIMENTO SORGENTE FREDDA: Il mezzo esterno da cui si estrae calore è detto sorgente fredda. I tipi principali di sorgenti fredde sono: ARIA: aria dell’ambiente esterno → pompe aerotermiche ACQUA: di falda, di fiume, di lago quando è presente in prossimità dell’edificio → pompe idrotermiche TERRENO: nel quale vengono inserite le sonde geotermiche → pompe geotermiche
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CONDIZIONAMENTO
POMPE DI CALORE AD ASSORBIMENTO POZZO CALDO: Il mezzo a cui si cede il calore prodotto e recuperato è detto pozzo caldo e può essere ARIA o ACQUA. Le tipologie di pompe di calore in base a sorgente fredda/pozzo caldo sono: - ARIA - ARIA - ARIA - ACQUA - ACQUA - ARIA - ACQUA - ACQUA - TERRA - ACQUA
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CONDIZIONAMENTO
SOLAR COOLING
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Il solar cooling consiste nell’abbinamento di pannelli solari termici a una macchina frigorifera. La tecnologia del solar cooling permette di produrre freddo, sotto forma di acqua refrigerata o di aria condizionata, a partire da una sorgente di calore. .
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CONDIZIONAMENTO
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SOLAR COOLING A CIRCUITO CHIUSO Si realizzano con macchine ad assorbimento
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SOLAR COOLING A CIRCUITO APERTO
CONDIZIONAMENTO
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Si realizzano con sistemi DEC (Desiccant & Evaporative Cooling Systems), che combinano deumidificazione e raffreddamento evaporativo.
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CONDIZIONAMENTO
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RETI DI DISTRIBUZIONE – fluido termovettore acqua Per i sistemi che utilizzano l’acqua come fluido termovettore, le reti di distribuzione sono analoghe a quelle già viste durante le lezioni dedicate al RISCALDAMENTO:
M O N O T U B O AD ANELLO
MONOTUBO A SCALA
MONOTUBO A PIOGGIA
MONOTUBO IN PARALLELO
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CONDIZIONAMENTO
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RETI DI DISTRIBUZIONE – fluido termovettore acqua BITUBO IN PARALLELO
BITUBO CON M A N D A T A DAL BASSO
BITUBO CON R I T O R N O DALL’ALTO
BITUBO CON R I T O R N O INVERSO
B I T U B O A PIOGGIA
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CONDIZIONAMENTO
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modulo IMPIANTI a. a. 2012-‐2013
RETI DI DISTRIBUZIONE – fluido termovettore aria RETI AERAULICHE : sono costituite dall’insieme dei canali di distribuzione dell’aria e di tutte le apparecchiature utilizzate lungo i canali stessi per garantire le regolazione e la taratura della portata d’aria nonché l’attenuazione del rumore trasmesso e la prevenzione della propagazione del fuoco e del fumo.
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CONDIZIONAMENTO
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modulo IMPIANTI a. a. 2012-‐2013
UNITA’ TERMINALI – fluido termovettore acqua VENTILCONVETTORI – FAN COILS
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INSTALLAZIONE A SOFFITTO
CON RIPRESA DELL’ARIA DAL BASSO
CON RIPRESA DELL’ARIA DAL FRONTE
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Ing. ROBE
RTO RICCIU -‐ Lezioni del L. I. di PRO
GETTAZ
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CLIMATIZZAZIONE: impianti misti ad aria e acqua
La regolazione della temperatura avviene tramite delle sonde di temperatura in ambiente che mediante un regolatore modulano la portata dell’acqua nella batteria oppure la velocità del ventilatore. Gli impianti fan-coil possono essere a 2 o 4 tubi.
Criteri per l’installazione di mobiletti ventilconvettori in esecuzione orizzontale.
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CLIMATIZZAZIONE: impianti misti ad aria e acqua
Criteri per l’installazione di mobiletti ventilconvettori in esecuzione orizzontale.
