IMPIANTI DI CONDIZIONAMENTO: CRITERI DI PROGETTO

1 a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti

IMPIANTI DI CONDIZIONAMENTO:

CRITERI DI PROGETTO

Impianti di Climatizzazione e Condizionamento

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);

rete di distribuzione dell’acqua;

condizionatore (o UTA) per il trattamento dell’aria primaria;

centrale termica e frigorifera.


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 esterna pari almeno a quella

necessaria per le esigenze di purezza, pertanto la portata di ricircolo può

essere al massimo pari a:

gr = G – g(P) (m3/h)

Negli impianti misti, la portata d’aria primaria coincide quasi sempre con

quella necessaria a garantire il comfort, in genere non si effettua ricircolo.


Condizioni esterne di progetto (punto E): TE = 34°C e ФE = 50%;

Condizioni interne (TA = 26°C 1°C e ФA = 50% 10%)

Impianti a tutt’aria

CASO ESTIVO

E-RE: raffreddamento e umidità specifica costante, (batteria di raffreddamento

aria-acqua refrigerata, con RE è il punto di rugiada di E;

RE-RI: raffreddamento con deumidificazione, realizzabile nella stessa batteria di

raffreddamento, dove RI è il punto di rugiada del punto di immissione;

RI-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 specifica alla quale l’aria è immessa è la

minima consentita (punto K), così da compensare i contributi presenti in ambiente.

Trasformazioni


Diagramma psicrometrico



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:


CASO ESTIVO

rg

)P(g

ME

MA

con

g(P) = portata necessaria a garantire la purezza;

gr: la portata di ricircolo.

Rispetto alla situazione con tutta aria esterna, la trasformazione E-RE

diventa M-RM, la RE-RI diventa RM-RI, con notevole risparmio energetico

nella batteria di raffreddamento.



CASO INVERNALE

Condizioni esterne di progetto, TE = 0°C e ФE = 80%;

Condizioni interne (TA = 20°C 1°C e ФA = 50% 10%)

Trasformazioni

E-P: pre-riscaldamento a umidità specifica costante, realizzabile in una batteria di

riscaldamento aria-acqua calda;

P-RI: umidificazione 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.



CASO INVERNALE Miscela effettuata prima dell’ingresso nel condizionatore


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-RI diventa P’-RI.

In estate non è soggetto ad alcuna limitazione, in inverno può dare luogo ad

incertezze nel controllo dell’umidità relativa, poiché può risultare XRI > XK

(punto M a destra della isoentalpica P’RI), 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 XM a valori tali per cui risulti XRI < XK; in inverno, pertanto,

si dovrebbe operare con una portata d’aria esterna maggiore che in estate;


rAM

M'P

g

)P(g

)hh(

)hh(

I punti M e P’ possono essere determinati considerando che:

rAM

M'P

g

)P(g

)XX(

)XX(

Questo schema può rappresentare un’alternativa a quello precedente, per

non aumentare la portata d’aria esterna.

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’).



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’).

rAM

M'P

g

)P(g

)hh(

)hh(

rAM

M'P

g

)P(g

)XX(

)XX(

Impianti misti aria-acqua

L’aria primaria è trattata centralmente in un condizionatore dove nel caso

estivo è sottoposta alle seguenti trasformazioni:

E-RE: raffreddamento a umidità specifica costante;

RE-RI: raffreddamento con deumidificazione;

RI-I: post-riscaldamento ad umidità specifica costante.

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 di introduzione possono essere rappresentate da tutti i punti

compresi tra gli stati R1 ed A.

CASO ESTIVO



CASO ESTIVO


Aria

primaria

ventilconvettore


CASO INVERNALE

L’aria primaria subisce le seguenti trasformazioni:

E-P: pre-riscaldamento ad umidità specifica costante;

P-RI: umidificazione adiabatica fino alla temperatura di saturazione;

RI-K: post-riscaldamento ad umidità specifica costante.

L’aria ambiente è riscaldata a titolo costante, attraverso la batteria del

ventilconvettore, secondo la trasformazione AN.



CASO INVERNALE


Aria

primaria

ventilconvettore

L’introduzione di aria primaria alla

temperatura TRI 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 post-

riscaldamento invernale dell’aria

primaria, che viene introdotta in

condizioni neutre, ovvero: TA

(trasformazione RI-K) o comunque

in I a destra di K.

