CENTRO STUDI GALILEO
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PRINCIPI DI BASE DEL
CONDIZIONAMENTO DELL'ARIA
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Il funzionamento degli impianti misti aria-acqua ad induzione durante le stagioni intermedie
Pierfrancesco Fantoni
Una delle difficoltà cui vanno incontro gli impianti centralizzati o parzialmente centralizzati è l’esigenza di garantire condizioni di temperatura e di umidità dell’aria molto eterogenee, in funzione delle diverse esigenze degli utenti e delle diverse caratteristiche degli ambienti.
L’impiego sia dell’aria che dell’acqua come fluidi vettori del calore porta senz’altro ad alcuni vantaggi rispetto ad altre soluzioni tecnologiche caratteristiche del condizionamento dell’aria, ma comunque in alcune situazioni caratterizzate da un’ampia variabilità di esigenze di climatizzazione permangono alcune problematiche che possono essere risolte solo migliorando ulteriormente le complessità impiantistiche.
L’aria primaria che viene trattata nell’unità centralizzata ha il particolare compito, durante il regime di funzionamento estivo, di neutralizzare i carichi latenti e di assicurare l’idoneo ricambio d’aria agli ambienti climatizzati. Come detto, la climatizzazione durante i periodi dell’anno intermedi tra quello più caldo e quello più freddo avviene con funzionamento in regime estivo. In tali periodi la temperatura esterna non raggiunge valori elevati e, anzi, in talune giornate si abbassa fino a tal punto da richiedere l’immissione di aria calda in alcuni ambienti. In queste occasioni il compito di neutralizzare i carichi sensibili positivi specifici di ogni ambiente rimane compito dell’acqua fredda del circuito secondario, mentre l’aria primaria è in grado di apportare, laddove richiesto, del calore grazie al processo di postriscaldamento che viene eseguito a valle dell’UTA all’inizio della canalizzazione primaria. Tale preriscaldamento viene regolato da un termostato TP che rileva la temperatura dell’aria primaria entro la canalizzazione di mandata dell’aria stessa e che viene tarato sulla base della rilevazione compiuta da un secondo termostato TA che rileva la temperatura dell’aria ambiente prelevata all’esterno e che viene trattata dall’UTA. La figura 1 riporta un estratto dello schema impiantistico già illustrato in precedenza e che descrive tale soluzione.
In tale situazione l’apporto termico ai singoli locali avviene in maniera centralizzata attraverso l’aria primaria che deve essere in grado di soddisfare le specifiche esigenze di ogni singolo ambiente. Si tratta, quindi, di garantire ad ognuno di essi portate di aria adeguate che, ovviamente, variano da caso a caso. Ciò viene fatto attraverso l’opportuna scelta delle dimensioni dei condizionatori a cui è deputato il compito di immettere l’aria primaria nei locali.
In riferimento alla figura 2 possiamo pensare a diversi locali che si trovano dislocati in maniera diversa all’interno di un edificio. L’ambiente A si trova con 3 pareti perimetrali esterne ed è caratterizzato da una superficie vetrata importante. L’ambiente B è di dimensioni inferiori a quelle di A, ha superfici vetrate inferiori e si trova meno esposto rispetto l’esterno. L’ambiente C risulta avere una parete confinante con l’esterno molto ridotta, così come la sua superficie vetrata. Infine, l’ambiente D, il corridoio, ha pareti perimetrali totalmente interne e non è provvisto di superfici vetrate.
Durante la stagione intermedia, in cui ancora l’impianto di climatizzazione funziona in regime estivo, possono verificarsi giornate caratterizzate da basse temperature ambiente. In tali casi si verificano delle dispersioni termiche attraverso le pareti esterne dei singoli ambienti, tanto maggiori quanto più è esiguo il loro grado di coibentazione. Inoltre tali disperdimenti risultano essere ovviamente maggiori in quei locali che si caratterizzano dall’avere superfici perimetrali esterne maggiori, come l’ambiente A. Così può verificarsi il caso che mentre tutti gli altri ambienti non necessitano di apporti di calore, in quanto le dispersioni termiche risultano essere limitate, o addirittura che continuino a richiedere raffrescamento, l’ambiente A abbia la necessità di ricevere un bilanciamento delle dispersioni termiche cui è soggetto. A tale compito è deputata l’aria primaria che viene, allo scopo, postriscaldata.
Il condizionatore posto nell’ambiente A deve essere scelto in modo da poter soddisfare la richiesta di riscaldamento dell’ambiente più esposto ai disperdimenti termici durante le giornate più fredde delle stagioni intermedie, quando non è ancora stata effettuata la commutazione nel regime di funzionamento invernale e, dunque, nel circuito secondario dell’acqua non circola ancora acqua calda.
Chiaramente, data la molteplicità di situazioni che si possono presentare in un edificio in funzione delle numerose variabili che intervengono (esposizione del locale, destinazione d’uso, tecnologie costruttive, cubature, ecc.) la scelta dei singoli condizionatori non è di immediata esecuzione, dato che occorre tenere presente che la portata d’aria che essi devono erogare dipende dalle necessità di ventilazione di ogni ambiente, dal fatto che ogni condizionatore deve essere in grado di soddisfare le richieste di neutralizzazione dei carichi sensibili e dei carichi latenti specifici e che, infine, va tenuto conto delle frecce d’aria e del connesso livello di rumorosità dovuto al loro funzionamento. Tutto ciò, come detto, va conciliato con la necessità di garantire in determinati ambienti una portata d’aria primaria necessaria a garantire il riscaldamento nelle mezze stagioni quando l’impianto funziona in regime estivo.
Poiché non è sempre agevole scegliere un’unica portata d’aria primaria che soddisfi le esigenze di una grande quantità di ambienti certe volte si ricorre a delle zonizzazioni degli ambienti, raggruppandoli in maniera omogenea, in modo che essi siano asserviti da diverse portate d’aria primaria. In questo modo non è necessario dimensionare le portate d’aria primaria in maniera univoca sulla base delle esigenze degli ambienti con richieste maggiori, ma si possono avere più portate d’aria primaria, di entità inferiori, più soddisfacenti le singole zone omogenee individuate.
Le stagioni intermedie, quando l’impianto lavora in regime estivo, non costituiscono un periodo ottimale di funzionamento dal punto di vista energetico. Infatti, l’aria primaria postriscaldata necessaria al soddisfacimento delle utenze più fredde, serve anche le utenze che non richiedono potenza termica. Talvolta esse, anzi, necessitano di sottrazione di carichi termici, ragione per cui oltre al normale carico positivo è necessario sottrarre da esse il carico derivante dall’aria primaria postriscaldata che viene immessa in ambiente. A tale compito è deputata l’acqua fredda del circuito secondario, che così permette il raffrescamento dei locali che si caratterizzano per le temperature maggiori ma, appare evidente, che tale sistema comporta degli sprechi energetici, dato che l’aria che viene immessa nei locali viene prima riscaldata centralmente per poi essere raffreddata in corrispondenza del singolo condizionatore.
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