CENTRO STUDI GALILEO
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PRINCIPI DI BASE DEL
CONDIZIONAMENTO DELL'ARIA
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Alcune caratteristiche degli impianti misti aria-acqua ad induzione a quattro tubi e doppio scambiatore
Pierfrancesco Fantoni
Gli impianti a quattro tubi e doppio scambiatore rappresentano un po’, dal punto di vista qualitativo, la parte alta della gamma all’interno della famiglia dei climatizzatori centralizzati misti, sia in termini di soddisfacimento delle esigenze degli utenti finali sia in termini di versatilità di impiego sia in termini di costi di gestione.
Tali caratteristiche positive, però, devono essere confrontate con gli aspetti meno convenienti di tale tipologia di impianti, legati sostanzialmente ai loro maggiore costo iniziale ed alla necessità di poter disporre di adeguati spazi per la loro posa in opera. Da quest’ultimo punto di vista, infatti, gli impianti a due o tre tubi offrono soluzioni più convenienti. L’eventualità di adottare una soluzione piuttosto che l’altra non può essere presa a priori ma va esaminata caso per caso a seconda delle specificità della situazione in essere.
In generale, comunque, rimane valida la considerazione che gli impianti misti aria-acqua sono in grado di garantire un buon soddisfacimento delle richieste di climatizzazione delle utenze con adeguato abbattimento dei carichi latenti e delle esigenze di ricambio d’aria dei locali richiedendo, nel complesso, ingombri legati all’impiantistica ridotti rispetto ad altre categorie di impianti. A confronto degli impianti a sola acqua o degli impianti a tutta aria, quindi, presentano delle caratteristiche estremamente positive.
Come già abbiamo visto per i sistemi idronici aventi come unità terminali fan-coil, gli impianti a quattro tubi offrono delle caratteristiche migliori, rispetto agli impianti a tre tubi, riconducibili al fatto che i circuiti dell’acqua calda e dell’acqua fredda rimangono sempre separati tra di loro, eccezion fatta per il breve tratto compreso tra le due valvole poste a monte e a valle del condizionatore locale. In realtà è possibile, in questo tipo di impianti, riuscire a mantenere completamente separati i circuiti dell’acqua calda e di quella refrigerata utilizzando due distinti scambiatori all’interno del condizionatore, asserviti, in questo caso, da due valvole a due vie, una per il lato caldo e una per il lato freddo, che hanno il compito di modulare la portata d’acqua che attraversa la batteria. In tale modo è possibile mantenere sempre separati i due circuiti ottenendo una drastica riduzione delle perdite energetiche che invece si verificano negli impianti a tre tubi. Nella figura 1 è riportato una schematizzazione di un impianto a quattro tubi con doppio scambiatore.
Anche in questo tipo di impianto le pompe a velocità variabile devono essere mantenute costantemente in funzione, dato che l’acqua calda e l’acqua refrigerata sono rese disponibili contemporaneamente ad ogni condizionatore locale. La quantità di acqua in circolo nei circuiti secondari deve essere adattata alle esigenze dell’utenza, ossia in base alla domanda di caldo o di freddo che viene richiesta. Solo nelle stagioni invernale ed estive potrebbe essere possibile spegnere una delle due pompe, ossia quando tutte le utenze presentano contemporaneamente la richiesta di solo caldo o di solo freddo.
Considerata la soluzione a doppio scambiatore, non rimane comunque esclusa la tipologia di impianti a quattro tubi ma con scambiatore singolo, del tutto analogo concettualmente a quella a tre tubi, dove a monte ed a valle di ogni singola batteria si trovano posizionate due valvole a tre vie non miscelatrici che consentono o all’acqua calda o all’acqua refrigerata di entrare nella batteria e di scambiare calore con l’aria ambiente.
Appare chiaro che gli impianti misti aria-acqua ad induzione a quattro tubi con doppio scambiatore presentano delle caratteristiche positive, sia per quanto riguardo i costi energetici di gestione sia per quanto riguardo la possibilità di soddisfare le più disparate esigenze di climatizzazione delle utenze. Non può non risaltare, d’altra parte, che i costi impiantistici relativi ai materiali ed all’installazione risultano essere superiori rispetto a tutte le altre alternativi tecnologiche. Rimane, allora, da valutare quando è conveniente impiegare tali tipi di impianti e quali sono le necessità che portano ad individuarne la loro scelta.
In generale, il risparmio energetico che essi permettono è legato al fatto che mantengono separata l’acqua calda da quella refrigerata sul ritorno dei singoli condizionatori. La presenza contemporanea di acqua a diversa temperatura sul ritorno è tipica di quelle situazioni in cui le diverse utenze richiedono condizioni di climatizzazione opposte tra di loro: ciò si verifica, generalmente, durante le mezze stagioni, in cui la temperatura dell’aria esterna non risulta né eccessivamente calda né eccessivamente fredda. Le particolari situazioni di utilizzo dei vari ambienti, però, o la loro esposizione geografica o la loro disposizione all’interno dell’edificio o la presenza di particolari componenti architettonici determinano una certa variabilità di temperature per cui parte degli occupanti chiedono all’impianto la produzione di caldo mentre la restante parte chiede la produzione di freddo. Così, nella medesima giornata e nel medesimo edificio, ad esempio, i locali esposti a sud e dotati di ampie vetrate con notevole affollamento di persone necessitano di essere condizionati mentre quelli esposti a nord collocati ai piani bassi e soggetti ad ombre riportate potrebbero, invece, richiedere di essere riscaldati. In tale condizione l’impianto a quattro tubi offre, rispetto a quello a tre tubi, dei costi di esercizio inferiori che devono anche essere riferiti al periodo dell’anno in cui tale situazione si verifica. Infatti, durante la stagione invernale o quella estiva è pensabile supporre che le richieste delle utenze siano piuttosto uniformi, per cui l’acqua sul ritorno dalle singole unità o è tutta calda o è tutta fredda per cui l’impianto a quattro tubi non offre alcun vantaggio suppletivo rispetto a quello a soli tre tubi. La scelta del primo, quindi, a discapito del secondo non può non tenere conto di queste considerazioni che si basano sulla previsione di quanti giorni durante l’anno è possibile che le utenze pongano richieste di climatizzazione opposte rispetto ai giorni in cui l’impianto è chiamato a funzionare con il massimo carico termico o frigorifero.
L’impiego del doppio scambiatore permette di mantenere completamente separati il circuito dell’acqua calda e quello dell’acqua refrigerata. Inoltre evita il ricorso all’impiego delle valvole a tre vie non miscelatrici installate a monte dello scambiatore. Ciò evita sicuramente possibili inconvenienti legati al malfunzionamento delle valvole che portano, in alcuni indesiderati casi, ad una difficile regolazione della portata d’acqua sul circuito secondario.
D’altro canto, a fronte di una serie di vantaggi non va trascurato il fatto che gli impianti a quattro tubi richiedono sicuramente costi iniziali di installazione maggiori uniti alla necessità di disporre di spazi tecnici per l’alloggiamento sia del circuito dell’aria primaria sia del circuito idraulico secondario più ampi. Tale esigenza non sempre può venire soddisfatta, come ad esempio accade nel caso di ristrutturazioni di edifici già esistenti. Il maggior costo impiantistico iniziale deve essere rapportato al minor costo di gestione dell’impianto stesso per valutare il tempo d’ammortamento della stesso e quindi per stabilire la convenienza o meno di una soluzione rispetto l’altra. Chiaro che tale tipo di considerazioni non possono essere fatte sul piano generico ma vanno eseguite caso per caso in maniera specifica.