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CONDIZIONAMENTO
UNITA’ TERMINALI – fluido termovettore acqua
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PANNELLI RADIANTI
A PARETE
A PAVIMENTO
A SOFFITTO
Premessa per garantire l'efficacia del sistema di raffrescamento a pannelli radianti è il controllo dell'umidità relativa dell'aria. Infatti, tanto più bassa è l'umidità relativa dell'aria ambiente, tanto minore è il punto di rugiada e quindi la temperatura alla quale può essere mantenuta la superficie del pavimento senza provocare fenomeni di condensazione ed, in ultima analisi, la potenza di refrigerazione dell'impianto. La deumidificazione dell'aria può essere effettuata utilizzando i deumidificatori o le unità di trattamento aria.
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CLIMATIZZAZIONE: impianti radianti
Impianti a soffitti radianti Combinano l’impianto d’aria primaria con pannelli dotati di tubazioni alimentati ad acqua calda e fredda posizionati a soffitto. I pannelli, controllano la temperatura. Le potenze di questi sistemi sono inferiori a quelle dei ventilconvettori.
Estate: Per evitare la formazione di condensa sulla superficie dei pannelli, questi devono essere alimentati da acqua a temperatura di 2°C al disopra del punto di rugiada dell’aria ambiente.
Inverno: Si sfrutta il potere radiante dei pannelli alimentati ad acqua calda a T > 45°C.
Immissione aria primaria attraverso diffusori posti a soffitto a parete o a pavimento
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CLIMATIZZAZIONE: impianti radianti
Impianti a pavimenti radianti del tutto simili a quelli a soffitto radiante La serpentina alimentata da acqua calda o fredda effettua il controllo della temperatura dell’aria ambiente. La portata d’aria primaria effettua il controllo igienico e igrometrico
Estate: Per evitare la formazione di condensa sulla superficie dei pannelli, questi devono essere alimentati da acqua a temperatura di 2°C al disopra del punto di rugiada dell’aria ambiente.
Inverno: Massima temperatura dell’acqua di alimentazione, 29°C.
Immissione aria primaria attraverso diffusori posti a soffitto a parete o a pavimento
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CLIMATIZZAZIONE: impianti radianti
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CLIMATIZZAZIONE: impianti misti ad aria e acqua
Impianti a travi fredde
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CLIMATIZZAZIONE: impianti misti ad aria e acqua
Impianti a travi fredde a induzione
Un unico apparecchio posto a soffitto racchiude la funzione di controllo della temperatura e dell’immissione dell’aria primaria
Plenum aria primaria
Batterie fredda e calda
tubi acqua
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• Impianti a tutt’aria - controllo temperatura aria interna, U.R. e IAQ
mediante parziale ricircolo delle portate d’aria. Ambiti d’utilizzo: Uffici di grandi e piccole dimensioni, terziario, industriale, cinema, teatri, palasport, sale congressi. Inconveniente: notevole ingombro dei canali di distribuzione dell’aria.
CLIMATIZZAZIONE: impianti a tutt’aria
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CLIMATIZZAZIONE: tipologie d’impianto a tutt’aria_a singolo canale
Aspetto positivo: • Poter utilizzare l’aria esterna per il raffreddamento (sempre che le condizioni
esterne lo consentano) • Assenza di tubi ed elementi di scambio interni agli ambienti • Grandi portate d’aria necessitano di grandi canali le quali comportano il rischio
di correnti d’aria causa di una diffusione non ottimale.
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CONDIZIONAMENTO
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modulo IMPIANTI a. a. 2012-‐2013
IMPIANTI A TUTT’ARIA: veri e propri sistemi di condizionamento in quanto effettuano il controllo dell’umidità.
Unità di Trattamento dell’Aria: alloggiamento costruito in fabbrica, costituito da sezioni che contengono uno o più ventilatori e le altre apparecchiature necessarie per le seguenti funzioni: circolazione, filtrazione, riscaldamento, raffreddamento, recupero di calore, umidificazione, deumidificazione e miscelazione dell’aria.
