Gli obiettivi di questo incontro consistono nel dare alcune informazioni di caratte-re tecnico e pratico sufficienti per capire i fenomeni su cui si basa la climatizza-zione ed essere in grado di scegliere, almeno nei casi più comuni, la macchinagiusta per soddisfare le aspettative del cliente.

Tutti noi abbiamo esempi quotidiani e conosciamo in modo intuitivo i fenomeni piùevidenti legati al calore ed alle sue applicazioni, tuttavia converrà rivedere inmodo più approfondito i concetti che sono alla base di tale fenomeno e le unità dimisura che si usano in questo campo della tecnica.

IL CALORE E TEMPERATURA

Si può anzitutto dire che il calore è una forma di energia e che esso è tanto più“NOBILE”, ovvero tanto più sfruttabile, quanto più alta è la sua temperatura.

La TEMPERATURA possiamo definirla come una specie di indice della attitudi-ne di questa energia ad essere sfruttata, tanto più alto è l’indice tanto meglio siriesce a sfruttarla.Volendo fare una similitudine si potrebbe paragonare la temperatura alla altezza,rispetto a terra, a cui si trova un peso, magari collegato con una carrucola; alloraè intuitivo osservare che il peso cadendo può compiere del lavoro, e che tanto piùin alto parte tanto maggiore sarà il lavoro che riuscirà a compiere prima di arriva-re a terra; un peso posto a 10 metri di altezza farà sicuramente più lavoro di unoposto a 10 millimetri.Però la altezza a cui il peso è, non dice quanto lavoro potrà… essere fatto, infat-ti un conto è che si abbia un peso di un quintale, un altro è che si abbia il peso diun grammo.

Si osservi poi che il CALORE passa spontaneamente dai corpi più caldi a quellipiù freddi, ossia dai corpi a temperatura più elevata a quelli con temperaturameno elevata; questo fenomeno è estremamente importante perché è alla basedel funzionamento delle macchine e degli impianti oggetto di queste considera-zioni.

La unità di misura delle temperature è il Grado Centigrado °C e la differenza tradue temperature si chiama normalmente (DELTA T) ∆∆T

LA QUANTITA’ DI CALORE

La energia termica, si indica in genere con Q, che è contenuta in un oggetto, puòessere quindi sfruttata o trasferita (almeno in parte), e ciò dipende da vari fattori:

- La massa del corpo; tanto più grande è il corpo tanto maggiore sarà l’energia inesso contenuta.

- La sostanza di cui il corpo è costituito; ad esempio l’aria, a parità di massa ècapace di immagazzinare meno calore della identica quantità di acqua; si parlacioè del calore specifico.

1

1Capitolo

1.1 OBBIETTIVIDELL’INCONTRO

1.2 RICHIAMI DI TERMODINAMICA

1.2.1 UNITA’ DI MISURA

- La unità di misura del calore è il KW, ma ancora molto usata è la Kcal ;

1000W = 1KW = 860 Kcal

1 Kcal = Calore necessario per innalzare di un grado Centigrado la temperaturadi 1 Kg di acqua

E’ ancora usato frequentemente nel condizionamento domestico il BTU (BritishThermal Unit - unità di misura Inglese)

4 BTU = 1 Kcal1 BTU = 0.29 W

Es.Potenza Macchina BTU 6000 9000 12000Kcal 1500 2250 3000KW 1.75 2.6 3.5

L’esperienza quotidiana suggerisce che mettendo a contatto due corpi, uno caldoed uno freddo, dopo un poco di tempo quello più caldo si è raffreddato e quellopiù freddo si è riscaldato e che questo fenomeno procede con il procedere deltempo fino a quanto si è raggiunto l’equilibrio, ossia i due corpi sono alla stessatemperatura.

Fig.1

1.2.2 LA TRASMISSIONEDEL CALORE

Fig.2

2

Il calore allora fluisce spontaneamente dal corpo più caldo a quello più freddo, macon quali modalità ? Osservando i fenomeni che avvengono spontaneamente si nota che:

A) Si mettano a contatto due corpi, per esempio due cubi identici di ferro, unopoco più caldo dell’altro, (per es. uno a 10°C e l’altro a 20°C) e si osservi qualisono stati i cambiamenti, dopo per es. un minuto: si troverà che il più freddo si è riscaldato seppure di poco (es. 14°C) e quellocaldo si è raffreddato (es. 16°C) Si ripeta ora la prova usando gli stessi due corpi, ma uno molto più caldo del-l’altro (per es. 10°C e 100°C); dopo un minuto quello più freddo si è riscalda-to sensibilmente (es. 40°C) e parimenti quello più caldo si è raffreddato(es.70°C)

Da questa osservazione si può ricavare che:

- La quantità di calore che passa nella unità di tempo dal corpo più caldo aquello più freddo, è tanto più grande quanto più grande è la differenza di tem-peratura tra i due corpi ∆T

B) Si ripeta la prova fatta prima interponendo tra i due corpi dei fogli di diversimateriali, prima uno di legno e poi uno di metallo, alla fine del minuto si potràosservare, nel primo caso, un aumento molto modesto di temperatura di quel-lo più freddo ed una pari diminuzione di quello più caldo; un aumento sensibi-le nel secondo caso.

Da questa osservazione si può ricavare che:

- La quantità di calore che passa nella unità di tempo è tanto più grande quantomaggiore è la conducibilità termica della parete che separa i due corpi stessi,ossia tanto minore è la resistenza che detta parete oppone al passaggio delcalore.

- La unità di misura della Conducibilità Termica di una parete si indica general-mente con il simbolo K (W/m2.h.°C)

C) Si ripeta la prova fatta in A) accostando i due corpi in modo che si tocchino unavolta solo per una piccola parte, e successivamente accostandoli in modo chesi tocchino su tutta la superficie. Si osservi cosa è successo dopo un minutoin un caso e nell’altro; nel caso di contatto con piccola superficie il corpo piùfreddo si è riscaldato molto meno che nel caso in cui i corpi si toccano com-pletamente.

da questa osservazione si può ricavare che:

- La quantità di calore è tanto più grande quanto maggiore è la superficie attra-verso cui avviene il passaggio.

- La unità di misura della superficie si indica generalmente con S (m2) Metri quadri.Riassumendo le osservazioni fatte si può affermare che la quantità di calore Qche passa da un corpo caldo ad uno più freddo nella unità di tempo è: 1- tanto più grande quanto maggiore è la differenza di temperatura tra i due corpi2- tanto più grande quanto maggiore è la conducibilità della parete che sta tra i

due corpi3- tanto maggiore quanto più grande è la superficie di contatto; tutto ciò è espres-

so in forma matematica dalla seguente relazione:

dove i simboli hanno il significato appena descritto.

Q = K S ∆∆T

3

Parliamo ora del CALORE LATENTE perché questo concetto è indispensabilealla comprensione dei fenomeni che sono alla base del ciclo frigorifero e della cli-matizzazione.

Per comprendere questo fenomeno si deve tornare ai concetti base della fisicadei corpi ed in particolare allo stato dei corpi, ed al fatto che questi possono esi-stere in quattro stati:

- solido- liquido- gassoso- plasma

Soltanto di due di essi e cioè quello liquido e quello gassoso saranno qui presi inconsiderazione, ma ciò che verrà detto vale concettualmente anche per gli altri.

Una sostanza, per esempio l’acqua, è costituita da molecole che sono legate tradi loro con dei legami fisici che ne determinano lo stato.Intuitivamente è facile vedere che tanto maggiore è la forza ed il numero di que-sti legami, tanto minore sarà la libertà di movimento di una molecola rispetto allevicine, e quindi che lo stato solido sarà caratterizzato dai legami forti, stabili e dif-ficilmente modificabili, il corpo possiede una sua forma ben definita. Lo stato liqui-do è caratterizzato da legami meno forti e numerosi, tali che è possibile un rela-tivo movimento delle molecole le une rispetto alle altre, il corpo non possiede unasua forma definita ma assume la forma del recipiente che lo contiene. Lo statogassoso è caratterizzato da legami pressoché nulli, infatti se immesso in un reci-piente occupa tutto il volume disponibile.

1.2.3 IL CALORELATENTE

Fig.4

4

Fig.3

Q

K S

∆T

Da questo si vede facilmente che passare da uno stato, per esempio liquido, aduno gassoso, equivale a dover rompere un certo tipo e numero di legami fra lemolecole e quindi fatalmente a spendere della energia.Questo fenomeno è chiamato comunemente Evaporazione o Ebollizione e tuttisanno per esperienza diretta che per far bollire una pentola di acqua è necessa-rio somministrare energia sotto forma di calore.Infatti si osserva che, messa la pentola sul fuoco, ad una somministrazione dienergia sotto forma di calore, prima corrisponde un innalzamento di temperatura,e poi la crescita della temperatura si arresta ed inizia la ebollizione, cioè propriola trasformazione di stato da liquido a gassoso. Si può anche osservare che spegnendo la fiamma la ebollizione si arresta imme-diatamente, dunque vi è la prova che, raggiunta una certa temperatura, l’energiache viene data con la fiamma serve solo alla trasformazione liquido-vapore.

