CENTRO STUDI GALILEO
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CLIMATIZZAZIONE DEGLI UFFICI CON ACQUA
O FLUIDO FRIGORIGENO DIRETTO
ROGER CASARI
CNAM-AICVF-AFF
ANCIEN PROFESSEUR INSTITUT FRANCAIS DU FROID INDUSTRIEL
ASSISTENZA TECNICA AGLI ABBONATI
Ormai da diversi anni, come si puo' notare dai corsi e convegni del Centro Studi Galileo,
la tecnologia della climatizzazione sia civile, sia industriale e sia dell'auto, ha
subito una grand'evoluzione, evoluzione che sara' ancora approfondita nel Convegno
internazionale del Politecnico di Milano del 29/30 giugno p. v .
In particolare l'argomento della climatizzazione degli uffici
e' estremamente richiesto
dai nostri abbonati, e per questo motivo pubblichiamo ora un documento d'eccezione
composto di schemi e presentazioni delle piu' attuali applicazioni di climatizzazione di
uffici. un articolo presentato alle giornate europee del freddo organizzate
dall'Assocazione Francese dei Freddo (AFF) nel novembre 1995 e pubblicato nella raccolta
della Conferenza "Nouvelles technologies et securit dans le froid". L'autore
Roger Casari e' "Ingnieur CNAM", "Ingnieur Conseil A.I. C. VF
(Association lngnieurs Climatizzation Ventilation Franaise) et A.FF " e
"Ancien Professeur de genie climatique l'Institut Franais du Froid lndustrel
du Conservatoire Natonal des Arts et Mters (C.N.A.M.). Quest'articolo viene
pubblicato da Industria & Formazione sotto la gentile autorizzazione dell'AFF e del
suo autore.
INTRODUZIONE
Quest'articolo ha come obiettivo quello di presentare due tecniche di
climatizzazione, che utilizzano, per la distribuzione dell'energia termica ai locali
trattati, sia l'acqua come fluido termotrasportatore, sia direttamente i cambiamenti di
stato di un fluido frigorigeno.
Fino alla fine degli anni '80 in Europa si applicavano queste due tecniche di
climatizzazione in modo distinto: l'acqua per gli impianti di grandi dimensioni e i fluidi
frigorigeni diretti per gli impianti individuali di piccole dimensioni.
Da allora i costruttori giapponesi hanno introdotto in Europa l'utilizzo diretto dei
frigorigeni per impianti di dimensioni maggiori, con regolazione individuale
personalizzata per ogni locale, a partire dallo stesso gruppo compressore. Vi hanno,
inoltre, aggiunto altri elementi complementari. Queste innovazioni hanno suscitato una
maggiore concorrenza e una piu' serrata competizione.
L'AFF ha dunque ritenuto opportuno analizzare questi due concetti mantenendo ogni
indipendenza.
Al momento di prendere decisioni relative ad un investimento,
e' necessario esaminare, tra
gli altri criteri, l'attitudine degli impianti a soddisfare l'esigenza attuale dei
fruitori.
EVOLUZIONE DELL'ESIGENZA DELLA QUALITA' DELL'AMBIENTE
La qualita' di un impianto e' data dalla sua capacita' di soddisfare le esigenze degli utilizzatori. Nei nostri anni, in cui la concorrenza ha un ruolo molto rilevante, sono la mancanza di qualita' e di soddisfazione che costano care.
E' la ragione per cui e' necessario prestare molta attenzione alle esigenze della clientela, sia che siano espresse sia che siano inespresse (vedere glossario).
L'addetto alla climatizzazione deve sempre essere umile di fronte al suo prossimo, evitando di imporre determinate condizioni ambientali senza averne prima parlato con l'interessato.
Oltre al rispetto delle condizioni interne gia' citate (garanzia dei risultati), la qualita' di un impianto e' determinata anche dalle caratteristiche acustiche, estetiche e dal rispetto di alcuni impegni come:
Il rispetto delle date di consegna.