Il trattamento dell’aria è un processo di modificazione dello stato dell’aria rispetto ai parametri quali, temperatura, contenuto di umidità, contenuto di polveri, carica batterica e contenuto di gas.
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CONDIZIONAMENTO
IMPIANTI A TUTT’ARIA SCHEMI DI CENTRALI DI TRATTAMENTO DELL’ARIA
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CONDIZIONAMENTO
IMPIANTI A TUTT’ARIA
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SCHEMI DI CENTRALI DI TRATTAMENTO DELL’ARIA
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CONDIZIONAMENTO
IMPIANTI A TUTT’ARIA SCHEMI DI CENTRALI DI TRATTAMENTO DELL’ARIA
Ing. ROBERTO RICCIU -‐ Lezioni del L. I. di PROGETTAZIONE TECNICA E STRUTTURALE
modulo IMPIANTI a. a. 2012-‐2013
42 SCH
EMA
CTA
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A
CONDIZIONAMENTO
IMPIANTI A TUTT’ARIA
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CONDIZIONAMENTO
IMPIANTI A TUTT’ARIA
44 Ing. ROBERTO RICCIU -‐ Lezioni del L. I. di PROGETTAZIONE TECNICA E STRUTTURALE modulo IMPIANTI a. a. 2012-‐2013
CLIMATIZZAZIONE: tipologie d’impianto a tutt’aria a singolo canale
45 Ing. ROBERTO RICCIU -‐ Lezioni del L. I. di PROGETTAZIONE TECNICA E STRUTTURALE modulo IMPIANTI a. a. 2012-‐2013
CLIMATIZZAZIONE: impianto a tutt’aria a portata costante_per singola zona
Aspetti positivi: • Poter utilizzare l’aria esterna per il raffreddamento (sempre che le condizioni
esterne lo consentano) • Assenza di tubi ed elementi di scambio interni agli ambienti • Grandi portate d’aria necessitano di grandi canali le quali comportano il rischio
di correnti d’aria causa di una diffusione non ottimale.
Impianto a tutt’aria monocondotto con ricircolo
Torrino con recupero del calore. Schema funzionale di un sistema ad aria di tipo m o d u l a r e p e r i l r iscaldamento di spazi industriali.
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CLIMATIZZAZIONE: impianto a tutt’aria a portata costante con post riscaldamento di zona
47 Ing. ROBERTO RICCIU -‐ Lezioni del L. I. di PROGETTAZIONE TECNICA E STRUTTURALE modulo IMPIANTI a. a. 2012-‐2013
CLIMATIZZAZIONE: impianto a tutt’aria a portata costante_multizona
Impianto a tutt’aria a portata costante multizone con post riscaldamento locale mediante singolo canale.
48 Ing. ROBERTO RICCIU -‐ Lezioni del L. I. di PROGETTAZIONE TECNICA E STRUTTURALE modulo IMPIANTI a. a. 2012-‐2013
CLIMATIZZAZIONE: impianto a tutt’aria a portata costante a doppio canale
Impianto a tutt’aria a doppio condotto
Vantaggi rispetto al sistema multizone: • miscelazione dei due fluidi all’interno delle cassette di miscela poste negli
ambienti da trattare; • migliore miscelazione e minore ingombro perché sono sufficienti due canali; • ingombro maggiore rispetto a quello ad un solo canale, si ovvia a tale problema
attraverso canali di sezione inferiore ad alta velocità.
