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CENTRO STUDI GALILEO

 

PRINCIPI DI BASE DEL CONDIZIONAMENTO DELL'ARIA
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La regolazione nei diversi regimi di funzionamento degli impianti di climatizzazione misti aria-acqua ad induzione

Pierfrancesco Fantoni

Introduzione

In quest’ultima parte che riguarda gli impianti di climatizzazione misti ad aria e acqua vengono evidenziate le varie modalità di funzionamento e di regolazione  nei diversi regimi di lavoro. Questa tipologia di impianti risulta essere abbastanza versatile nel soddisfare le diverse esigenze di caldo/freddo delle utenze. Inoltre, in determinate condizioni  e per una tipologia di climi non eccessivamente rigidi, è possibile avere regimi di funzionamento che permettono il recupero di calore e quindi di godere di importanti risparmi energetici.

Dal punto di vista della funzionalità gli impianti misti costituiscono una soluzione più idonea rispetto a quelli a sola acqua per soddisfare le esigenze di condizionamento delle utenze.

Analisi dei regimi di funzionamento

Gli impianti misti acqua-aria offrono l’opportunità di annullare i carichi termici presenti nei locali da condizionare sia attraverso l’acqua (calda o fredda) che circola nel circuito secondario sia attraverso l’aria (generalmente a bassa temperatura) che fluisce nei condotti del circuito primario.

In regime estivo, con elevate temperature dell’aria ambiente, il compito di sottrarre il calore latente ed il calore sensibile in eccesso è affidato all’aria primaria ed all’acqua secondaria, entrambi mantenute a bassa temperatura. Nel regime di funzionamento invernale, invece, con temperature dell’aria ambiente ridotte, la neutralizzazione delle dispersioni di calore che si verificano nei locali trattati è affidata prevalentemente all’acqua, che provvede a cedere il proprio calore all’aria secondaria in corrispondenza dei condizionatori posti in ogni locale. In questa situazione l’aria primaria viene inviata ai condizionatori a bassa temperatura: infatti il suo compito è prevalentemente quello di regolare l’umidità dell’aria e di garantire la ventilazione ed il ricambio dell’aria all’interno dei locali.

Nei regimi di funzionamento intermedi tra quello estivo e quello invernale è possibile scegliere diverse regolazioni sul circuito primario e su quello secondario. Per temperature esterne miti, come possono essere quelle della media primavera o del primo autunno, le richieste dell’utenza possono essere contemporaneamente sia di riscaldamento che di raffrescamento, a seconda della destinazione d’uso dello specifico locale, del suo grado di affollamento giornaliero, della sua esposizione geografica e della sua strutturazione architettonica (presenza di grandi superfici vetrate, di parasole, ecc.). In caso di richiesta di raffrescamento di un locale viene inviata al condizionatore acqua refrigerata a bassa temperatura ed immessa nel locale aria primaria a temperatura variabile, anche a seconda del grado di umidità che si desidera nel locale stesso. Quando la temperatura ambiente non è molto elevata, l’aria prelevata all’esterno, dopo essere stata trattata nell’unità centralizzata, viene opportunamente postriscaldata in modo da raggiungere la temperatura più idonea per essere immessa nel locale. Al limite questa regolazione può essere idonea anche per il regime invernale in presenza di climi non molto freddi: tuttavia l’apporto di calore mediante il postriscaldamento dell’aria primaria non può soddisfare carichi termici consistenti per cui, con temperature esterne più fredde, la regolazione deve essere commutata sul regime invernale. In tale caso l’aria primaria non viene più postriscaldata e il soddisfacimento della potenza termica richiesta dall’utenza viene affidato all’acqua calda che circola nel circuito secondario.