L'assenza di guasti (vicini a "errore zero")
3. Servizio clienti e manutenzione efficiente.
4. Costanza nella qualita', descritta sull'imballaggio.
5. Integrazione all'edificio, flessibilita'.
6. Costi d'investimento e di esercizio. Negli ultimi trent'anni se si osserva la richiesta della clientela relativa alle condizioni ambientali delle abitazioni e dei luoghi destinati al lavoro o al tempo libero, si puo' rilevare che:
Alla richiesta di riscaldamento, si e' aggiunta dal 1965 quella della ventilazione.
Da piu' tempo negli uffici e generalmente negli immobili di grandi dimensioni, la costruzione e' stata accompagnata dall'esigenza della climatizzazione, cioe' del controllo della ventilazione e della temperatura dei locali per tutto l'anno, e non solo durante la stagione del riscaldamento.
Questi impianti hanno suscitato critiche da parte della clientela. Esse derivano principalmente da:
Impianti troppo centralizzati con l'impossibilita' di intervenire individualmente sulle condizioni ambientali del locale.
Rischi di contaminazione batterica da parte degli umidificatori ad acqua riciclata o delle riprese di aria inquinata.
Insufficienza di aria nuova.
Correnti d'aria fastidiose mai accettate.
Percezione di odori sgradevoli o provenienti da altri locali: se l'aria non e' ritenuta sana, l'impianto viene dichiarato malsano insieme allo stesso edificio.
Spiegazioni insufficienti sul funzionamento degli impianti.
Per i condizionatori individuali, le temperature di mandata troppo basse, la regolazione tutto o niente, livelli sonori elevati, assenza di aria nuova.
Le tecniche attuali di trattamento permettono di evitare questi inconvenienti. Si pensa che questa evoluzione delle richieste sia irreversibile, integrandovi pero', la necessita' di risparmiare energia e di rispettare l'ambiente.
Tra i sistemi di climatizzazione proposti, ve ne sono di innovativi:
pompe di calore reversibili o "anelli" d'acqua, flusso d'aria variabile,
ventilazione per spostamento, superfici che raffreddano.
Questo articolo parlera', pero', solo dei due concetti gia' esposti.
Al fine di capire le offerte dei costruttori, proponiamo di seguire l'evoluzione dei due concetti con una progressione cronologica.
Dato che e' rivolta agli addetti dei settore, la presentazione che segue relativa ai procedimenti e ai sistemi, e' succinta e dunque piu' agevole da leggere.
PRESENTAZIONE DEI PROCEDIMENTI APPLICATIVI E DEI SISTEMI
PROCEDIMENTI AD ACQUA
Raffreddamento
• Avvio piu' lento.
• Circolazione d'acqua fredda: 5, 8 C a 10, 13 C.
• Deumidificazione necessaria dell'aria trattata meno ingente.
• Entita' dei guasti per "presa di ghiaccio" maggiore all'evaporatore che al gruppo frigorifero.
• Finezza di regolazione.
• Variazione progressiva del flusso d'acqua o della sua temperatura a seconda delle esigenze.
Riscaldamento
• Generatore di acqua calda.
• Inversione del ciclo termodinamico del gruppo frigorifero.
PROCEDIMENTI A FLUIDO DIRETTO
Raffreddamento
• Avvio rapido.
• Temperatura di evaporazione dei frigorigeno: > O C.
• Deumidificazione ingente in seguito a temperatura piu' bassa.
• Danni per "presa di ghiaccio" piu' deboli alla batteria fredda.
• Regolazione.
• Avvio o arresto del compressore, da cui variazioni ingenti della temperatura di mandata.
Il riscaldamento
• Batteria elettrica.
• Inversione di ciclo.
UTILIZZO ATTUALE CON L'ACQUA
Impianti di grandi dimensioni:
Climatizzazioni centralizzate o parzialmente decentralizzate.
• Dopo gli eiettori-convettori, si svilupparono i ventilconvettori (V.C.) con i montaggi oggi piu' diffusi che permettono di assicurare simultaneamente il riscaldamento e il raffreddamento in ogni locale, quando si alimentano allo stesso tempo i circuiti del caldo e del freddo.
• Si utilizzano delle installazioni diverse dei V.C.: sottofinestra o sul soppalco.
• I ventilconvettori rispondono bene alle esigenze individuali della clientela rassicurata dalla disponibilita' della velocita' variabile del ventilatore.