CALCOLO DELLA PORTATA D’ARIA DI PROGETTO


Portate necessarie al controllo della temperatura:

IeminAeu

tee

TT

Q(T)g

AiIimaxu

tii

TT

Q(T)g

(kg/s) (kg/s)

ge = portata d'aria da introdurre in estate (kg/s) per il controllo della temperatura;

Qte = valore del carico termico estivo massimo contemporaneo (kW);

u = calore specifico a pressione costante dell'aria introdotta (kJ/kg°C);

TIemin = temperatura minima ammissibile del punto d'introduzione estivo (°C);

TAe = temperatura di progetto estiva dell'ambiente (°C);

gi = portata d'aria da introdurre in inverno (kg/s) per il controllo della

temperatura;

Qti = valore del carico termico invernale massimo contemporaneo (kW);

TIimax = temperatura massima ammissibile del punto di introduzione invernale (°C),

generalmente 32 – 34°C;

TAi = temperatura di progetto invernale dell'ambiente (°C). 17 a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti

Portate per il controllo dell’umidità:


min Iemax Ae

wee

XX

g)(g

(kg/s)

min Iimax Ai

wii

XX

g)(g

(kg/s)

ge() = portata d'aria da introdurre in estate per il controllo dell’umidità relativa;

gwe = portata di vapore acqueo complessivamente prodotta in estate (g/s);

XAemax = umidità specifica massima dell'aria ambiente in estate (g/kg);

XIemin = umidità specifica minima dell'aria introdotta in estate (g/kg);

gi() = portata d'aria da introdurre in inverno per il controllo dell’umidità relativa (kg/s);

gwi = portata di vapor d'acqua complessivamente prodotta in inverno (g/s).

XAimax = umidità specifica massima dell'aria ambiente in inverno (g/kg);

XIimin = 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 (ge(T), gi(T), ge(), gi(), g(P)) (kg/s)

Frequentemente il valore massimo è assunto dal termine ge(T) (a volte gi(T)).

La portata massima di ricircolo è fornita dalla relazione vista in precedenza, la

portata pari a g(P) deve essere comunque immessa dall’esterno per il rinnovo.

La portata d’aria gr 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).

gr = 0, l’impianto si dice a tutt’aria esterna

Nel caso in cui la differenza tra ge(T) e gi(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. 19 a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti



G = max (ge(), gi(), 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 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 modelli di distribuzione dell’aria possono essere ricondotti a tre:

1) distribuzione a flusso turbolento;

2) distribuzione a dislocazione;

3) distribuzione a flusso laminare orizzontale o verticale.




DISTRIBUZIONE A

FLUSSO TURBOLENTO

DISTRIBUZIONE A

DISLOCAZIONE

DISTRIBUZIONE A

FLUSSO LAMINARE

orizzontale o verticale

(Mixing ventilation) con

mescolamento induttivo

fra l’aria immessa e l’aria

ambiente che viene

richiamata dalla prima.

In genere l’induzione è

modesta ma la differenza

di temperatura fra l’aria

primaria e quella

dell’ambiente può essere

elevata.

La velocità di immissione

varia da 2 a 20 m/s

con velocità di uscita fra

0,2 e 0,4 m/s e con

differenze di temperatura

modeste

lenta diffusione dell’aria

immessa nell’ambiente

senza turbolenza.

Il movimento dell’aria

immessa, solitamente dal

basso, e risalente

lentamente verso l’alto crea

una sorta di movimento a

stantuffo dell’aria

sovrastante. La portata

d’aria immessa è di solito

elevata, ma a bassa

velocità

velocità fra 0,4 e 0,5

m/s e con ripresa dal

lato opposto in modo

da creare un percorso

obbligato.

Lo scopo è quello di

creare una zona di

elevata purezza

dell’aria con flusso non

turbolento e modeste

differenze di

temperatura con

l’ambiente.



DISTRIBUZIONE A

FLUSSO TURBOLENTO

DISTRIBUZIONE A

DISLOCAZIONE

DISTRIBUZIONE A

FLUSSO LAMINARE

orizzontale o verticale

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 difficilmente

identificabile una precisa direzione 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

DEFINIZIONI

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, Vm, in condizioni d'isotermia con l'ambiente.



DEFINIZIONI

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 L0;


temperatura finale del lancio: per effetto dell'induzione, in condizioni di non

isotermia, la temperatura dell'aria miscelata si avvicina a quella dell'ambiente; in

corrispondenza del lancio L0 si ha la temperatura finale del lancio T0;

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

V0m fissata usualmente in 0.4 m/s; quello che interessa è il lancio L0, valutato nel

punto ove si raggiunge la V0m.

