FACOLTÁ! DI!INGEGNERIA!E!ARCHITETTURA ......PROGETTAZIONE!TECNICA!E!STRUTTURALE!! modulo!IMPIANTIa.!a.!2012B2013! POMPE DI CALORE La pompa di calore è una macchina in grado di trasferire

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI CAGLIARI FACOLTÁ DI INGEGNERIA E ARCHITETTURA

Laurea Magistrale in Archite>ura

L. I. di PROGETTAZIONE TECNICA E STRUTTURALE

Modulo Impianti a.a. 2012-2013 RAFFRESCAMENTO E CONDIZIONAMENTO DELL’ARIA Docente: Ing. ROBERTO RICCIU

1

CLIMATIZZAZIONE: Indice

1.  Tipologia e prestazioni;

2.  Elementi costitutivi;

3.  Integrazione nell’organismo edilizio

Ing. ROBERTO RICCIU -‐ Lezioni del L. I. di PROGETTAZIONE TECNICA E STRUTTURALE

modulo IMPIANTI a. a. 2012-‐2013

3

CLIMATIZZAZIONE: definizione



Lo scopo degli impianti è garantire all’interno degli ambienti serviti adeguate condizioni termoigrometriche, consone alla destinazione d’uso e all’attività che vi si svolge. L’Impianti di condizionamento consente di effettuare il controllo dei parametri ambientali dell’aria interna agli ambienti sia nei regime invernale che estivo. I parametri sono: Temperatura, Umidità Relativa, Velocità e Indice di Qualità dell’Aria (IAQ)

4

CLIMATIZZAZIONE: differenze tra le due tipologie d’impianto



Generatore: Macchina frigorifera

Generatore: M a c c h i n a f r i g o r i f e r a a inversione di ciclo (o PdC) ed eventuale caldaia ausiliaria

Impianto di Raffrescamento Produce solo freddo (abbatte i carichi termici endogeni ed esogeni) m a n t i e n e c o s t a n t e l a temperatura dell’aria al valore di settaggio

Impianto di Climatizzazione Lavora sia nel regime di r a f f r e s c a m e n t o c h e riscaldamento (abbatte i carichi termici endogeni ed esogeni) m a n t i e n e c o s t a n t e l a temperatura, l’UR e la qualità dell’aria al valore di settaggio

5

CLIMATIZZAZIONE: classificazione in base al fluido termovettore



Gli impianti di climatizzazione si suddividono in base al fluido termovettore che essi utilizzano: •  Impianti a tutt’aria

•  Impianti a sola acqua

•  Impianti ad aria/acqua

•  Impianti misti ad espansione

6 Ing. ROBERTO RICCIU -‐ Lezioni del L. I. di PROGETTAZIONE TECNICA E STRUTTURALE modulo IMPIANTI a. a. 2012-‐2013

Centrali di produzione del freddo

CLIMATIZZAZIONE

𝐐↓𝐞 

𝐖

La funzionalità termodinamica del frigorifero è quella di trasferire una quantità di calore Qe dalla sorgente fredda verso quella calda per mezzo del lavoro W fornito dall’esterno (energia elettrica)

𝐓↓𝐞 

Il coefficiente di prestazione (E.E.R.), a differenza del rendimento termico può assumere anche valori maggiori di 1

residenza



CLIMATIZZAZIONE

𝐐↓𝐞 

𝐖 𝐓↓𝐞  residenza

PdC e Ciclo di Carnot

Lato freddo Lato caldo evaporatore

condensatore

(EER) Coefficiente di prestazione frigorifera E.E.R.=Q↓e /Q↓c − Q↓e  = Q↓e /W 



CLIMATIZZAZIONE

𝐐↓𝐞 

𝐖 𝐓↓𝐞  residenza

PdC e Ciclo di Carnot

Lato freddo Lato caldo

Rendimento teorico della PdC: E.E.R.=T↓e /T↓c − T↓e  

Più grande è il gradiente termico delle riserve di calore e minore è il rendimento.

evaporatore

condensatore



CLIMATIZZAZIONE: impianti misti ad espansione


SERBATOI CALDI


ARIA ACQUA TERRENO



PdC aria – aria



PdC aria – acqua

Nel periodo estivo è possibile utilizzare la PdC aria/acqua in raffrescamento attivo con temperature aria esterna fino a 45°C.



