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PRINCIPI DI BASE DEL CONDIZIONAMENTO DELL'ARIA
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Tipologie di impianti di condizionamento

Pierfrancesco Fantoni

Introduzione

Per organizzare una classificazione degli impianti di condizionamento occorre prendere in considerazione, come prima cosa, il fluido o i fluidi che vengono utilizzati per il trasporto dell’energia termica o frigorifera.

La scelta di impianti misti, utilizzanti sia l’aria che l’acqua come fluido di lavoro, nasce dalla necessità di conciliare opposte esigenze tecnologiche e impiantistiche.

L’aria

L’aria è il fluido che trova larga applicazione negli impianti di condizionamento: essa può venire immessa direttamente nei locali da condizionare, una volta che è stata opportunamente trattata nella relativa unità, senza la necessità di subire ulteriori scambi di calore o particolari processi. L’aria offre il vantaggio di poter essere direttamente recuperata dall’ambiente condizionato, oppure di essere adeguatamente miscelata con altre portate d’aria ricircolate in modo da contenere la spesa necessaria per raggiungere le caratteristiche di temperatura e umidità desiderate. Inoltre, in particolari periodi dell’anno è possibile eseguire il free-cooling, ossia il raffreddamento diretto dei locali approfittando delle caratteristiche dell’aria prelevata dall’esterno. Attraverso l’utilizzo dell’aria come fluido vettore è possibile controllare in maniera più precisa e puntuale i carichi temici latenti, in particolare il grado di umidità che si desidera ottenere all’interno dell’ambiente condizionato.

A fronte di tali positive caratteristiche sull’altro piatto della bilancia occorre mettere il fatto che per ottenere potenze termiche o frigorifere importanti è necessario trattare grandi quantitativi d’aria, dato il suo ridotto calore specifico, oppure agire con differenziali di temperatura molto elevati. In ambedue i casi, comunque, è necessario far fronte ad attenzioni di tipo impiantistico-tecnologico: nel caso di impianti che trattano grandi portate d’aria si deve ricorrere a canalizzazioni di dimensioni significative, con conseguente aumento degli ingombri dell’impianto e sottrazione di volumi agli spazi utili dei locali. Non sempre è possibile avere a disposizione tali volumi, soprattutto quando si procede a ristrutturazioni di edifici esistenti ove l’aspetto architettonico e volumetrico degli edifici impone scelte molto spesso obbligate. Per ovviare  a tale inconveniente si può pensare, allora, di ricorrere ad impianti con canalizzazioni caratterizzate da grande velocità dell’aria, in modo tale da ridurne la sezione caratteristica pur mantenendo la portata di aria necessaria a soddisfare i carichi termici.

In questo caso, però, va preso in considerazione il possibile verificarsi di rumorosità nei canali proprio a seguito di tale elevata velocità, nonché la possibilità che, una volta immessa nel locale condizionato, tale aria sia fonte di disturbi o stati di disagio per gli occupanti. Per ovviare al primo inconveniente è necessario giocoforza dotare di rivestimenti fonoassorbenti le canalizzazioni, fatto che comporta, ovviamente, delle spese di investimento iniziale per l’impianto maggiori. Inoltre va posta particolare attenzione alle bocchette d’uscita dell’aria, adottando particolari attenzioni in modo che la rumorosità risulti essere di grado accettabile. Per limitare il rischio di fastidi per gli occupanti il locale condizionato vanno adottati particolari apparecchi diffusori dell’aria, in grado di garantire uniforme distribuzione dell’aria in tutto il locale senza causare problemi percettivi agli occupanti. Non va dimenticato, infine, che per ottenere maggiori velocità dell’aria nei canali va pensato l’impiego di  ventilatori più potenti e con maggiori dimensioni, nonché il fatto che, nella maggioranza dei casi, sia necessario ricorrere a maggiore pressione dell’aria stessa all’interno dei canali.

Anche quando si lavora con differenziali di temperatura elevati, sempre nell’ottica di garantire una determinata potenza termica o frigorifera pur con portate volumetriche accettabili, è necessario adottare opportuni accorgimenti tecnologici in modo che l’aria che viene immessa nel locale non provochi situazioni di disagio: infatti, se la temperatura dell’aria immessa è molto diversa da quella dell’aria presente nel locale potrebbero verificarsi casi in cui gli occupanti vengono investiti da masse d’aria a temperatura troppo diversa da quella ambiente, con conseguente grave sensazione di fastidio. Anche in questo caso, per evitare l’inconveniente, vanno pensati apparecchi di diffusione in grado di miscelare, prima dell’immissione diretta, i volumi di aria immessa nel locale con adeguate portate d’aria già presente in esso.

L’acqua

Avendo un calore specifico molto superiore a quello dell’aria, l’acqua è in grado di trasportare grandi quantità di calore con la movimentazione di meno materia. Questo significa avere la necessità di disporre di spazi più ristretti per la posa delle relative tubazioni e quindi ingombri molto più contenuti. Tale peculiarità consente di predisporre impianti di condizionamento anche in edifici con ridotti spazi tecnici a disposizione o soggetti a particolari limitazioni architettoniche.

Un ulteriore punto a favore dell’impiego dell’acqua come fluido termovettore è la possibilità di immagazzinare energia termica o frigorifera per poterla usufruire all’occorrenza.  La produzione del caldo e del freddo, in tale modo, può avvenire anche in momenti diversi da quelli in cui se ne ravvisa la necessità di utilizzo, sfruttando particolari periodi della giornata in cui è più conveniente far funzionare gli impianti. Inoltre, la circolazione dell’acqua nel circuito idraulico non richiede costi energetici elevati, se parametrati a quelli necessari per la circolazione di un aeriforme.

Per contro va considerato che impiegando l’acqua come fluido termovettore non è possibile procedere alla regolazione dell’umidità dell’aria ambiente (se non in maniera piuttosto grossolana) con la conseguente facoltà di neutralizzare prevalentemente i soli carichi termici sensibili. Inoltre, non trattando direttamente l’aria ambiente, non si ha la possibilità di trattarla, di riciclarla o miscelarla per migliorare, ad esempio, le sue caratteristiche di purezza.

Tipologie di impianti

Sulla base dell’utilizzo dell’aria o dell’acqua come fluido termovettore si può procedere ad una prima classificazione degli impianti di condizionamento. La tabella 1 riporta le varie tipologie possibili: l’abbinamento dell’aria e dell’acqua come fluidi di lavoro consente di avere impianti maggiormente rispondenti alle esigenze di trattamento dell’aria superando quegli inconvenienti che sono stati evidenziati nelle righe precedenti.

Della tipologia di impianti a sola acqua, quella che prevede l’impiego dei ventilconvettori, se ne è già parlato diffusamente in passato. Degli impianti misti aria-acqua  sono già stati largamente trattati quelli ad induzione (nelle varie tipologie a due, tre, quattro tubi) e quelli a pannelli radianti con aria primaria.