Questa energia usata per trasformare una sostanza da uno stato fisico ad un’al-tro si chiama CALORE LATENTE; di evaporazione, di condensazione, di solidifi-cazione, di liquefazione a seconda della trasformazione a cui è legato.

Siccome in natura nulla si crea e nulla si distrugge è ovvio che la energia impie-gata per far passare un liquido allo stato gassoso non è distrutta, ma rimaneimmagazzinata nel gas (in modo per così dire nascosto, di qui il nome “Latente”)e viene restituita integralmente nel processo inverso.Infatti avendo una sostanza allo stato gassoso e sottraendole calore (ossia raf-freddandola, cioè riscaldando un corpo più freddo con cui si mette a contatto),essa rimane alla stessa temperatura (che è la stessa alla quale era avvenuta laevaporazione),ed il gas torna liquido. Dunque la energia che era stata spesa all’i-nizio viene tutta restituita e, sia in un caso che nell’altro, sotto forma di calore.

Praticamente come si può dare calore ad un corpo? è semplice ricordando quan-to detto prima; mettendolo a contatto con uno più caldo; e per toglierli calore, cioèraffreddarlo? basterà metterlo a contatto con uno più freddo.

Si può allora definire come Calore Sensibile l’energia impiegata per cam-biare la sola temperatura di un corpo, ma non il suo stato fisico, e che que-sto processo comporta cedere o ricevere delle quantità di calore, il cheavviene mediante i fenomeni di trasmissione del calore prima esaminati.

Analogamente si potrà affermare che il Calore Latente di una sostanza è laquantità di energia necessaria a farle cambiare stato fisico senza alterare lasua temperatura.

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Fig.5

Il CALORE LATENTE è un qualcosa che è caratteristico della sostanza edanche intuitivamente si potrà affermare che le quantità di calore in gioco sarannotanto più grandi quanto maggiore sarà la quantità di materia che cambia stato.

Meno intuitivo è ricordare che la temperatura a cui avviene il cambiamento distato varia al variare della pressione. Chi ha provato a cucinare gli spaghetti in rifugio ad alta quota capirà perfetta-mente, infatti avrà notato che è necessario un tempo di cottura insolitamentelungo, in quanto la temperatura dell’acqua in ebollizione è scesa di parecchi gradirispetto alla pianura. La pressione atmosferica infatti è tanto più bassa quanto piùsi sale in montagna (per es. a quota 5.000 mt la pressione è praticamente lametà di quella al livello del mare).

Questa influenza della pressione sulla temperatura a cui avviene il fenomeno delcambiamento di stato è estremamente utile nel momento in cui si deve realizza-re il circuito frigorifero.

Naturalmente ciascuna sostanza è caratterizzata da una sua temperatura di cam-biamento di stato alla pressione atmosferica e da una diversa entità della varia-zione di questa temperatura al variare della pressione.

Si deve ora parlare dell’aria perché è l’elemento principale su cui si interviene perottenere le condizioni di benessere (vedi più oltre)

Delle molte caratteristiche dell’aria è opportuno fissare l’attenzione su due di que-ste, che sono poi quelle principali:

- la temperatura- la umidità relativa

La temperatura non ha bisogno di molte descrizioni e può essere variata facendopassare l’aria a contatto con un corpo più freddo o più caldo.

Per la umidità relativa il discorso non è così semplice.

Nell’aria, in determinate condizioni di temperatura e pressione (trascurando lapressione e ritenendola costante, per cui non sarà più nominata) c’è posto soloper una determinata quantità di acqua sotto forma gassosa di vapore. Si pensi,per fare un esempio, ad una sala cinematografica in cui possono essere accolteun certo numero di persone, una per ogni poltrona.Allora a seconda di quanti sono i posti occupati rispetto alla capienza massima sipuò affermare che la sala è riempita per il 30-40-80 %, indicando con ciò il rap-porto tra posti occupati e posti disponibili espresso in forma percentuale.

Trasportando l’esempio al caso dell’aria, si può paragonare un certo volume diaria alla sala in questione, essa avrà quindi una capienza ben precisa e che potràessere saturata tutta o in parte. Se i posti disponibili per le molecole di vapored’acqua sono tutti riempiti si dirà che l’aria è satura, se ci sono dei posti vuoti sidirà che il ‘’riempimento è al 30- 40- 70 %’’; si usa allora affermare che l’aria ha,in quelle condizioni, il 30- 40- 70 % di umidità relativa, cioè tale è il rapporto postioccupati/posti disponibili. Il motivo della parola relativa consiste nel fatto che si fariferimento alla quantità massima di molecole di vapore immagazzinabile in quel-le specifiche condizioni di temperatura e pressione.

Una caratteristica tipica dell’aria è quella di variare notevolmente la propria capa-

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1.2.4 L’UMIDITA’NELL’ARIA

cità di contenere le molecole di vapore d’acqua a seconda della propria tempera-tura; è come se, tornando all’esempio della sala cinematografica, si potesseroaumentare o diminuire le poltrone riscaldando o raffreddando la sala. ATTENZIO-NE! ogni 11 C° (circa) in più si raddoppia la capacità di contenimento di vapored’acqua (al contrario si dimezza la capacità di contenimento diminuendo di pariquantità la sua temperatura).

Es.Temperatura Aria 0°C 11°C 22°C Capacità di contenimento gr/mc 4.85 10.07 19.61

Dunque la stessa quantità di vapore d’acqua che satura l’aria a 11 C° (cioè 100%di umidità relativa), riempie solo al 50% a 22 C° (cioè 50% di umidità relativa) glispazi disponibili, in quanto questi sono raddoppiati rispetto alla condizione prece-dente. Il calore scambiato è Calore Sensibile poiché non vi sono stati cambia-menti di stato nelle molecole.

Si esamini ora il caso in cui si opera un raffreddamento dell’aria, il fenomeno saràquello di una diminuzione dei posti disponibili tanto maggiore, quanto più elevataè la diminuzione della temperatura.Si arriverà ad un punto in cui sono occupati tutti i posti disponibili, si è cioè in con-dizioni di saturazione, e la temperatura a cui avviene questo fenomeno prendeappunto il nome di Temperatura di Saturazione o di Rugiada .Diminuendo la temperatura al di sotto del punto di saturazione, il numero di postidisponibili per le molecole di vapore diviene inferiore a quello delle molecole pre-senti; è necessario allora eliminare le molecole che hanno perso il loro posto tra-sformandole in acqua. La trasformazione in questione può però avvenire solo acondizione che sia possibile cedere ad un mezzo esterno di raffreddamento ilcalore latente di condensazione.

A ben vedere dunque, dal momento in cui si raggiungono le condizioni di satura-zione, sono in gioco due tipi di calore: il Calore Sensibile , per diminuire la tem-peratura, il Calore Latente per condensare tutte le molecole di vapore che nontrovano più posto.

Questo fenomeno è molto comune, specialmente in inverno, sulle parti esposte alfreddo di un ambiente caldo ed umido; per esempio sui vetri della cucina si formaun velo di minuscole goccioline d’acqua. E’ successo che il velo di aria vicino al

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Fig.6

70%

Satura 100% Satura +deumidificazione

vetro viene raffreddato fino al punto in cui si inizia la condensazione del vapored’acqua contenuto nell’aria, e parimenti, dalla parte esterna del vetro un velo diaria verrà riscaldato creandosi così quel trasferimento di calore necessario e suf-ficiente a raffreddare l’aria e condensare il vapore di acqua.

Allora è chiaro che ogni volta che si effettua un raffrescamento dell’ aria ci saran-no in gioco tutti e due questi tipi di calore e, solo occasionalmente, potrebbe capi-tare che il secondo sia uguale a zero o talmente piccolo da essere trascurabile.Quando si riscalda l’aria, come sopra osservato, aumentando la temperaturaaumenta la capacità di ricezione dell’aria, quindi non ci sono fenomeni di cam-biamento di stato ma solo variazioni in diminuendo della umidità relativa.

Tutta questa lunga discussione sul calore latente serve per poter capire cosasuccede quando si mette in funzione il condizionatore in un ambiente, e si osser-va quello che accade.

Quando l’aria calda, e solitamente umida, della stanza passa attraverso la cosìdetta batteria fredda accade che la temperatura dell’aria scende fino al limite incui c’è saturazione, poi comincia a formarsi la condensa sulle pareti della batte-ria, in quantità tanto maggiore quanto più bassa è la temperatura, fino all’uscitadello scambiatore.