PdC acqua – acqua



PdC terra – acqua o geotermiche

PdC a sonde geotermiche verticali PdC a sonde geotermiche orizzontali



PdC terra – acqua o geotermiche

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

1 34

67

100

133

166

199

232

265

298

331

364

397

430

463

496

529

562

595

628

661

694

727

DIAGRAMMA ANDAMENTO DELLE TEMPERATURE ORARIE DELL’ARIA ESTERNA PER LA LOCALITA’ DI

CAGLIARI NEL MESE DI AGOSTO T (°C)

tempo (h)

16

CONDIZIONAMENTO



POMPE DI CALORE

La pompa di calore è una macchina in grado di trasferire calore da un fluido a temperatura più bassa ad un altro a temperatura più alta.

In base al principio di funzionamento vi sono due tipi di pompe di calore: -  elettriche, cioè funzionanti per mezzo di un compressore che funziona elettricamente; -  ad assorbimento, funzionanti per mezzo di un bruciatore alimentato a gas metano o GPL. Questo sistema può essere integrato con il solare termico (solar cooling).

17

POMPE DI CALORE ELETTRICHE



CONDIZIONAMENTO

SCHEMA DEL CIRCUITO COSTITUITO DA:

-  Compressore

-  Condensatore

-  Valvola di espansione

-  Evaporatore

18

CONDIZIONAMENTO

POMPE DI CALORE AD ASSORBIMENTO



SCHEMA DEL CIRCUITO COSTITUITO DA:

-  Generatore

-  Assorbitore

-  Condensatore

-  Serie di restrittori

-  Evaporatore

19

CONDIZIONAMENTO



POMPE DI CALORE AD ASSORBIMENTO SORGENTE FREDDA: Il mezzo esterno da cui si estrae calore è detto sorgente fredda. I tipi principali di sorgenti fredde sono: ARIA: aria dell’ambiente esterno → pompe aerotermiche ACQUA: di falda, di fiume, di lago quando è presente in prossimità dell’edificio → pompe idrotermiche TERRENO: nel quale vengono inserite le sonde geotermiche → pompe geotermiche

20

CONDIZIONAMENTO

POMPE DI CALORE AD ASSORBIMENTO POZZO CALDO: Il mezzo a cui si cede il calore prodotto e recuperato è detto pozzo caldo e può essere ARIA o ACQUA. Le tipologie di pompe di calore in base a sorgente fredda/pozzo caldo sono: -  ARIA - ARIA -  ARIA - ACQUA -  ACQUA - ARIA -  ACQUA - ACQUA -  TERRA - ACQUA



21

CONDIZIONAMENTO

SOLAR COOLING



Il solar cooling consiste nell’abbinamento di pannelli solari termici a una macchina frigorifera. La tecnologia del solar cooling permette di produrre freddo, sotto forma di acqua refrigerata o di aria condizionata, a partire da una sorgente di calore. .

22

CONDIZIONAMENTO



SOLAR COOLING A CIRCUITO CHIUSO Si realizzano con macchine ad assorbimento

23

SOLAR COOLING A CIRCUITO APERTO

CONDIZIONAMENTO



Si realizzano con sistemi DEC (Desiccant & Evaporative Cooling Systems), che combinano deumidificazione e raffreddamento evaporativo.