In realtà questo criterio di valutazione di L0 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.


DEFINIZIONI


rapporto di induzione: l'aria 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 Gt superiore a quella Gi della sola aria immessa; in ogni

punto del getto si definisce il rapporto d'induzione come:

I = Gt/Gi

L'induzione è legata alla velocità del getto ed al suo sviluppo perimetrale;

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 ampie zone di richiamo dell'aria circostante;



Nei diagrammi sono riportate caduta e lancio in

funzione delle portate e alla velocità di uscita per

flussi con Dt di -11° e velocità terminale di 0.25 m/s e

per deflessione verticale di 0° e 22° verso l’alto.


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.


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.


Esempio di

bocchette ad ugelli



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.

• 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.


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 e quindi una forte riduzione degli inquinanti.

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 da un'intera parete, munita di elementi filtranti 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.


ESEMPIO: Canali in tessuto, 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 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 al di sopra del canale.

I 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.

3) Terminali di distribuzione a flusso laminare orizzontale o verticale.


AMBIENTI

DI

ALTEZZA

FINO A 3.5

m

Applicazioni normali

bocchette a parete

diffusori a soffitto a coni concentrici o a effetto spiroidale

diffusori lineari

ugelli a lancio profondo

travi fredde

Applicazioni con elevati carichi termici diffusori ad effetto spiroidale

a pavimento

Sale operatorie diffusori a soffitto (spiroidale o a pannello forato)

terminali a flusso laminare o misto

Camere sterili (bianche) flusso laminare da parete o da soffitto

AMBIENTI

DI MEDIA

O

GRANDE

ALTEZZA

Applicazioni industriali

diffusori a soffitto a effetto spiroidale

ugelli a lancio profondo

canali forellati

Teatri e auditorium

diffusori ad effetto spiroidale a pavimento e sottopoltrona


ugelli a lunga gittata

Impianti sportivi


ugelli a lunga gittata

canali forellati

Applicazioni dei terminali di immissione dell’aria


Griglie ed elementi di ripresa

Forma: quadrata o rettangolare

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.


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) per ciascun locale 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 il più vecchio sistema di diffusione 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

Aeff = Ageom · K (m2)

Aeff = area della sezione effettiva (m2);

Ageom = area della sezione geometrica (m2);

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.



La sezione effettiva influenza la velocità effettiva di lancio; infatti, se ci si

riferisce alla sezione geometrica, la velocità finale del lancio può risultare

minore anche del 25 – 30 % rispetto a quella effettiva.

Dimensionamento

a) 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;

b) dalla sezione effettiva, mediante la si determina la sezione geometrica

che, a seconda del valore che assume, potrà essere assegnata ad

un'unica bocchetta o suddivisa tra un congruo numero di bocchette, in

modo che l’aria introdotta sia uniformemente distribuita in ambiente.


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.


Quando per ragioni architettoniche o logistiche occorre prevedere una

installazione delle bocchette con lancio in campo libero, senza cioè effetto

Coanda, il dimensionamento deve essere effettuato in base ai

diagrammi (forniti dai costruttori) che riportano lo scostamento verso

l’alto e verso il basso rispetto all’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.


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).


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

interessi tutto l’ambiente.

Griglie di ripresa o transito

APPLICAZIONE VELOCITA’ (m/s)

Griglie di ripresa

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

4.0

3.5

1.5

Griglie di transito

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 il più possibile uniforme dell’aria trattata,

e limitando dispersioni di calore ed infiltrazioni lungo tutti i percorsi;

limitare la propagazione di rumori e vibrazioni 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, quali cambiamenti di direzione, di

sezione, ecc.. 44 a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti

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 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.



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).


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);

canali di aspirazione (con flusso diretto verso un ventilatore);

canali di espulsione (nei quali la direzione del flusso va da un

ventilatore verso l’aria atmosferica).


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.


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

e residenziali

a) a bassa velocità

b) ad alta velocità

fino a 10 m/s (normalmente compresa tra 5 e 8)

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

residenziali

a) a bassa velocità fino a 9 m/s (normalmente compresa tra 4.5 e 7)

Impianti

industriali a) a bassa velocità fino a 10 m/s (normalmente compresa tra 5 e 9)


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)



Materiali

Devono possedere le seguenti caratteristiche:

a) basso valore del coefficiente di scabrezza per le pareti interne, per

limitare l’entità delle perdite di carico dovute ad attrito;

b) elevata resistenza meccanica;

c) resistenza all’invecchiamento ed all’usura;

d) basso grado di igroscopicità;

e) incombustibilità (o scarsa attitudine alla propagazione della fiamma),

f) inerzia chimica e scarsa attitudine alla produzione di muffe e odori.