A questo punto l’aria avrà ceduto alla batteria fredda il CALORE SENSIBILE piùil CALORE LATENTE necessario alla condensazione della quantità di acqua rac-colta. L’aria in uscita sarà dunque fredda e satura di umidità, però la quantità divapore d’acqua in essa contenuto sarà minore di quello che aveva in ingresso; acontatto con l’ambiente questa aria si riscalda assorbendo calore dal locale.Come si è visto in precedenza riscaldare dell’aria significa portarla verso tempe-rature più elevate, ma anche diminuire la sua umidità relativa in quanto, essendodiminuito in numero di “Posti occupati” nel processo di raffreddamento ed elimi-nazione della condensa, diminuisce il rapporto posti occupati/posti disponibili.

Sono immediate a questo punto alcune osservazioni:

- Per abbassare la temperatura di un ambiente in modo non trascurabile sidevono compiere due lavori: calore sensibile e calore latente

- Nel processo di raffreddamento avviene che:- minore è la temperatura raggiunta nel raffrescamento- minore la quantità di vapore contenuta nell’aria- minore sarà la umidità relativa dell’ambiente una volta che l’aria sarà

stata riscaldata di nuovo.

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Fig.7

- Nelle macchine a cui ci si riferisce in questa trattazione, non vi è la possibilitàdi impostare un conveniente temperatura dell’aria in condizioni di fine raffred-damento, ma si può giungere ad un analogo risultato semplicemente variandola quantità di aria che viene fatta passare nella batteria di raffreddamento. Aparità di quantità di calore scambiato, minore è la quantità di aria trattata, mag-giore il salto termico che essa subisce, e dunque minore la sua temperatura.

Di fatto nella totalità delle macchine Split vi è la possibilità di variare la velocitàdel ventilatore della unità interna, di quella cioè che raffredda l’aria dell’ambiente.Questo vuol dire variare la quantità di aria che passa attraverso la macchina equindi variare, in modo indiretto ma non controllabile con precisione, la sua tem-peratura di uscita e quindi il suo contenuto di vapore. Minore è la quantità di ariache passa attraverso la macchina, cioè minore è la velocità del ventilatore, piùbassa è la temperatura raggiunta, maggiore è l’effetto di deumidificazione otte-nuto.

Lo studio teorico di questi fenomeni e la realizzazione pratica del primo impiantodi condizionamento in cui venivano controllate sia umidità relativa che tempera-tura lo dobbiamo a Willis Carrier.Si narra che questo giovane ingegnere, attorno al 1902, fosse chiamato a risol-vere un serio problema di stampa1 che affliggeva una tipografia a Brooklin, l’im-pianto ebbe ovviamente successo e nacque l’azienda che ancora oggi porta il suonome. Qualche anno più tardi Willis Carrier pubblicò l’analisi teorica del compor-tamento dell’aria umida e dettò le equazioni fondamentali, dando origine al dia-gramma psicrometrico o di Carrier.

Il fine per cui viene costruito un impianto di climatizzazione è di creare delle con-dizioni di benessere per gli occupanti di un certo spazio. La sensazione di benes-sere è un fatto assolutamente personale e cambia da persona a persona, nonsolo, ma per la stessa persona a seconda di condizioni oggettive come i vestiti(leggeri o pesanti) il tipo di attività (lavoro sedentario o pesante) le condizioni psi-cofisiche (agitato e furibondo o sonnacchioso).

Come è possibile allora dare una risposta a così tante e diverse esigenze?

Si è deciso di fare un approccio di tipo statistico, ossia definire come condizionidi benessere le condizioni in cui la maggioranza delle persone coinvolte dichiaradi sentirsi a proprio agio. Sono state fatte moltissime prove utilizzando una molti-tudine di persone di diverso sesso, e registrando le loro dichiarazioni in diversecondizioni; è emerso che la maggior parte di esse afferma di sentirsi a proprioagio, anche a seconda dei vestiti indossati (leggeri o pesanti), nel seguente inter-vallo:

1.3 CONDIZIONI DIBENESSERE

1 La carta è un materiale molto igroscopico e varia sensibilmente le sue dimensioni al variare della

umidità relativa dell’aria in cui è mantenuta, è ovvio che mettendo a registro una macchina da stam-

pa per determinate dimensioni, se queste variano, varia la posizione della stampa sul foglio. Nella

stampa a colori in quadricomia si stampano in passate successive, sullo stesso foglio, le immagini

nei quattro colori di base; se vi è stata una variazione di dimensione la stampa verrà irrimediabil-

mente sfocata e sbavata.

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Il fatto che queste condizioni siano definite statisticamente di benessere e cometali sancite dalle più importanti Normative internazionali, non deve far dimentica-re che il loro valore è e resta solo statistico.Questo vuole dire che, in un ambiente tenuto all’interno delle condizioni menzio-nate:- circa l’80% delle persone si dichiarerà soddisfatto- circa il 15% solo parzialmente soddisfatto- circa il 5% assolutamente insoddisfatto

Deve far riflettere il fatto che comunque esiste sempre un 5% di insoddisfatti eche, qualche volta, sarà proprio questa esigua minoranza a giudicare la validità ela bontà dell’impianto installato; solo un colloquio ed una attenta analisi dei biso-gni del Cliente porta al successo.

Dal punto di vista pratico si deve fare attenzione a che l’impianto che sarà instal-lato soddisfi almeno le condizioni di benessere come sopra espresse.

Non si è parlato, nelle condizioni di benessere sopra descritte, del rumore, anchese questo è un elemento sempre più considerato dagli utenti degli impianti di cli-matizzazione.Il rumore creato all’interno del locale, stante lo stato dell’arte delle macchine, noncostituisce quasi mai un problema per l’utente, possono tuttavia sorgere dei pro-blemi per le unità esterne (vedi par.3.1)

Ulteriore elemento di rilevante importanza nelle condizioni di benessere, è la qua-lità dell’aria che costituisce, da qualche tempo, oggetto di attenzioni sempre piùforti da parte del pubblico.

Specialmente nelle città, l’aria è fortemente inquinata da gas e polveri di variaprovenienza: ma anche negli ambienti esistono fonti di inquinamento come ilfumo di sigarette, la formaldeide ed il cloruro di metilene presenti negli adesivi,nelle vernici, negli spray, l’anidride carbonica prodotta nella respirazione, i così

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Temperatura: 21-26 °C

Umidità relativa: 40-60 %

Velocità aria: < 15 cm\sec.

(solo direzione frontale)

detti “Bioeffluenti” cioè le sostanze odorose emesse dal corpo umano. Tutto que-sto costituisce elemento di discomfort e, talvolta, di rischio per la salute.

Da questi elementi nasce la esigenza di migliorare lo stato dell’aria degli ambien-ti con una opportuna filtrazione; la filtrazione con filtri elettrostatici contribuisce atrattenere le particelle di impurità come i pollini e gli acari, la filtrazione a carbo-ni attivi assorbe i cattivi odori e le sostanze organiche volatili come quelle citate.

A chiusura di questi brevissimi cenni sulle condizioni di benessere è importantericordare che al di la delle condizioni formali sancite dalle norme, un impianto diclimatizzazione viene acquistato dal Cliente per incrementare il propriobenessere, e quindi tutto ciò che si farà dovrà essere finalizzato al benessere diquel particolare Cliente; è fondamentale quindi capire e scoprire quali siano lesue esigenze ed aspettative ed esaudirle.

Si consideri ora un locale, una stanza per esempio, con alcune pareti verso l’e-sterno, delle finestre, degli occupanti ed un normale arredamento. Manteneredelle condizioni di fresco in questo locale vuole dire che si deve ottenere un equi-librio tra la quantità di calore che entra, quella generata all’interno, e quella che ilnostro climatizzatore deve smaltire.

Ricordando quanto detto a proposito della trasmissioni del calore è facile intuirecome, nella stagione estiva, essendo la parete esterna più calda di quella interna,si stabilisca un flusso di calore che entra nel locale attraverso le pareti esterne.

Ricordando la relazione fondamentale della trasmissione del calore di cui si è giàdiscusso in precedenza:

si nota che la quantità di calore che viene trasmessa attraverso una parete è ilprodotto di tre elementi:1- una differenza di temperatura ∆∆T2- una superficie di scambio S3- un coefficiente di conducibilità termica KEsaminiamo ora questa relazione dal punto di vista pratico di chi la deve utilizzare.