49 Ing. ROBERTO RICCIU -‐ Lezioni del L. I. di PROGETTAZIONE TECNICA E STRUTTURALE modulo IMPIANTI a. a. 2012-‐2013
CLIMATIZZAZIONE: impianto a tutt’aria a portata variabile
La portata d’aria viene mandata solo nella quantità necessaria; ciò consente un risparmio sull’impianto (potenza installata) e sulle dimensioni della CTA. La regolazione della portata d’aria avviene in ambiente per mezzo dei terminali a geometria variabile comandati da un servomotore a sua volta comandato dal termostato posto in ambiente. La riduzione della portata da ambiente ad ambiente che può essere ottenuta con questo tipo di impianti è di circa il 25 ÷ 30%
50 Ing. ROBERTO RICCIU -‐ Lezioni del L. I. di PROGETTAZIONE TECNICA E STRUTTURALE modulo IMPIANTI a. a. 2012-‐2013
CLIMATIZZAZIONE: impianto a tutt’aria a portata variabile
51 Ing. ROBERTO RICCIU -‐ Lezioni del L. I. di PROGETTAZIONE TECNICA E STRUTTURALE modulo IMPIANTI a. a. 2012-‐2013
CLIMATIZZAZIONE: impianto a tutt’aria a portata variabile
Schema di un impianto di condizionamento a singolo canale a portata variabile
Legenda A -‐ Aria espulsa B -‐ Aria esterna C – aria di ripresa (dagli ambienX) D – aria di mandata (agli ambienX) 1 – serranda 2 – venXlatore di ripresa 3 – sezione di filtraggio 4 – ba>eria calda 5 – ba>eria fredda 6 – sezione di umidificazione 7 – ba>eria di post-‐riscaldamento 8 – venXlatore di mandata a portata variabile 9 – terminali a portata variabile
52 Ing. ROBERTO RICCIU -‐ Lezioni del L. I. di PROGETTAZIONE TECNICA E STRUTTURALE
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IMPIANTI A TUTT’ARIA
CONDIZIONAMENTO
IMMISSIONE ARIA IN AMBIENTE: - per diffusione (a parete, a soffitto, a pavimento)
- a dislocamento
- a lancio
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CONDIZIONAMENTO
IMPIANTI A TUTT’ARIA LANCIO
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CONDIZIONAMENTO
IMPIANTI A TUTT’ARIA DIFFUSIONE
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CONDIZIONAMENTO
IMPIANTI A TUTT’ARIA UNITA’ TERMINALI A DIFFUSIONE
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modulo IMPIANTI a. a. 2012-‐2013
DIFFUSORE RADIALE
DIFFUSORE A CONI FISSI DIFFUSORE
LINEARE
DIFFUSORE A PAVIMENTO
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CONDIZIONAMENTO
IMPIANTI A TUTT’ARIA UNITA’ TERMINALI A DISLOCAMENTO
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modulo IMPIANTI a. a. 2012-‐2013
DIFFUSORI A DISLOCAMENTO
57 Ing. ROBERTO RICCIU -‐ Lezioni del L. I. di PROGETTAZIONE TECNICA E STRUTTURALE modulo IMPIANTI a. a. 2012-‐2013
• Impianti misti ad espansione a portata di refrigerante variabile (VRF)
CLIMATIZZAZIONE: impianti misti ad espansione
l’unità ad espansione diretta neutralizza il solo carico sensibile, l’impianto di distribuzione d’aria primaria provvede al rinnovo dell’aria e al trattamento igrometrico
Un impianto VRF è costituito da: - una o più unità moto condensanti (split) collegate tramite tubazioni
frigorifere di piccolo diametro ed apparecchi ad espansione diretta posizionati negli ambienti, funzionanti sia in regime di raffrescamento che riscaldamento attraverso un sistema a pompa di calore
Le unità terminali sono disponibili nelle versioni: a pavimento (a vista o a incasso), pensile o a soffitto, a parete, a controsoffitto (canalizzabili) Tale sistema consente di regolare in modo ottimale la temperatura all’interno di ciascun ambiente.
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• Impianti misti ad espansione CLIMATIZZAZIONE: impianti misti ad espansione
a di portata di refrigerante variabile (VRF)
59 Ing. ROBERTO RICCIU -‐ Lezioni del L. I. di PROGETTAZIONE TECNICA E STRUTTURALE modulo IMPIANTI a. a. 2012-‐2013
• Impianti misti ad espansione
CLIMATIZZAZIONE: impianti misti ad espansione
a di portata di refrigerante variabile (VRF) a recupero di calore permettono il controllo di più zone con carichi termici di segno opposto