UTILIZZO ATTUALE CON FRIGORIGENO DIRETTO
Impianti di piccole dimensioni:
Climatizzatori individuali.
• Sistemi Split: A) montati in fabbrica, B) completamente decentralizzati.
• Migliorie: 1) Livello sonoro; 2) Comandi di funzione; 3) Affidabilita'; 4) Estetica; 5) Facilita' di installazione.
• La presentazione esposta dell'unita' interna e' molto diversificata: 1) Mensole; 2) Plafoniere (lampadari); 3) Cassette incastrabili; 4) piccole cassette da rivestire di guaina.
• Potenza variabile del compressore per risolvere gli inconvenienti del tutto o niente.
• Buona risposta all'individualizzazione degli ambienti.
ARIA ESTERNA CON L'ACQUA
• Dapprima l'aria esterna veniva trattata indipendentemente solo dal V.C., semplice o a doppio flusso.
• Poi, tenendo conto dei difetti di omogeneita' nell'ambiente e degli spifferi d'aria non controllabili, l'aria nuova pretrattata viene introdotta in prossimita' dell'aspirazione del ventilconvettore.
• Questa soluzione comporta il rischio di mescolare riprese di locali diversi, fatto considerato poco salubre per la clientela.
• Vale la stessa osservazione valida per il concetto a frigorigeno diretto relativo alla fornitura dell'unita' di aria esterna.
ARIA ESTERNA CON FRIGORIGENO DIRETTO
• Le stesse osservazioni e conclusioni, relative all'aria esterna e ai terminali interni, si impongono anche ai sistemi ad acqua e ai sistemi split
• Per molto tempo l'unita' di pretrattamento dell'aria esterna poteva essere di un costruttore diverso e non compatibile con il resto della climatizzazione: in particolare il recupero sull'aria estratta e l'elettronica del funzionamento.
• Questa difficolta' e' stata risolta con la fornitura di unita' di aria esterna provenienti dallo stesso costruttore di sistemi completi e compatibili. Possibilita' che si va ad aggiungere alle migliorie decisive presentate nelle prossime pagine.
MIGLIORIE DECISIVE DEI SISTEMI CON L'ACQUA
La debolezza dei ventilatori dei ventilconvettori non tollera le perdite di carico dei circuiti di mandata e di ripresa. Ne e' derivata la creazione di unita' di trattamento destinate ad ogni locale, dotate di ventilatore che permettono condotte d'aria, filtrazioni rinforzate e diffusore. Vedi lo schema di principio.
L'interesse di queste unita' e' dovuto:
1. Alla loro facilita' di integrazione nell'edificio che permette gli interventi di manutenzione al di la' dei locali climatizzati.
2. Ai collegamenti per condotte d'aria e tubature flessibili d'acqua a raccordi rapidi, per la manutenzione in officina.
3. Regolazione integrata.
MIGLIORIE DECISIVE DEI SISTEMI CON FRIGORIGENO DIRETTO
Flusso variabile del fluido frigorigeno.
• L'integrazione della potenza variabile dei compressori permette la variazione del flusso frigorigeno alle unita' terminali interne, a seconda delle esigenze di ogni locale:
In fase liquida (raffreddamento) e in fase gassosa (riscaldamento).
• Per l'insieme alimentato dall'unita' esterna si propongono due soluzioni:
1) Caldo e freddo alterni. Se la "zona" dei locali lo autorizza [2 tubi]. (Presentato in Francia nel 1989).
2) Caldo e freddo simultanei [3 tubi]. (Presentato in Francia nel 1991).
Una variante di quest'ultima soluzione [detta anche a 2 tubi] centralizza in una terza unita', la soluzione e la distribuzione delle fasi del frigorigeno ad ogni unita' interna a seconda della sua richiesta.
Sistema alternativo
PRINCIPIO DELL'IMPIANTO AD ACQUA
Analizzando parallelamente l'evoluzione dei due concetti, si nota lo svantaggio presentato dall'acqua per quanto riguarda il gran numero di fornitori, con tempi di intervento in cantiere piu' lunghi e il pericolo di incompatibilita' tra i vari elementi.