K Conducibilità termica della pareteTanto maggiore è la conducibilità termica della parete, tanto maggiore è la quan-tità di calore trasmessa; dunque è importante determinare la questa grandezza.Certamente non è possibile demolire il muro di una casa per accertare come è

Q = K S ∆∆T

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Fig.9

1.4 VALUTAZIONE DEICARICHI TERMICI

stato realizzato e di conseguenza calcolare il K con l’ausilio di un computer o diapposite tabelle, si ricorre allora a metodi di valutazione approssimata utilizzan-do le considerazioni che seguono:- se l’edificio è recente (dopo gli anni 70 per intenderci) e lo spessore della pare-

te è attorno ai 30 centimetri, ci troviamo sicuramente in presenza di un isola-mento sufficiente, ed è questa la condizione “normale” a cui vengono riferite letabelle normalmente utilizzate

- se l’edificio è degli anni 50 – 60 o antecedente e lo spessore non è superioreai 20 centimetri, ci troviamo in presenza di una parete che conduce molto beneil calore, quindi fredda d’inverno e calda d’estate; sarà opportuno aumentareragionevolmente (20-25%) il dato “normale”

- se l’edificio è del tipo industriale con pannelli prefabbricati isolati, ci si puòconsiderare in condizioni simili a quelle “normali”

Considerando poi che le finestre sono a tutti gli effetti delle pareti, che peròlasciano passare il calore molto più facilmente, si dovrà considerare a parte ilcontributo che esse trasmettono; un metro quadro di finestra di finestra valequanto 3 - 6 metri quadri di parete “normale” a seconda che si tratti di una fine-stra con vetro-camera o normale.Non si deve poi dimenticare che, se le pareti vetrate sono esposte ai raggi diret-ti del sole, entra anche la energia radiante diretta del sole, e questo è un ulterio-re ed importante contributo, vale attorno ai 700 W/m2 (600Kcal/h).E’ importante determinare quale sia la esposizione delle finestre per poter valu-tare quando e quanto sia l’apporto dei raggi solari, anche in considerazione dellaesistenza o meno di tende interne od esterne.Nelle tabelle si fa riferimento, di solito, a finestre con vetro-camera e tende chia-re all’interno.

S Superficie di scambioPer quello che concerne questo elemento non vi è molto da dire, coincide con lepareti ( anche il soffitto ed il pavimento sono pareti) del locale e le relative misu-razioni sono facili da compiere e con una eccellente precisione.

∆∆T Differenza di temperaturaLa differenza di temperatura che determina la trasmissione del calore è quella trala faccia interna ed esterna della parete in questione, e non coincide, a meno dicasi particolari, con la differenza tra la temperatura dell’aria interna e quella del-l’aria esterna.Mentre all’interno di un locale la temperatura della faccia interna e dell’aria sonomolto vicine, non è così all’esterno, dove i raggi del sole colpiscono la paretedirettamente e ne aumentano la temperatura in modo considerevole.E’ esperienza comune che un oggetto esposto al sole si scalda, e si scalda tantodi più quanto più scuro è il suo colore; esponendo al sole due pareti identiche,una perfettamente bianca ed una perfettamente nera, si osserva che la quantitàdi calore che passa attraverso quella nera è circa il doppio di quella che attraver-sa quella bianca.La conseguenza di queste osservazioni è che si dovrà porre attenzione a rileva-re quale sia il colore dell’intonaco esterno del palazzo di cui ci si sta occupando,perché esso ha una influenza non trascurabile sulla quantità di calore che entraattraverso le pareti. E’ ancora necessario osservare la esposizione delle pareti inquestione per valutare quando e come e quanto le singole pareti siano esposte.Si potrebbe obiettare che vi sono pressoché infinite sfumature di colore negliintonaci delle costruzioni e non vi è una tabella che consenta di legare un certoparticolare colore ad una differenza di temperatura; si ricorre sempre ad una valu-tazione semplificata del colore dividendo tutti i colori possibili in tre gruppi: Chiaro- Medio - Scuro, ed attribuendo a ciascuno un suo coefficiente.

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Dalle considerazioni che precedono emerge chiaramente che si sono introdottenel calcolo delle valutazioni approssimate, di conseguenza il risultato del calcolosarà affetto da una approssimazione che risulterà tanto più grossolana quanto piùgrossolana è stata la valutazione dei vari fattori, in specie il K ed il ∆∆T.

All’interno di un locale stazionano delle persone, che magari sono proprio quelledel cui benessere ci stiamo occupando; ciascuna persona, essendo la tempera-tura corporea normale di 37°C, emette calore ed inoltre emette aria calda edumida con la respirazione. La somma di questi due contributi vale normalmentecirca 150 W, ma non si deve dimenticare che questo dato è riferito ad una per-sona che compie una attività fisica molto ridotta (lavoro sedentario); nel caso diattività più intense come il lavoro meccanico o la ginnastica in palestra, quel datodi base si può raddoppiare o addirittura triplicare.

Vi sono poi i sistemi di illuminazione, i computer, i televisori e simili, che immet-tono nell’ambiente tanta energia termica quanta è la energia elettrica che assor-bono dalla rete di alimentazione (leggere la etichetta che riporta gli assorbimentielettrici e che si trova apposta nel retro di ciascuna macchina o dispositivo elet-trico); si dovranno quindi sommare i contributi di ciascuna fonte di illuminazioneo altro dispositivo elettrico per avere il contributo totale dovuto a questi elementi;si pensi per es. agli asciugacapelli e caschi di un parrucchiere.

Si deve valutare infine se vi è ricambio d’aria nell’ambiente ed eventualmentequantificarlo, per poter calcolare quale sia, in termini di carico termico, il contri-buto che viene dal dover portare l’aria dalle condizioni esterne estive a quelleinterne. Per es. 34°C e 75% UR esterne con 26°C e 50% UR interne, vuol direche occorrono circa 12 W per ciascun m3 di aria ricambiata.

Alla fine si deve fare la somma di tutti i contributi che interessano il locale in que-stione e cioè:1- Calore che attraversa le pareti che delimitano il locale2- Calore generato all’interno dalle persone che in esso risiedono3- Calore generato dalla illuminazione ed altri fonti 4- Calore introdotto immettendo una certa quantità di aria esterna calda ed umida

Perché nel locale vi siano condizioni di equilibrio termico, cioè la temperaturarimanga costante, il climatizzatore deve poter smaltire la somma di tutti gli ele-menti sopra citati, ciò vuol dire che la sua potenza di raffreddamento deve esse-re maggiore o, al limite, uguale alla somma citata.

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Fig.10

1.4.1 CALORE GENERATOALL’INTERNO DI UN LOCALE

Il numero che si calcola si chiama stima dei carichi termici, cioè già nella sua defi-nizione è insito il concetto che è una valutazione approssimata di quelli che sonoi fenomeni e le grandezze fisiche reali. Si deve poi tenere conto della variabilitàdelle situazioni, per cui la potenzialità del climatizzatore dovrà essere scelta conun certo margine di abbondanza che tenga conto delle approssimazioni e deglierrori di valutazione che sono stati compiuti.L’esperienza è buona e preziosa consigliera in quanto, per ragioni di tempo e dieconomia, non è pensabile di ricorrere a calcoli più precisi commissionati a pro-fessionisti del settore che si avvalgono di metodi e strumenti sofisticati; è inveceopportuno ricorrere a loro quando la delicatezza e/o la dimensione economica dellavoro iniziano ad essere consistenti.

Detto ciò si può fare riferimento alla tabella n.1 per una valutazione rapida e suf-ficientemente approssimata dei carichi termici di un locale, in essa sono riportatidei coefficienti assolutamente arbitrari, ma ricavati dall’esperienza di chi scrive,per tenere conto di elementi come la tipologia edilizia e simili.

14

Fig.11

STIMA RAPIDA DEI CARICHI TERMICI2

* N.B. Nel caso in cui il locale sottostante sia una cantina od un garage o pavimento su terra consi-derare nullo il contributo che viene dal pavimento in questione

15

1.4.2 TABELLA 1

Persone presenti (lavoro sedentario)numero n. x150= Watt

Finestre o vetrineEsposte a Nord superficie mq. x29= Watt Esposte a Sud sole superficie mq. x140= Watt Esposte a Sud ombra superficie mq. x58= Watt Esposte a Est sole superficie mq. x100= Watt Esposte a Est ombra superficie mq. x29= Watt Esposte a Ovest sole superficie mq. x210= Watt Esposte a Ovest ombra superficie mq. x70= Watt

Pareti esterne (detratta la sup. delle finestre o vetrine) Esposte a Nord o Est superficie mq. x12= Watt Esposte a Sud sole superficie mq. x29= Watt Esposte a Sud ombra superficie mq. x17= Watt Esposte a Ovest sole superficie mq. x35= Watt Esposte a Ovest ombra superficie mq. x17= Watt

Pareti interne (solo quelle verso locali non condizionati) superficie mq. x9= Watt

Soffitti(solo quando il locale sup.non è condizionato) Sotto locale abitato superficie mq. x9= Watt Sotto solaio superficie mq. x29= Watt Sotto tetto o terrazza ben isolata superficie mq. x41= Watt Sotto tetto o terrazza scarso isolamento superficie mq. x93= Watt

Pavimenti(solo quando il locale sott. non è condizionato*)

superficie mq. x12= Watt

Carico elettrico Watt (lampade, macchine elettriche da ufficio ecc.)