24

CONDIZIONAMENTO



RETI DI DISTRIBUZIONE – fluido termovettore acqua Per i sistemi che utilizzano l’acqua come fluido termovettore, le reti di distribuzione sono analoghe a quelle già viste durante le lezioni dedicate al RISCALDAMENTO:

M O N O T U B O AD ANELLO

MONOTUBO A SCALA

MONOTUBO A PIOGGIA

MONOTUBO IN PARALLELO

25

CONDIZIONAMENTO



RETI DI DISTRIBUZIONE – fluido termovettore acqua BITUBO IN PARALLELO

BITUBO CON M A N D A T A DAL BASSO

BITUBO CON R I T O R N O DALL’ALTO

BITUBO CON R I T O R N O INVERSO

B I T U B O A PIOGGIA

26

CONDIZIONAMENTO



RETI DI DISTRIBUZIONE – fluido termovettore aria RETI AERAULICHE : sono costituite dall’insieme dei canali di distribuzione dell’aria e di tutte le apparecchiature utilizzate lungo i canali stessi per garantire le regolazione e la taratura della portata d’aria nonché l’attenuazione del rumore trasmesso e la prevenzione della propagazione del fuoco e del fumo.

27

CONDIZIONAMENTO



UNITA’ TERMINALI – fluido termovettore acqua VENTILCONVETTORI – FAN COILS

27

INSTALLAZIONE A SOFFITTO

CON RIPRESA DELL’ARIA DAL BASSO

CON RIPRESA DELL’ARIA DAL FRONTE

28

Ing. ROBE

RTO RICCIU -‐ Lezioni del L. I. di PRO

GETTAZ

IONE

TECN

ICA E STRU

TTURA

LE m

odulo IM

PIAN

TI a. a. 2012-‐2013

CLIMATIZZAZIONE: impianti misti ad aria e acqua

La regolazione della temperatura avviene tramite delle sonde di temperatura in ambiente che mediante un regolatore modulano la portata dell’acqua nella batteria oppure la velocità del ventilatore. Gli impianti fan-coil possono essere a 2 o 4 tubi.

Criteri per l’installazione di mobiletti ventilconvettori in esecuzione orizzontale.



Criteri per l’installazione di mobiletti ventilconvettori in esecuzione orizzontale.

30

CONDIZIONAMENTO

UNITA’ TERMINALI – fluido termovettore acqua



PANNELLI RADIANTI

A PARETE

A PAVIMENTO

A SOFFITTO

Premessa per garantire l'efficacia del sistema di raffrescamento a pannelli radianti è il controllo dell'umidità relativa dell'aria. Infatti, tanto più bassa è l'umidità relativa dell'aria ambiente, tanto minore è il punto di rugiada e quindi la temperatura alla quale può essere mantenuta la superficie del pavimento senza provocare fenomeni di condensazione ed, in ultima analisi, la potenza di refrigerazione dell'impianto. La deumidificazione dell'aria può essere effettuata utilizzando i deumidificatori o le unità di trattamento aria.


CLIMATIZZAZIONE: impianti radianti

Impianti a soffitti radianti Combinano l’impianto d’aria primaria con pannelli dotati di tubazioni alimentati ad acqua calda e fredda posizionati a soffitto. I pannelli, controllano la temperatura. Le potenze di questi sistemi sono inferiori a quelle dei ventilconvettori.

Estate: Per evitare la formazione di condensa sulla superficie dei pannelli, questi devono essere alimentati da acqua a temperatura di 2°C al disopra del punto di rugiada dell’aria ambiente.

Inverno: Si sfrutta il potere radiante dei pannelli alimentati ad acqua calda a T > 45°C.

Immissione aria primaria attraverso diffusori posti a soffitto a parete o a pavimento



Impianti a pavimenti radianti del tutto simili a quelli a soffitto radiante La serpentina alimentata da acqua calda o fredda effettua il controllo della temperatura dell’aria ambiente. La portata d’aria primaria effettua il controllo igienico e igrometrico

Estate: Per evitare la formazione di condensa sulla superficie dei pannelli, questi devono essere alimentati da acqua a temperatura di 2°C al disopra del punto di rugiada dell’aria ambiente.

Inverno: Massima temperatura dell’acqua di alimentazione, 29°C.