In particolari situazioni può verificarsi la richiesta di raffrescamento anche durante la stagione invernale. Questo può essere il caso di locali molto ben isolati lungo le pareti perimetrali e con fonti di calore interne che contribuiscono ad immettere costantemente carichi termici positivi nei locali. In tali occasioni l’impianto deve soddisfare contemporaneamente la richiesta di freddo da parte di detti locali e la richiesta di caldo di altri locali, in cui non sono presenti simili sorgenti di calore. Il regime di funzionamento invernale si adatta a soddisfare tali richieste in maniera soddisfacente. Mentre nei locali che richiedono di essere riscaldati si ha la circolazione dell’acqua calda secondaria e dell’aria fredda primaria, come si è già detto, nei locali che richiedono una diminuzione della temperatura ed un controllo dell’umidità si consente la circolazione della sola aria primaria e, al limite, una circolazione parziale e controllata dell’acqua calda in modo da ottenere la temperatura desiderata nel locale.

Caratteristiche di lavoro degli impianti misti aria-acqua

La figura 1 riporta in maniera semplificata le temperature dei fluidi di lavoro in un impianto misto. Il grafico è suddiviso in due parti distinte, corrispondenti al regime di lavoro invernale ed estivo. In maniera del tutto indicativa è stata segnata una temperatura dell’aria esterna di 10 °C quale valore rispetto al quale effettuare la commutazione della regolazione estate/inverno.

Nel regime estivo l’acqua del circuito secondario che attraversa gli scambiatori dei singoli condizionatori ha una temperatura sensibilmente costante attorno a 9-10 °C indipendentemente dalla temperatura dell’aria esterna (tratto AB del grafico). Contemporaneamente l’aria primaria, trattata nell’unità centrale, che viene immessa direttamente nei locali ha una temperatura di circa 12-13 °C. Tale valore viene mantenuto in corrispondenza delle temperature più alte dell’aria ambiente (dai 30 ai 40 °C, tratto EF del grafico). Quando la temperatura ambiente tende a scendere, tale aria viene postriscaldata prima di essere immessa nei locali (tratto FG del grafico). Se previsto in fase progettuale, tutto o parte del calore necessario al postriscaldamento può essere recuperato dal condensatore del chiller che raffredda l’acqua del circuito secondario.

Alla commutazione estate/inverno nel circuito secondario circola acqua calda a temperatura variabile dai 35 ai 55 °C (tratto CD del grafico) a seconda della temperatura dell’aria esterna. Contemporaneamente dal circuito primario viene immessa nei locali l’aria prelevata dall’esterno ed opportunamente trattata. Generalmente essa ha una temperatura ridotta che si attesta attorno ai 10-11 °C (tratto HI del grafico). Come già detto, in particolari situazioni è possibile arrestare la circolazione dell’acqua calda per avere come effetto finale un raffrescamento dei locali attraverso l’aria primaria che si trova a bassa temperatura.

Confronto con gli impianti a sola acqua

Descritte le principali caratteristiche degli impianti misti aria-acqua ad induzione è possibile paragonare alcune delle funzionalità che essi offrono con quelle tipiche degli impianti a ventilconvettori a sola acqua. Ovviamente il raffronto viene fatto prendendo in considerazione, per entrambe le tipologie, quelle a due tubi, ossia quegli impianti che non permettono di avere a disposizione presso l’unità terminale nel medesimo istante sia l’acqua calda che l’acqua fredda.

Innanzitutto gli impianti misti permettono, rispetto agli impianti a sola acqua, di controllare l’umidità all’interno dei locali, grazie alla funzione svolta dall’aria primaria. Quest’ultima permette di garantire anche il ricambio dell’aria, fatto non previsto dagli impianti a sola acqua. Il tutto risulta svincolato dalla regolazione della temperatura dei singoli locali che viene attuata grazie alla funzione svolta dall’aria secondaria che transita nei singoli condizionatori e che può essere modificata grazie alla variazione della portata d’acqua calda o fredda che circola nelle batterie.

Inoltre, gli impianti ad induzione basano la loro efficacia sull’impiego di due fluidi, l’aria e l’acqua, che permettono di concorrere alle finalità desiderata in maniera complementare. L’aria primaria risulta essere quasi esclusivamente aria prelevata all’esterno, fatto che evita il ricircolo dell’aria stessa e la miscelazione di diversi quantitativi provenienti dai vari locali interni.

Infine, rimangono invariate, e forse anche rafforzate, le possibilità di soddisfare le esigenze di climatizzazione delle varie utenze anche quando esse risultano essere di natura opposta.