Watt Watt

TOTALE Watt

2 Le condizioni di riferimento sono: Temp. Interna 26°C UR50%, le condizioni esterne 34°C UR60%

Si prenda come esempio la stanza da letto media dell'appartamento tipico in con-dominio italiano, questa stanza ha la seguente configurazione:

Dati:Dalla pianta si ricavano i dati seguenti:

ESEMPIO 1.A

Supponiamo ora che la stanza in questione sia all'ultimo piano, quindi abbia disopra un solaio sottotetto e non un'altro appartamento, in questo caso la tabellaprecedente si modifica come segue:

DESCRIZIONE DIMENSIONI SUPERFICE CARICO UNIT. CARICO TOT.Parete Nord 3x3=9 9-1.5=7.5 7.5x10 75Pareti interne 11x3 33 33x9 297Pavimento 4x3 12 12x12 144Soffitto 4x3 12 12x9 108Finestra Nord 1x1.5 1.5 1.5x29 43Illuminazione Lamp.100W 100 100Persone presenti 2 140 280TOTALE 1047 W

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ESEMPIO N.1 STANZA DA LETTO

1.5 ESEMPI PRATICI

1.5.1 ESEMPI DI LOCALIAD USORESIDENZIALE

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ESEMPIO 1.B

E' evidente che solo questa condizione ha portato ad un incremento del 25% deicarichi termici, se poi la stanza in questione fosse sotto il terrazzo del tipo non iso-lato, e magari con il manto bituminoso nero, si avrebbe la seguente situazione:

ESEMPIO 1.C

L'incremento è questa volta di ben il 96% rispetto al caso iniziale, praticamente siè raddoppiato il carico termico.

Volendo valutare i carichi termici rapportandoli al volume del locale (12x3=36mc)si avrebbe nei tre casi:1A=29 W\mc1B=35.75 W\mc1C=57.1 W\mc

Si sente spesso dare la indicazione di 35 W/mc (30 Kcal/mc) come carico termi-co di un locale, da quanto sopra si vede che questa valutazione può rappresen-tare un valore medio di un locale per uso residenziale, ma risulta decisamente sot-tovalutato in situazioni non "Standard" .L'uso indiscriminato di questo criterio di valutazione porta spesso a macroscopicierrori ed è quindi da sconsigliare vivamente.

DESCRIZIONE DIMENSIONI SUPERFICE CARICO UNIT. CARICO TOT.Parete Nord 3x3=9 9-1.5=7.5 7.5x10 75Pareti interne 11x3 33 33x9 297Pavimento 4x3 12 12x12 144Soffitto sotto terrazzo 4x3 12 12x93 1116Finestra Nord 1x1.5 1.5 1.5x29 43Illuminazione Lamp.100W 100 100Persone presenti 2 140 280TOTALE 2055 W

DESCRIZIONE DIMENSIONI SUPERFICE CARICO UNIT. CARICO TOT.Parete Nord 3x3=9 9-1.5=7.5 7.5x10 75Pareti interne 11x3 33 33x9 297Pavimento 4x3 12 12x12 144Soffitto sotto tetto 4x3 12 12x29 348Finestra Nord 1x1.5 1.5 1.5x29 43Illuminazione Lamp.100W 100 100Persone presenti 2 140 280TOTALE 1287 W

Si tenga conto delle approssimazioni fatte nella valutazione dei carichi termici, epiù precisamente:- valutazione del K delle pareti- valutazione del coefficente di esposizione e di colore- valutazione del carico termico introdotto dalle persone, sia come livello di attivi-tà fisica che come numero- valutazione delle condizioni esterneSi deve inoltre considerare che le potenze nominali delle macchine sono riferitea condizioni standard e che temperature esterne particolarmente elevate causa-no una perdita di resa non trascurabile, fino al 10% o più.Condizioni esterne particolarmente severe si possono facilmente trovare su di untetto o di un terrazzo non particolarmente ventilato ed esposto al sole, comespesso accade; in queste condizioni non è affatto raro misurare temperatureattorno ai 40° C dell'aria effettivamente aspirata dal condensatore.

Alla luce delle considerazioni sopra esposte è opportuno scegliere una macchinache possa erogare una potenza frigorifera nominale superiore del 15-20% al valo-re calcolato.

18

19

Si prenda come esempio il soggiorno medio dell'appartamento tipico in condomi-nio italiano, questa stanza ha la seguente configurazione:

Dati:Dalla pianta si ricavano i dati seguenti:

ESEMPIO 2.A

Supponiamo ora che la stanza in questione sia all'ultimo piano, quindi abbia disopra un solaio sottotetto e non un'altro appartamento, in questo caso la tabellaprecedente si modifica come segue:

DESCRIZIONE DIMENSIONI SUPERFICE CARICO UNIT. CARICO TOT.Parete Nord 5x3=15 15-1.5=13.5 13.5x12 162Parete Est 6x3 18-2.5=15.5 15.5x12 186Pareti interne 11x3 33 33x9 297Pavimento 6x5 30 30x12 360Soffitto 6x5 30 30x9 270Finestra Nord 1x1.5 1.5 1.5x29 43Porta-finestra Est 2.5x1 2.5 2.5x100 250Illuminazione Lamp.200W 200Persone presenti 6 140 840TOTALE 2608 W

ESEMPIO 2 SOGGIORNO

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ESEMPIO 2.B

E' evidente che solo questa condizione ha portato ad un incremento del 23% deicarichi termici, se poi la stanza in questione fosse sotto il terrazzo del tipo non iso-lato, e magari con il manto bituminoso nero, si avrebbe la seguente situazione:

ESEMPIO 2.C

L'incremento è questa volta di ben il 97% rispetto al caso iniziale, praticamente siè raddoppiato il carico termico.

Supponiamo ora che sia diversa la orientazione della parete con la porta finestra,che sia orientata ad Ovest, in questo caso si ha:

DESCRIZIONE DIMENSIONI SUPERFICE CARICO UNIT. CARICO TOT.Parete Nord 5x3=15 15-1.5=13.5 13.5x12 162Parete Est 6x3 18-2.5=15.5 15.5x12 186Pareti interne 11x3 33 33x9 297Pavimento 6x5 30 30x12 360Soffitto 6x5 30 30x93 2790Finestra Nord 1x1.5 1.5 1.5x29 43Porta-finestra Est 2.5x1 2.5 2.5x100 250Illuminazione Lamp.200W 200Persone presenti 6 140 840TOTALE 5128 W

DESCRIZIONE DIMENSIONI SUPERFICE CARICO UNIT. CARICO TOT.Parete Nord 5x3=15 15-1.5=13.5 13.5x12 162Parete Est 6x3 18-2.5=15.5 15.5x12 186Pareti interne 11x3 33 33x9 297Pavimento 6x5 30 30x12 360Soffitto 6x5 30 30x29 870Finestra Nord 1x1.5 1.5 1.5x29 43Porta-finestra Est 2.5x1 2.5 2.5x100 250Illuminazione Lamp.200W 200Persone presenti 6 140 840TOTALE 3208 W

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ESEMPIO 2.D

L'incremento in questa condizione è pari al 22% rispetto al caso iniziale.

Volendo valutare i carichi termici rapportandoli al volume del locale (30x3=90mc)si avrebbe nei tre casi:

2A=28.9 W\mc2B=35.6 W\mc2C=60 W\mc2D=35.3 W\mc

Da quanto esposto si può concludere che per i locali adibiti ad uso residenziale,in costruzioni tipo medio condominio, la valutazione dei carichi termici si può fareprendendo come base di valutazione il volume a patto che i locali in questione nonsiano quelli dell'ultimo piano e non abbiano pareti vetrate, in particolare espostead ovest; in caso di dubbio è sempre meglio verificare i carichi utilizzando la tabel-la apposita.

Si consideri l'ufficio di cui alla pianta riportata, le caratteristiche salienti di un loca-le di questo tipo, dal punto di vista termico naturalmente, sono le seguenti:A) carichi termici dovuti alla tipologia costruttiva dell'edificioB) carichi termici dovuti all'uso dell'edificio

A)La tipologia edilizia degli edifici usati come ufficio è estremamente varia, ad es:1- palazzi per uffici con superfici esterne tutte vetrate2- palazzi per uffici con superfici esterne vetro e cemento3- vecchi corpi fabbrica adibiti ad ufficio4- uffici interni alla fabbrica5- locali tipo appartamento adibiti a studio professionale od ufficio

B)Vi sono essenzialmente tre tipologie principali di utilizzo:1- ufficio classico2- zone di ricevimento del pubblico o comunque di affollamento tipo sale riunione3- zone in cui vi sono forti carichi termici dovuti alla presenza di macchine, saleCED, sale copia e simili.