Immissione aria primaria attraverso diffusori posti a soffitto a parete o a pavimento





Impianti a travi fredde



Impianti a travi fredde a induzione

Un unico apparecchio posto a soffitto racchiude la funzione di controllo della temperatura e dell’immissione dell’aria primaria

Plenum aria primaria

Batterie fredda e calda

tubi acqua

36 Ing. ROBERTO RICCIU -‐ Lezioni del L. I. di PROGETTAZIONE TECNICA E STRUTTURALE


•  Impianti a tutt’aria - controllo temperatura aria interna, U.R. e IAQ

mediante parziale ricircolo delle portate d’aria. Ambiti d’utilizzo: Uffici di grandi e piccole dimensioni, terziario, industriale, cinema, teatri, palasport, sale congressi. Inconveniente: notevole ingombro dei canali di distribuzione dell’aria.

CLIMATIZZAZIONE: impianti a tutt’aria


CLIMATIZZAZIONE: tipologie d’impianto a tutt’aria_a singolo canale

Aspetto positivo: •  Poter utilizzare l’aria esterna per il raffreddamento (sempre che le condizioni

esterne lo consentano) •  Assenza di tubi ed elementi di scambio interni agli ambienti •  Grandi portate d’aria necessitano di grandi canali le quali comportano il rischio

di correnti d’aria causa di una diffusione non ottimale.

38

CONDIZIONAMENTO



IMPIANTI A TUTT’ARIA: veri e propri sistemi di condizionamento in quanto effettuano il controllo dell’umidità.

Unità di Trattamento dell’Aria: alloggiamento costruito in fabbrica, costituito da sezioni che contengono uno o più ventilatori e le altre apparecchiature necessarie per le seguenti funzioni: circolazione, filtrazione, riscaldamento, raffreddamento, recupero di calore, umidificazione, deumidificazione e miscelazione dell’aria.

Il trattamento dell’aria è un processo di modificazione dello stato dell’aria rispetto ai parametri quali, temperatura, contenuto di umidità, contenuto di polveri, carica batterica e contenuto di gas.

39

CONDIZIONAMENTO

IMPIANTI A TUTT’ARIA SCHEMI DI CENTRALI DI TRATTAMENTO DELL’ARIA

40

CONDIZIONAMENTO

IMPIANTI A TUTT’ARIA



SCHEMI DI CENTRALI DI TRATTAMENTO DELL’ARIA

41

CONDIZIONAMENTO

IMPIANTI A TUTT’ARIA SCHEMI DI CENTRALI DI TRATTAMENTO DELL’ARIA



42 SCH

EMA

CTA

CO

N D

IMEN

SIO

NI D

I MA

SSIM

A

CONDIZIONAMENTO


43

DIM

ENSI

ON

I CO

MPO

NEN

TI U

TA

CONDIZIONAMENTO



CLIMATIZZAZIONE: tipologie d’impianto a tutt’aria a singolo canale


CLIMATIZZAZIONE: impianto a tutt’aria a portata costante_per singola zona

Aspetti positivi: •  Poter utilizzare l’aria esterna per il raffreddamento (sempre che le condizioni

esterne lo consentano) •  Assenza di tubi ed elementi di scambio interni agli ambienti •  Grandi portate d’aria necessitano di grandi canali le quali comportano il rischio

di correnti d’aria causa di una diffusione non ottimale.

Impianto a tutt’aria monocondotto con ricircolo

Torrino con recupero del calore. Schema funzionale di un sistema ad aria di tipo m o d u l a r e p e r i l r iscaldamento di spazi industriali.

46

CLIMATIZZAZIONE: impianto a tutt’aria a portata costante con post riscaldamento di zona


CLIMATIZZAZIONE: impianto a tutt’aria a portata costante_multizona

Impianto a tutt’aria a portata costante multizone con post riscaldamento locale mediante singolo canale.


