CENTRO STUDI GALILEO
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PRINCIPI DI BASE DEL
CONDIZIONAMENTO DELL'ARIA
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Gli impianti misti aria-acqua ad induzione a tre tubi
Pierfrancesco Fantoni
Così come si ha per gli impianti a sola acqua a ventilconvettori, anche per gli impianti misti aria-acqua ad induzione è possibile avere soluzioni a tre tubi, che consentono una migliore gestione economica dell’impianto stesso rispetto alla soluzione a due soli tubi.
Gli impianti ad induzione a due tubi necessitano della commutazione estate/inverno per poter soddisfare le esigenze di climatizzazione dei locali. Durante la stagione fredda nel circuito d’acqua secondario circola acqua calda mentre l’aria primaria ha una temperatura ridotta. Durante la stagione calda nel circuito secondario viene fatta circolare acqua refrigerata, così come fredda risulta essere l’aria primaria. Nelle stagioni intermedie, con regime di funzionamento sempre estivo, l’aria primaria viene postriscaldata e giunge ai condizionatori locali a temperature medie. Dal punto di vista della conduzione dell’impianto tale fatto richiede di saper decidere la commutazione dell’impianto in corrispondenza di una certa data, mentre dal punto di vista della progettazione necessita di un particolareggiato calcolo per stabilire le idonee portate di aria dell’impianto primario. Inoltre, dal punto di vista energetico, il funzionamento durante le stagioni intermedie comporta sprechi che non possono essere tecnicamente eliminati.
Negli impianti misti aria-acqua a tre tubi i condizionatori locali vengono alimentati sia con acqua calda sia con acqua fredda in grado di circolare in due circuiti secondari distinti. (Vedi figura 1). Così come avviene negli impianti ad acqua a ventilconvettori, la portata d’acqua che attraversa lo scambiatore del condizionatore viene regimentata da una valvola non miscelatrice a tre vie, che permette alternativamente o il flusso dell’acqua calda o quello dell’acqua fredda all’interno dello scambiatore. La regolazione della valvola avviene grazie al termostato ambiente che è posizionato in ogni locale e che può essere impostato dall’utente. La portata di acqua che attraversa la valvola è modulabile in ragione delle richieste di caldo/freddo che provengono dall’ambiente. A valle dello scambiatore vi è un’unica tubazione per il ritorno dell’acqua, destinata a raccogliere sia l’acqua calda che l’acqua fredda che provengono dai vari condizionatori e che, in tal modo, si miscelano tra loro.
Con tale tecnologia si riesce a soddisfare in maniera istantanea e peculiare le richieste di ogni utenza, indipendentemente dalla stagione e dal regime di funzionamento, che ora non è più suddiviso tra estivo ed invernale. In caso di richiesta di caldo, la valvola non miscelatrice permette il passaggio dell’acqua calda all’interno dello scambiatore, mentre in caso di richiesta di freddo consente il flusso dell’acqua refrigerata, che così neutralizza i carichi sensibili presenti all’interno del locale. All’aria primaria rimane il compito di regolare l’umidità dell’aria all’interno del locale e di garantire la ventilazione dello stesso, compreso il normale ricambio d’aria. Non risulta più necessario, di conseguenza, procedere al postriscaldamento dell’aria durante le stagioni intermedie per garantire l’esigenza di riscaldamento di alcuni locali, fatto che, come detto, non risulta essere economicamente conveniente, in quanto richiede l’immissione di acqua refrigerata nello scambiatore dei condizionatori, posizionati nei locali dove vi è richiesta di freddo, per neutralizzare il carico derivante dall’aria primaria stessa. Inoltre, dal punto di vista impiantistico, si ha la semplificazione di eliminare la batteria di postriscaldamento sul condotto dell’aria primaria. Per tali ragioni l’aria primaria viene inviata dall’unità di trattamento centralizzata ai singoli condizionatori costantemente ad una temperatura di 10-12 °C circa.
Come appena detto, l’aria primaria, che viene trattata nell’unità centralizzata, risulta avere una temperatura sostanzialmente costante durante tutto l’arco dell’anno, con valore che viene fissato in fase progettuale anche in funzione del carico latente che insiste nei vari ambienti. Tra la temperatura dell’aria primaria all’uscita dell’unità di trattamento centrale e la temperatura dell’aria stessa all’entrata dei condizionatori locali si ha uno scarto dovuto al fatto che tale aria acquista calore percorrendo i condotti centralizzati ed attraversando i vari ventilatori per la sua movimentazione. Tale riscaldamento risulta essere funzione della lunghezza e della geometria dei condotti stessi e si può orientativamente stimare in circa 3 °C. Questo significa che l’aria primaria all’uscita del condizionatore posto nel singolo locale ha una temperatura, quando viene immessa in ambiente, di circa 12-13 °C. La portata di aria primaria necessaria viene stabilita sulla base del fabbisogno di ventilazione degli ambienti e sulle richieste di deumidificazione presenti.
Per ottenere una temperatura dell’aria primaria attorno ai 10 °C all’uscita dell’unità centralizzata di trattamento è necessario che l’acqua refrigerata che circola nella batteria di scambio abbia una temperatura di circa 5-6 °C.
Il chiller, oltre a garantire la produzione di acqua per l’UTA deve anche provvedere alla produzione di acqua refrigerata da inviare nella stagione estiva al circuito secondario che comprende i condizionatori locali. In tale caso la temperatura di tale acqua non può essere eccessivamente bassa, dato che in tal caso attraversando lo scambiatore del condizionatore potrebbe provocare sulla batteria la condensazione dell’umidità contenuta nell’aria ambiente. Per tale ragione la temperatura della batteria del condizionatore è preferibile non scenda al di sotto della temperatura di rugiada dell’aria ambiente e quindi non vada, normalmente, al di sotto di 11-12 °C.
Durante la stagione invernale il riscaldamento dell’aria ambiente di ogni locale risulta essere affidato all’acqua calda del circuito secondario. La temperatura di tale acqua deve essere in grado di permettere al singolo condizionatore di bilanciare le dispersioni termiche attraverso le pareti del locale e di mantenere al valore desiderato la temperatura dell’aria ambiente. Per ottenere ciò essa deve essere in grado di riscaldare l’aria primaria dalla temperatura a cui viene immessa in ambiente (circa 12-13 °C) alla temperatura che si desidera avere nel locale.
In un impianto a tre tubi l’acqua calda e l’acqua fredda del circuito idraulico secondario sono entrambi disponibili contemporaneamente per l’alimentazione dei singoli condizionatori locali. Data la problematica della miscelazione dell’acqua calda e dell’acqua refrigerata all’interno della tubazione di ritorno risulta conveniente, dal punto di vista termodinamico, che le loro temperature risultino essere le più differenti possibili, in modo tale da avere portate d’acqua le più ridotte possibili, compatibilmente con i carichi termici che insistono nei vari locali. Infatti, per garantire una determinata potenza termica o frigorifera, è possibile agire o sulla temperatura dell’acqua o sulla sua portata. A causa della miscelazione tra acqua calda e acqua fredda a valle dello scambiatore del condizionatore, portata d’acqua che deve venire ritrattata o dalla centrale termica o dal chiller per essere riutilizzabile, è preferibile avere in circolo ridotte portate d’acqua. Va da sé che per ottenere la desiderata potenza termica o frigorifera la temperatura dell’acqua secondaria deve essere o molto elevata o molto bassa.