C) Si possono assumere come dato "normale" i seguenti carichi termici interni, dovenon diversamente specificato:1- illuminazione 10 W\mq

DESCRIZIONE DIMENSIONI SUPERFICE CARICO UNIT. CARICO TOT.Parete Nord 5x3=15 15-1.5=13.5 13.5x12 162Parete Ovest 6x3 18-2.5=15.5 15.5x35 542Pareti interne 11x3 33 33x9 297Pavimento 6x5 30 30x12 300Soffitto 6x5 30 30x9 270Finestra Nord 1x1.5 1.5 1.5x29 43Porta-finestra Ovest 2.5x1 2.5 2.5x210 525Illuminazione Lamp.200W 200Persone presenti 6 140 840TOTALE 3179 W

ESEMPIO 3

1.5.2 ESEMPI DI LOCALIAD USO UFFICIO

2- posto di lavoro 500 W\cadQuesti dati sono dati ricavati dall'esperienza e valgono nei seguenti casi: illumi-nazione di buona qualità realizzata con plafoniere che utilizzano tubi fluorescen-ti, posto di lavoro comprendente una persona (150 W), un computer con monitore stampante ad aghi o getto di inchiostro (250 W), la quota parte di utilizzo di unafotocopiatrice o strumento simile come emissione termica (per es una grossastampante laser, 100 W).

22

Si tratta di un ufficio in un edificio con pareti esterne tutte vetrate e con utilizzocome ufficio classico

ESEMPIO 3.1.1

Lo stesso edificio del punto 3.1.1 ma con pareti esterne in vetro e cemento

ESEMPIO 3.2.1

Lo stesso edificio del punto 3.2.1 ma con pareti non isolate secondo la 373 e convetri semplici bianchi.ESEMPIO 3.3.1

Lo stesso edificio del punto 3.1.1 ma con pareti tutte interne al corpo fabbrica.

ESEMPIO 3.4.1DESCRIZIONE DIMENSIONI SUPERFICE CARICO UNIT. CARICO TOT.Parete Vetrata Nord6x1.5=9 9 9x29 261Parete Vetrata Ovest10x1.5 15 15x29 435Pareti interne 16x3 48 48x9 432Pavimento 6x10 60 60x12 720Soffitto 6x10 60 60x9 540Illuminazione 6x10 60 60x10 600Posti di lavoro 8 8x500 4000Parete Nord 6x1.5 9 9x12 108Parete Ovest 10x1.5 15 15x12 180TOTALE 7276

DESCRIZIONE DIMENSIONI SUPERFICE CARICO UNIT. CARICO TOT.Parete Vetrata Nord6x1.5=9 9 9x29 x2 522Parete Vetrata Ovest10x1.5 15 15x210 x2 6300Pareti interne 16x3 48 48x9 432Pavimento 6x10 60 60x12 720Soffitto 6x10 60 60x9 540Illuminazione 6x10 60 60x10 600Posti di lavoro 8 8x500 4000Parete Nord 6x1.5 9 9x12 x1.5 162Parete Ovest 10x1.5 15 15x35 x1.5 787TOTALE 14063 W

DESCRIZIONE DIMENSIONI SUPERFICE CARICO UNIT. CARICO TOT.Parete Vetrata Nord6x1.5=9 9 9x29 261Parete Vetrata Ovest10x1.5 15 15x210 3150Pareti interne 16x3 48 48x9 432Pavimento 6x10 60 60x12 720Soffitto 6x10 60 60x9 540Illuminazione 6x10 60 60x10 600Posti di lavoro 8 8x500 4000Parete Nord 6x1.5 9 9x12 108Parete Ovest 10x1.5 15 15x35 525TOTALE 10336 W

DESCRIZIONE DIMENSIONI SUPERFICE CARICO UNIT. CARICO TOT.Parete Vetrata Nord6x3=18 18 18x29 522Parete Vetrata Ovest 10x3 30 30x210 6300Pareti interne 16x3 48 48x9 432Pavimento 6x10 60 60x12 720Soffitto 6x10 60 60x9 540Illuminazione 6x10 60 60x10 600Posti di lavoro 8 8x500 4000TOTALE 13114 W

23

24

Lo stesso edificio del punto 3.1.1 ma in edificio tipo appartamento

ESEMPIO 3.5.1

Lo stesso edificio del punto 3.1.1 ma con pareti esterne in vetro e cemento ed usocome sala riunioneESEMPIO 3.2.2

Lo stesso edificio del punto 3.1.1 ma con pareti esterne in vetro e cemento ed usocome sala CED o copie.ESEMPIO 3.2.3

Naturalmente sono possibili le più diverse combinazioni, ma una cosa appare evi-dente, la grande differenza che possono assumere i carichi termici nelle variesituazioni costruttive e di utilizzo.

Non è stato fatto cenno fino ad ora del carico termico dovuto al ricambio dell'aria;ormai, specialmente in un locale dove si lavora, realizzare il ricambio d'aria è dive-nuta una necessità per il benessere di chi lavora prima ancora di un obbligo diLegge (Legge 10).Ipotizzando di poter realizzare un ricambio proporzionato alle persone presenti, eprendendo come misura i 30 mc\h, si ha che in un clima come quello Italiano

DESCRIZIONE DIMENSIONI SUPERFICE CARICO UNIT. CARICO TOT.Parete Vetrata Nord6x1.5=9 9 9x29 261Parete Vetrata Ovest10x1.5 15 15x210 3150Pareti interne 16x3 48 48x9 432Pavimento 6x10 60 60x12 720Soffitto 6x10 60 60x9 540Illuminazione 6x10 60 60x10 600Persone presenti 3 3x140 420Parete Nord 6x1.5 9 9x12 108Parete Ovest 10x1.5 15 15x35 525Macchine 6x10 60 60x100 6000TOTALE 12756 W

DESCRIZIONE DIMENSIONI SUPERFICE CARICO UNIT. CARICO TOT.Parete Vetrata Nord6x1.5=9 9 9x29 261Parete Vetrata Ovest10x1.5 15 15x210 3150Pareti interne 16x3 48 48x9 432Pavimento 6x10 60 60x12 720Soffitto 6x10 60 60x9 540Illuminazione 6x10 60 60x10 600Persone presenti 30 30x140 4200Parete Nord 6x1.5 9 9x12 108Parete Ovest 10x1.5 15 15x35 525Proiettore 1 1x500 500TOTALE 11036 W

DESCRIZIONE DIMENSIONI SUPERFICE CARICO UNIT. CARICO TOT.Finestre Nord 1x1.5x2=3 3 3x29 87Finestre Ovest 1x1.5x3=4.5 4.5 4.5x210 945Pareti interne 16x3 48 48x9 432Pavimento 6x10 60 60x12 720Soffitto 6x10 60 60x9 540Illuminazione 6x10 60 60x10 600Posti di lavoro 8 8x500 4000Parete Nord 6x3=18-3 15 15x12 180Parete Ovest 10x3=30-4.5 25.5 25.5x35 892TOTALE 8396 W

25

medio il carico termico corrispondente è di circa 10 W\mc.Questo vuole dire che per ciascuna persona presente si ha un ulteriore carico ter-mico di circa 300 W\h (258 Kcal\h).Volendo aggiungere questo carico nei casi precedentemente esaminati si harispettivamente:

E' evidente che il carico termico totale da considerare per un impianto di climatiz-zazione cambia moltissimo a seconda della conformazione e dell'uso del locale eche quindi la valutazione del carico termico effettuata a partire dal volume non èaffidabile.

ESEMPIO ESEMPIO PREC. CARICO PREC. CARICO DI RIC. CARICO TOT.3.1.1.R 3.1.1 13114 2400 15514 W3.2.1.R 3.2.1 10336 2400 12736 W3.3.1.R 3.3.1 14063 2400 16463 W3.4.1.R 3.4.1 7276 2400 9676 W3.5.1.R 3.5.1 8396 2400 10796 W3.2.2.R 3.2.2 11036 9000 20036 W3.2.3.R 3.2.3 12756 900 13656 W

26

Il crescente sviluppo degli impianti di climatizzazione di potenzialità contenuta èdeterminato da un lato dalla richiesta di un sempre maggior livello di benessereambientale e, dall’altro, dalla disponibilità di apparecchiature costruite per soddi-sfare la crescente domanda dei medi e piccoli ambienti da climatizzare.

La fascia di macchine che viene commercialmente definita come climatizzatorid’ambiente ha delle caratteristiche ben precise:

Sono macchine le cui unità interne servono ciascuna il locale in cui è installata,hanno una potenza frigorifera massima attorno ai 30 KW (25.000 Kcal\h ovvero100.000 BTU\h), hanno una unica unità esterna.

Dal punto di vista commerciale si dividono generalmente in due categorie:

RESIDENZIALE e COMMERCIALE

Questa divisione viene fatta in base alle potenze rese, si considera infatti comecategoria residenziale quella che comprende le macchine fino a 3.5 KW (3.000Frig\h ovvero 12.000 BTU\h), e come categoria commerciale tutte le macchinedelle potenze superiori.Naturalmente questa è una divisione del tutto arbitraria con una zona di confineassai incerta, ma utile per fissare le idee.

Da un punto di vista invece della tipologia costruttiva queste macchine possonoessere divise in vari tipiben definiti con una varietà di caratteristiche e particolarità all’interno di ciascunatipologia:

A) PORTATILE E PORTATILE SPLITB) FINESTRAC) SPLIT MONOD) SPLIT MULTIE) SPLIT CANALIZZABILE

Nelle righe seguenti viene riportato un breve schema delle caratteristiche salien-ti di ciascuna tipologia.