Da qualche anno inoltre presso i costruttori presenti in Francia, si nota una simile strategia relativa all'offerta globale di elementi coordinati fra loro, al fine di offrire in un'unica fornitura un sistema completo, la cui descrizione risponde in linea generale allo schema delle pagine seguenti.
SISTEMA SIMULTANEO A FRIGORIGENO DIRETTO
PRINCIPIO DEI SISTEMI COMPLETI AD ACQUA
Elementi collegati da una gestione elettronica del funzionamento
Questi insiemi, che potremmo definire "sistemi ad acqua" differiscono dai "frigorigeni diretti" per i collegamenti idraulici piu' semplici da installare o modificare. Tuttavia l'utilizzo simultaneo del caldo e del freddo necessita di 4 tubi (o 2 tubi, 2 fili). Se si tratta di un gruppo termodinamico e' allora possibile il trasferimento di energia.
Per alcuni specialisti, l'acqua ha pure il vantaggio di non richiedere la circolazione di fluido frigorigeno nei locali. I costruttori dei "sistemi ad acqua" sottolineano quindi la possibilita' di proteggere l'ambiente, utilizzando meno fluido frigorigeno.
Le particolarit interessanti delle presentazioni offerte dai costruttori di sistemi a flusso variabile di frigorigeno sono:
1. Unita' assemblate e sottoposte ai controlli in fabbrica.
2. Insieme del sistema concepito per facilitare e rendere piu' sicuro il montaggio in sito e la realizzazione di collegamenti frigoriferi ed elettrici.
3. Notevoli differenze di livello e diverse lunghezze per le canalizzazioni di diametro minore rispetto a quelle dei sistemi ad acqua.
4. Approccioe' modulare applicabile con una vasta gamma di unita' interne adatte agli edifici occupati solo in parte.
5. Elettronica integrata di gestione degli elementi del sistema molto avanzata, con cassette di comandi a disposizione del cliente, che permettono il controllo e l'analisi dei difetti. Visualizzazione sullo schermo a cristalli liquidi.
6. Fornitore unico per tutti gli elementi, che sono cos, coordinati, incluso il pre trattamento dell'aria nuova.
I funzionamenti simultanei caldo-freddo che permettono il trasferimento termodinamico dell'energia.
Pero' d'altra parte:
A) Si consiglia di far realizzare i collegamenti frigoriferi dai frigoristi.
B) Per alcuni osservatori, il fatto di far circolare un fluido frigorigeno nei locali rappresenta un difetto.
CONCLUSIONE
L'analogia tra le ultime presentazioni offerte dai "Sistema ad acqua "Refrigerante diretto" non e' casuale ma e' il risultato della richiesta da parte della clientela e della concorrenza.
Allora, corse fare la scelta? Il nostro raffronto generale tra gli impianti non e' sufficiente. Esso, infatti, ha il solo scopo di aumentare le conoscenze degli addetti al settore. Per permettere ad un dirigente di prendere una decisione, e' bene riunire in una tabella di sintesi i costi, i vantaggi e gli inconvenienti relativi ad ogni progetto esaminato.
Vedi un esempio di tabella di aiuto a prendere una decisione. Consiste, con l'aiuto del dirigente, nel conferire alle qualita' che ci si aspetta di trovare dal progetto, dei punti, la cui somma permetter di giustificare la scelta fatta.
La qualita' ed i vantaggi relativi all'impianto presentato possono essere: valori ambientali, affidabilita', facilita' di utilizzo, tempi di riparazione, dimensioni di ingombro, valorizzazione del patrimonio, aumento della produttivita', del volume d'affari.
I costruttori e gli installatori propongono altri sistemi ad acqua piu' specifici. Ma, in questa sede, esaminiamo solo i due sistemi che presentano una maggiore analogia. Le differenze tra i due sistemi sfumano.
Quali saranno, quando si utilizzera' direttamente l'acqua come fluido frigorigeno? (Salone del XIX Congresso Internazionale del Freddo di La Haye - 1995. Stand di Sabroe. Riferimento ad un impianto con acqua come fluido frigorigeno per la fabbrica di giocattoli "Lego").