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 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 perdite di carico rispetto ai canali

rigidi; di solito sono realizzati in alluminio o PVC. 52 a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti

Caratteristiche costruttive dei canali: esempi


http://it.wikipedia.org/wiki/File:Canalizzazioni_aerauliche.jpg

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).

Caratteristiche costruttive dei canali: isolamento



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.

1 e 2 sono applicati 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. 55 a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti


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.



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 determinati.

Occorre verificare che i valori di velocità così ottenuti 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.


Le sezioni dei canali sono di solito rettangolari, si determinano le dimensioni

della sezione impiegando la relazione seguente oppure la tabella:


25.0

625.0

eba

ba3.1D

(mm) b (mm) a (mm)

150 200 250 300 350 400 450 500

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


2. Metodo a riduzione di velocità

Si usa quando si impone un controllo della velocità e della rumorosità

dell’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 ( Cenni)

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.


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 DPtot si calcolano

sommando le perdite di carico distribuite DPd e quelle concentrate DPc che si

originano lungo esso:

UTAdiffcd PPPPP DDDDD (Pa)

DP = perdita di carico totale del circuito più sfavorito (Pa);

DPd = perdite di carico distribuite (Pa);

DPc = perdite di carico concentrate (Pa);

DPdiff = perdite di carico dovute ai diffusori (Pa);

DPUTA = perdite di carico nell’unità di trattamento aria (Pa).



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 DPd,unit:

ΔP = LΔPd,unit (Pa)

A riduzione di velocità: si sommano le perdite di carico continue che competono

ai singoli tratti del circuito più gravoso, DPd,i (tenendo conto che DPd,i, per il

tratto i-esimo, è pari al prodotto della lunghezza Li del tronco considerato per la

perdita di carico unitaria ricavata per esso DPd,unit-i):

i

n

1iiunit,dd LPP DD

(Pa)



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 DPd lungo il circuito più

sfavorito è solo quella che si genera nel tratto compreso tra il ventilatore

e la prima diramazione.

Si calcola moltiplicando la lunghezza di tale tratto per il valore della perdita

unitaria ad esso relativa.

Le perdite di carico concentrate DPc del circuito più sfavorito, si calcolano

mediante la seguente relazione:

2P

2jvn

1jjc D

n = numero di discontinuità;

j = coefficiente delle perdite localizzate della j-esima discontinuità;

= densità dell’aria in condizioni standard (kg/m3);

vj = velocità dell’aria nella j-esima discontinuità (m/s). 64 a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti

TIPO CARATTERISTICHE

ALLARGAMENTO DI

SEZIONE

lenta variazione a mezzo divergente 0

brusca variazione di A1 e A2 *

CAMBIAMENTO DI

DIREZIONE

angolo=90°, canale circolare o quadrato 1.5

angolo=90°, canale rettangolare 2

angolo=90° arrotondato 1

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

CONFLUENZA O

DIRAMAZIONE

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 0.7

canale non deviato di diametro d >2 D 0.4

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

GRIGLIE

con sezione libera uguale a quella del canale 2

rapporto sezione libera/sezione canale = 1.5 0.5

* in questo caso dipende dalla velocità dell’aria

Valori del coefficiente delle perdite localizzate nelle canalizzazioni dell’aria



Le perdite di carico localizzate DPdiff che si verificano in corrispondenza dei

diffusori sono fornite dai costruttori nelle schede tecniche.

Altre perdite di carico concentrate (DPUTA) 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.

DISCONTINUITA’ CADUTA DI PRESSIONE (Pa)

CAMERA DI MISCELA 20 Pa

FILTRI PIANI 60 Pa

FILTRI AD ANGOLO 40 Pa

FILTRI A RULLO 50 Pa

FILTRI A TASCHE 80 Pa

SEZIONE UMIDIFICANTE 20 Pa

SEPARATORE DI GOCCE 30 Pa

FILTRI ASSOLUTI 500 Pa

BATTERIE DI RISCALDAMENTO 25 Pa per rango

BATTERIE DI RAFFREDDAMENTO

70 Pa (2 ranghi)

80 Pa (3 ranghi)

100 Pa (4 ranghi)

140 Pa (6 ranghi)

Valori approssimati

delle cadute di

pressione all’interno

dell’UTA


IMPIANTI DI CONDIZIONAMENTO: CRITERI DI PROGETTO

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