VANTAGGI- Non necessita di installazione- E’ facilmente trasferibile- Ingombro ridotto

SVANTAGGI- Battenti della finestra accostati o foro- Rumorosità più elevata in confronto

delle altre tipologie (il compressoreè all’interno)

- Potenzialità frigorifere limitate

2Capitolo2.1 CLIMATIZZATORI

D’AMBIENTE

2.1.1 A) PORTATILE EPORTATILE SPLIT

27

Gli Split sono macchine divise in due sezioni: una esterna in cui viene posto ilcompressore frigorifero edil condensatore, una interna che effettua il trattamento dell’aria.Si sono sviluppate in questi ultimi anni una molteplicità di soluzioni e varianti checonsentono una scelta particolarmente ricca ed articolata, tale da consentire aciascuno di trovare la soluzione che meglio risolve le sue particolari esigenze.

VANTAGGI- Facilità di installazione- Possibilità di un piccolo rinnovoaria- Ingombro ridotto

SVANTAGGI- Modifica del serramento o foratura

della parete- Rumorosità elevata in confronto

alle altre tipologie- Potenzialità frigorifere limitate- Estetica- Scuri aperti o tapparella parzial-

2.1.2 B) FINESTRA OMONOBLOCCO

2.1.3 TIPOLOGIA SPLIT

Fig.12

Fig.13

Caratteristiche Generali:

Dal punto di vista della tipologia di installazione della unita interna le macchineSplit si possono dividere nelle seguenti categorie:

1) A pavimento 2) A parete 3) A soffitto 4) In controsoffitto

1) A PAVIMENTO

Questo tipo aspira l’aria dal basso e la proietta verso l’alto con un angolo varia-bile a seconda della inclinazione delle alette.

VANTAGGI- Silenziosità- Massimo comfort- Gamma di potenze- Gamma di forme e tipi- Eccellente rapporto prezzo/presta-

zioni- Disponibile versione in pompa di calore

SVANTAGGI- Acquisto da programmare- Unità esterna che necessita di un

balcone o di staffe di sostegno peril suo posizionamento

- Collegamenti frigoriferi ed elettriciinterno/esterno

- Scarico condensa

28

2.1.3.1 TIPOLOGIA DIINSTALLAZIONEDELLE UNITA’INTERNE

Fig.14

2) A PARETE

Di questo tipo di macchina esistono molte versioni, con mandata dell’aria dalbasso, dall’alto, con posizionamento in basso, in alto, a metà parete, con elettro-niche di controllo più o meno sofisticate; davvero per tutte le esigenze.

3) A SOFFITTO

Queste unità sono disponibili solamente in potenze relativamente elevate.

VANTAGGI- prestazioni ottime

SVANTAGGI- non ha buone caratteristiche di misce-

lazione dell’aria in ciclo invernale- da impiegare solo in ambienti di

tipo commerciale

VANTAGGI- eccezionale versatilità di impiego- gamma estesa per modelli e potenze- silenziosità

SVANTAGGI- non ha buone caratteristiche di

miscelazione dell’aria in ciclo diriscaldamento invernale a pompa dicalore

VANTAGGI- nel funzionamento invernale elimi-

na le stratificazioni di aria fredda- ha buone caratteristiche di miscela-

zione dell’aria in tutte le stagioni- può sostituire lo spazio occupato

da un radiatore ed anche la suafunzione con l’apposito accessorio(batteria ad acqua calda)

SVANTAGGI- occupa spazio sulle pareti ed in

pianta

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4) IN CONTROSOFFITTO

5) CANALIZZABILI

VANTAGGI- possibilità di collegare una piccola

rete di canali di distribuzione dell’aria- filtrazione più efficiente rispetto agli

altri tipi - estetica

SVANTAGGI- necessita di un controsoffitto - necessita di una rete di distribuzio-

ne aria realizzata con canali e boc-chette

- non è possibile effettuare la modu-lazione della quantità di aria inviataal singolo ambiente*

VANTAGGI- prestazioni ottime- estetica - è dotata della pompa di smaltimen-

to condensa incorporata

SVANTAGGI- non ha buone caratteristiche di

miscelazione dell’aria in ciclo inver-nale

- da impiegare solo in ambienti ditipo commerciale

- necessita di un controsoffitto

* Eventuale apposito sistema di controllo accessorio

E’ la macchina da scegliere quando:- si ha un solo locale da climatizzare- si hanno più locali da climatizzare ma situati lontani tra di loro o con percorsi

difficili per i collegamenti frigoriferi

Di questa tipologia esistono molte versioni e varianti, ma in generale:

1) Multisplit con un solo compressore che alimenta più unità interne

UTILIZZO TIPICO- studi professionali, ambulatori o simili i cui locali possiedono la caratteristica

di essere utilizzati nelle stesse fasce orarie

2) Multisplit con più compressori che alimentano più unità interne

UTILIZZO TIPICO- Abitazioni, studi professionali, ambulatori o simili i cui locali possiedono la

caratteristica di NON essere utilizzati nelle stesse fasce orarie

VANTAGGI- Flessibilità di utilizzo

SVANTAGGI- Limitato numero di compressori e di

unità interne

VANTAGGI- Semplice ed economico

SVANTAGGI- L’energia consumata nel funziona-

mento non è proporzionata alnumero delle unità interne in fun-zione

31

2.1.4 A) SPLIT MONO

2.1.4 B) SPLIT MULTI

3) Multisplit con compressore a velocità variabile (Inverter) che alimenta piùunità interne

UTILIZZO TIPICO- Uffici, studi professionali, ambulatori o simili i cui locali possiedono la carat-

teristica di avere dei carichi termici molto variabili tra di loro e nel tempo, ovve-ro di NON essere utilizzati nelle stesse fasce orarie.

Il problema di una corretta distribuzione dell’aria è forse il più difficile e delicatotra quelli che un buon installatore deve affrontare, infatti tra le condizioni di benes-sere è citata la velocità dell’aria al livello degli occupanti, tutti sanno quanto sianofastidiose le correnti di aria fredda che cadono da bocchette mal disposte e quan-ti dolori e nevralgie possono causare.Si dovrà allora porre molta attenzione a risolvere correttamente questo tipo di pro-blemi.

I fenomeni che si devono prendere in considerazione riguardano il modo con cuiil getto di aria fuoriesce dalla macchina e si distribuisce nel locale e sono iseguenti:

- un getto di aria calda tende a salire verso il soffitto- un getto di aria fredda tende a cadere verso il pavimento- la gittata dell’aria è tanto più lunga quanto più grande è la velocità con cui esce

dalla bocchetta

La scelta della tipologia di macchina e la posizione in cui verrà installata nel loca-le dovranno essere fatte ponendo attenzione al percorso del getto d’aria in situa-zione estiva (ma anche in quella invernale nel caso di pompa di calore)

Si deve evitare che il getto d’aria vada a cadere nel punto in cui presumibilmen-te una persona risiede abitualmente, cioè il letto, la scrivania, il tavolo da pranzo,

VANTAGGI- Flessibilità di utilizzo e consumi

ridotti- Elevato numero di unità interne

(Modelli VRF)- Elevata distanza tra la unità ester-

na e quelle interne (Modelli VRF)

SVANTAGGI- Investimento relativamente più ele-

vato

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SIERRA 42HWS

VAIL 42VKX

ALPINE 40GKX

ARAN 40JX

SIERRA 42HWS

VAIL 42VKX

ALPINE 40GKX

ARAN 40JX

DISTRIBUTOREGFD

DISTRIBUTOREGFD

38VVH25

2.2.1 DISTRIBUZIONEDELL’ARIA

2.2 LA DISTRIBUZIONEDELL’ARIA

la poltrona del salotto e simili; è accettabile invece che nelle zone in cui la per-sona è di passaggio vi sia un certo movimento d’aria.

Una volta che sia stata stabilita la potenzialità occorrente per un certo impianto sidovrà scegliere la macchina più adatta al caso specifico; nella realtà ogni caso fastoria a se, ma si possono dare suggerimenti di carattere generale:

- una parete di fronte al flusso d’aria, se più vicina di tre metri circa, provoca uneffetto simile al rimbalzo, controllare quindi dove va a finire l’aria dopo averurtato la parete

- se si deve utilizzare il sistema anche in riscaldamento, o si sceglie un mac-china a pavimento, oppure si deve fare attenzione al fatto che, nelle macchi-ne a parete, in ciclo invernale, si deve indirizzare il getto verticalmente versoil basso alla massima velocità, e questo potrebbe causare dei fastidi a chi è inquella ristretta zona

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2.2.2 CRITERI E SUGGERIMENTIPER LA SCELTA

Fig.19

Fig.20

- controllare che il percorso della condensa sia agevole e con pendenza suffi-ciente per permettere il libero deflusso dell’acqua

- ci deve essere spazio sufficiente per una eventuale manutenzione (rispettarele aree minime riportate sui manuali di installazione)

STANZA DA LETTO

In generale porre attenzione ai seguenti elementi:

- il getto dell’aria deve cadere fuori dalla zona del letto, possibilmente nella zonadi transito ai piedi del letto stesso

- non vi devono essere tendaggi ad ostruire il flusso dell’aria

- utilizzare la parete prospiciente il terrazzo o balcone, o almeno un angoloverso di esse in modo da non avere problemi con le tubazioni di collegamen-to e lo scarico della condensa da collegare alla unità posta all’esterno.