CLIMATIZZAZIONE: impianto a tutt’aria a portata costante a doppio canale

Impianto a tutt’aria a doppio condotto

Vantaggi rispetto al sistema multizone: •  miscelazione dei due fluidi all’interno delle cassette di miscela poste negli

ambienti da trattare; •  migliore miscelazione e minore ingombro perché sono sufficienti due canali; •  ingombro maggiore rispetto a quello ad un solo canale, si ovvia a tale problema

attraverso canali di sezione inferiore ad alta velocità.


CLIMATIZZAZIONE: impianto a tutt’aria a portata variabile

La portata d’aria viene mandata solo nella quantità necessaria; ciò consente un risparmio sull’impianto (potenza installata) e sulle dimensioni della CTA. La regolazione della portata d’aria avviene in ambiente per mezzo dei terminali a geometria variabile comandati da un servomotore a sua volta comandato dal termostato posto in ambiente. La riduzione della portata da ambiente ad ambiente che può essere ottenuta con questo tipo di impianti è di circa il 25 ÷ 30%





Schema di un impianto di condizionamento a singolo canale a portata variabile

Legenda A -‐ Aria espulsa B -‐ Aria esterna C – aria di ripresa (dagli ambienX) D – aria di mandata (agli ambienX) 1 – serranda 2 – venXlatore di ripresa 3 – sezione di filtraggio 4 – ba>eria calda 5 – ba>eria fredda 6 – sezione di umidificazione 7 – ba>eria di post-‐riscaldamento 8 – venXlatore di mandata a portata variabile 9 – terminali a portata variabile

52 Ing. ROBERTO RICCIU -‐ Lezioni del L. I. di PROGETTAZIONE TECNICA E STRUTTURALE



CONDIZIONAMENTO

IMMISSIONE ARIA IN AMBIENTE: -  per diffusione (a parete, a soffitto, a pavimento)

-  a dislocamento

-  a lancio

53

CONDIZIONAMENTO

IMPIANTI A TUTT’ARIA LANCIO



54

CONDIZIONAMENTO

IMPIANTI A TUTT’ARIA DIFFUSIONE



55

CONDIZIONAMENTO

IMPIANTI A TUTT’ARIA UNITA’ TERMINALI A DIFFUSIONE



DIFFUSORE RADIALE

DIFFUSORE A CONI FISSI DIFFUSORE

LINEARE

DIFFUSORE A PAVIMENTO

56

CONDIZIONAMENTO

IMPIANTI A TUTT’ARIA UNITA’ TERMINALI A DISLOCAMENTO



DIFFUSORI A DISLOCAMENTO


•  Impianti misti ad espansione a portata di refrigerante variabile (VRF)


l’unità ad espansione diretta neutralizza il solo carico sensibile, l’impianto di distribuzione d’aria primaria provvede al rinnovo dell’aria e al trattamento igrometrico

Un impianto VRF è costituito da: -  una o più unità moto condensanti (split) collegate tramite tubazioni

frigorifere di piccolo diametro ed apparecchi ad espansione diretta posizionati negli ambienti, funzionanti sia in regime di raffrescamento che riscaldamento attraverso un sistema a pompa di calore

Le unità terminali sono disponibili nelle versioni: a pavimento (a vista o a incasso), pensile o a soffitto, a parete, a controsoffitto (canalizzabili) Tale sistema consente di regolare in modo ottimale la temperatura all’interno di ciascun ambiente.

58

•  Impianti misti ad espansione CLIMATIZZAZIONE: impianti misti ad espansione

a di portata di refrigerante variabile (VRF)


•  Impianti misti ad espansione


a di portata di refrigerante variabile (VRF) a recupero di calore permettono il controllo di più zone con carichi termici di segno opposto

Documents

FACOLTÁ! DI!INGEGNERIA!E!ARCHITETTURA ......PROGETTAZIONE!TECNICA!E!STRUTTURALE!! modulo!IMPIANTIa.!a.!2012B2013! POMPE DI CALORE La pompa di calore è una macchina in grado di trasferire