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Fig.21

Fig.22 Fig.23

2.2.3 SETTORE RESIDENZIALE

SOGGIORNO

In generale porre attenzione ai seguenti elementi tenendo conto che le macchineutilizzate hanno una potenzialità maggiore rispetto a quelle utilizzate nelle stanzeda letto:

- il getto dell’aria deve cadere esclusivamente sulle zone di transito

nel caso di climatizzatori a pavimento si possono mettere dietro a divani o pol-trone, ma solo se il flusso dell’aria non interferisce con la posizione della testa dichi vi è seduto

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Fig.24

Fig.25

Spesso i climatizzatori del settore commerciale devono anche provvedere alriscaldamento, quindi i problemi relativi alla stratificazione dell’aria vanno valuta-ti con molta attenzione, tenendo conto della aggravante che la porta di ingressodà direttamente all’esterno e quindi ad ogni apertura lascia entrare una certaquantità di aria esterna.Al contrario le sorgenti di calore interno sono molte e molto consistenti, general-mente poste a soffitto e quindi tali da esaltare il fenomeno della stratificazione ter-mica e, se le potenzialità richieste in ciclo invernale sono modeste, sono invecemolto pesanti nel bilancio di raffrescamento estivo. Verificare dunque attenta-mente la macchina scelta sia in ciclo estivo che invernale.

E’ molto importante, spesso condizionando le scelte tecniche in modo pesante,l’aspetto estetico e di inserimento nell’arredamento, non sacrificare le prestazio-ni rispettando al contempo le esigenze degli arredatori, è difficile, a volte costo-so, ma possibile.

E’ opportuno controllare che il getto dell’aria vada a cadere in zone di traffico enon di stazionamento sia del personale che dei clienti. Porre particolare attenzio-ne alle richieste del personale poiché saranno loro gli utenti che giudicheranno labontà della installazione sia in termini di benessere che di estetica.

I sistemi commerciali più difficili, per le loro caratteristiche e costi, è bene chesiano scelti, valutati ed installati solo da coloro che hanno acquisito una specificaesperienza, o possano almeno contare su una consulenza appropriata.

POTENZA SONORA E PRESSIONE SONORA

E’ bene dare una definizione, almeno grossolana, di questi due importantissimiconcetti

Si premette che il suono è la conseguenza, sul nostro orecchio, di un’onda dìpressione che arriva affraverso l’aria.

Si chiama POTENZA SONORA indicata in genere con LwL’energia emessa da una sorgente di rumore sotto forma di onde di pressione nel-l’aria. Queste onde si espandono dalla sorgente in ogni direzione dello spazio; siimmagini una sfera che ha origine dalla sorgente ed il cui raggio aumenta manoa mano che ci si allontana da essa.

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3.1 CENNI SULLAMINIMIZZAZIONEDEL RUMORE

2.2.4 SETTORE COMMERCIALE

Fig.26

Si chiama PRESSIONE SONORA indicata in genere con LpL’onda di pressione generata dalla sorgente in questione e che arriva al nostroorecchio. E’ intuitivo pensare che tanto più lontani si è dalia sorgente sonora,tanto minore è l’ampiezza dell’onda che arriva al nostro orecchio. Come dire chel’energia emessa dalla sorgente si distribuisce sulla superficie della sfera di pro-pagazione, allora tanto maggiore è il raggio della sfera, cioè tanto più siamo lon-tani, tanto maggiore è la superficie della sfera. L’energia emessa è una quantitàdefinita, essa si distribuisce sulla superficie della sfera di propagazione, quinditanto più grande è la sfera e tanto minore è l’energia per unità di superficie dellasfera stessa, tanto più debole l’effetto che l’onda di pressione ha sul nostro orec-chio.

L’unità di misura di entrambe le grandezze di cui sopra è il Decibel indicato comu-nemente con dB . Nella misura della pressione sonora si utilizza comunemente ildBa che è niente altro che il livello di pressione sonora misurato da un appositoapparecchio ma i cui valori, frequenza per frequenza, sono corretti in modo dasimulare ciò che realmente percepisce l’orecchio umano1.

I concetti sopra espressi consentono di capire perché il suono emesso da una sor-gente ci appare sempre più debole mano a mano che aumenta la distanza daessa.

Nella realtà non ci si trova mai su di un piano di estensione indefinita su cui lasfera di propagazione del rumore si può espandere indisturbata (caso A), spessovi sono delle pareti che, per la natura dei materiali di cui sono composte, rifletto-no come uno specchio l’onda sonora che arriva. In un caso come quello sopraaccennato, un osservatore posto di fronte alla parete e con la sorgente di rumoretra se e la parete stessa (caso B), viene raggiunto da due onde acustiche:- la prima che arriva direttamente dalla sorgente- la seconda che è quella generata dalla parete

Ciò che l’osservatore percepisce è allora un rumore superiore a quello del caso incui non vi siano ostacoli riflettenti, poiché è la somma di due onde acusticheNel caso in cui vi siano 3 pareti la somma sarà ancora superiore e così via.

Da una serie di calcoli matematici che non è qui il caso di esporre, derivano que-ste due semplici regole pratiche:

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1 L’orecchio umano non percepisce ugualmente bene i suoni bassi piuttosto che acuti, alcuni poi non

li percepisce affatto, per es. gli ultrasuoni che sono invece ben percepiti dai cani e da altri animali.

Fig.27

A B +3dB C +6dB

Se si hanno due sorgenti di rumore uguali, poste una vicina all’altra, il rumorerisultante non è la somma aritmetica, ma è quello della prima aumentato di 3 dB.

La somma in generale di due o più sorgenti sonore, vicine tra di loro, almeno inrelazione alla distanza con l’osservatore, si calcola nel modo seguente utilizzan-do la tabella Rb

Tabella Rb

Esempio:Si supponga di avere due macchine, poste una accanto all’altra, con i seguentilivelli sonori: la prima 65 dB e la seconda 58 dB.

1) Calcolare la differenza tra i due livelli sonori 65 - 58 = 72) Dalla tabella RI si ricava il valore 0,83) Aggiungere il valore ricavato al livello della macchina più rumorosa

65 +0,8=65,8 dB

Il rumore avvertito è pari a quello di una unica sorgente che emana 65,8 dB

Nel caso di più sorgenti sonore si applica lo stesso procedimento applicandolo apassi successivi, cioè si ottiene prima la somma delle prime due macchine, poi,considerando la somma ottenuta come se fosse una macchina unica, sì sommacon la successiva e così via.Esempio:Si supponga di avere tre macchine, poste una accanto all’altra, con i seguentilivelli sonori: la prima 70 dB e la seconda 65 dB la terza 68 dB

I) Calcolare la differenza tra i due livelli sonori della prima e della seconda 70 - 65 = 5

2) Dalla tabella R1 si ricava il valore 1,23) Aggiungere il valore ricavato al livello della macchina più rumorosa

70 + 1,2 = 71,2 dB4) Calcolare ora la differenza tra la somma delle prime due e la terza

71,2-68 = 3,25) Dalla tabella R1 si ricava il valore 1,86) Aggiungere questo valore alla somma delle prime due 71,2+ 1,8=73

Il rumore avvertito è pari a quello di un’unica sorgente che emana 73 dB.

Se ci si allontana dalla sorgente di rumore il valore misurato diminuisce secondola tabella seguente:

Tabella R2

5 10 15 20 25 30 35 40Attenuazione dB 7,0 10,0 11,8 13,0 14,0 14,8 15,4 16,0

Differenza tra i due livelli sonori dB 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Valore da aggiungere al livello sonoro più alto dei due

3 2,6 2,1 1,8 1,5 1,2 1 0,8 0,6 0,5 0,4

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Il problema riguarda la unità motocondensante esterna, in particolare il disturboche tale macchina può eventualmente arrecare ai vicini.

La tipica unità esterna emette una certa parte di rumore in tutte le direzioni, conun modesto incremento di intensità in corrispondenza del ventilatore; allora èintuitivo pensare di indirizzare questo “cono” di rumore non verso la finestra delvicino ma possibilmente in altra direzione.Il rumore viene normalmente riflesso da una parete in muratura, quindi porre unamacchina in un cavedio significa avere un rumore amplificato e riflesso centovolte sulle finestre dei malcapitati che danno su quello spazio; al contrario cespu-gli, alberi e simili sono degli attenuatori di rumore e quindi possono essere util-mente sfruttati a tal fine.

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Fig.28

40