IMPIANTI DI CONDIZIONAMENTO: CRITERI DI PROGETTO · CALCOLO DELLA PORTATA D’ARIA DI PROGETTO Impianti a tutt’aria Portate necessarie al controllo della temperatura: u Ae Iemin

Impianti di Climatizzazione e Condizionamento

Prof. Cinzia Buratti

IMPIANTI DI CONDIZIONAMENTO: CRITERI DI PROGETTO

COMPONENTI DI UN IMPIANTO DI CONDIZIONAMENTO

Impianti a tutt’aria:

terminali di immissione dell’aria;

rete di distribuzione ed eventualmente di ripresa dell’aria;

condizionatore (o UTA) per trattare la portata d’aria di progetto;

centrale termica e frigorifera.

Impianti misti aria-acqua:

terminali di immissione dell’aria;

rete di distribuzione dell’aria;

elemento terminale (ventilconvettore, induttore o pannello radiante);

rete di distribuzione dell’acqua;

condizionatore (o UTA) per il trattamento dell’aria primaria;

centrale termica e frigorifera.

CALCOLO DELLA PORTATA D’ARIA DI PROGETTO

Impianti a tutt’aria

Portate necessarie al controllo della temperatura:

IeminAeu

tee

TT

Q(T)g

AiIimaxu

tii

TT

Q(T)g(kg/s) (kg/s)

ge = portata d'aria da introdurre in estate (kg/s) per il controllo della temperatura;

Qte = valore del carico termico estivo massimo contemporaneo (kW);

u = calore specifico a pressione costante dell'aria introdotta (kJ/kg°C);

TIemin = temperatura minima ammissibile del punto d'introduzione estivo (°C);

TAe = temperatura di progetto estiva dell'ambiente (°C);

gi = portata d'aria da introdurre in inverno (kg/s) per il controllo della

temperatura;

Qti = valore del carico termico invernale massimo contemporaneo (kW);

TIimax = temperatura massima ammissibile del punto di introduzione invernale (°C),

generalmente 32 – 34°C;

TAi = temperatura di progetto invernale dell'ambiente (°C).

Portate per il controllo dell’umidità:


min Iemax Ae

wee

XX

g)(g (kg/s)

min Iimax Ai

wii

XX

g)(g (kg/s)

ge( ) = portata d'aria da introdurre in estate per il controllo dell’umidità relativa;

gwe = portata di vapore acqueo complessivamente prodotta in estate (g/s);

XAemax = umidità specifica massima dell'aria ambiente in estate (g/kg);

XIemin = umidità specifica minima dell'aria introdotta in estate (g/kg);

gi( ) = portata d'aria da introdurre in inverno per il controllo dell’umidità relativa (kg/s);

gwi = portata di vapor d'acqua complessivamente prodotta in inverno (g/s).

XAimax = umidità specifica massima dell'aria ambiente in inverno (g/kg);

XIimin = umidità specifica minima dell'aria introdotta in inverno (g/kg);

Per il controllo della purezza si adottano le metodologie di calcolo della g(P),

scegliendo tra l’approccio prescrittivo e quello prestazionale.

La portata di progetto dell’impianto di condizionamento è data da quella massima:

G = max (ge(T), gi(T), ge( ), gi( ), g(P)) (kg/s)

Frequentemente il valore massimo è assunto dal termine ge(T) (a volte gi(T)).

La portata massima di ricircolo è fornita dalla relazione vista in precedenza, la

portata pari a g(P) deve essere comunque immessa dall’esterno per il rinnovo.

La portata d’aria gr si trova già nelle condizioni di temperatura e umidità relativa

desiderate nell’ambiente pertanto, in miscela con l’aria esterna, consente un

considerevole risparmio energetico, specialmente nei locali poco affollati, in cui

G » g(P).

gr = 0, l’impianto si dice a tutt’aria esterna

Nel caso in cui la differenza tra ge(T) e gi(T) sia notevole, si può pensare all’adozione

di un ventilatore a doppia velocità, per fornire nominalmente la portata di progetto

estiva e ridurla durante la stagione invernale.

Impianti misti aria-acqua


G = max (ge( ), gi( ), g(P)) (kg/s)

Il valore massimo generalmente è assunto dalla portata g(P)

La rete di canali è progettata come per gli impianti a tutt’aria: in

questo caso, però, la portata di ricircolo è sempre nulla in quanto

l’aria esterna deve servire per il rinnovo; pertanto non è presente

alcuna rete di ripresa.

TERMINALI DI IMMISSIONE DELL’ARIA

La diffusione dell’aria deve realizzare i seguenti scopi:

- compensare i carichi termici estivi o invernali del singolo locale;

- rinnovare l’aria ambiente e diluire gli odori per mezzo di un corretto

apporto di aria esterna;

- mantenere i gradienti di temperatura sul piano verticale e sul piano

orizzontale entro i limiti fissati dalle norme;

- raccogliere il pulviscolo in sospensione nel locale e trascinarlo verso gli

elementi di ripresa;

- mantenere un livello sonoro entro i limiti richiesti.

I principali modelli di distribuzione dell’aria possono essere ricondotti a tre:

1) distribuzione a flusso turbolento;

2) distribuzione a dislocazione;

3) distribuzione a flusso laminare orizzontale o verticale.

1) Terminali di distribuzione a flusso turbolento

velocità di uscita: per le bocchette rettangolari tradizionali, si intende la velocità

valutata sull’area frontale lorda della bocchetta; nel caso di anemostati o comunque

di dispositivi nei quali sia difficilmente identificabile una precisa direzione nella quale

misurare la velocità di uscita, si fa riferimento alla velocità media sul collo.

DEFINIZIONI

lancio: la distanza alla quale la velocità massima dell'aria lungo l’asse del getto,

per effetto dell'allargamento del getto stesso e del mescolamento con aria ambiente,

si è ridotta ad un valore predefinito, Vm, in condizioni d'isotermia con l'ambiente.

Ogni dispositivo di immissione deve coprire una certa porzione dell'ambiente,

raggiungendo con il suo lancio le zone più lontane con una velocità finale massima

V0m fissata usualmente in 0.4 m/s;quello che interessa è il lancio L0, valutato nel

punto ove si raggiunge la V0m.

caduta: nella realtà l'aria immessa è più calda o più fredda di quella ambiente;

tale differenza di temperatura determina nel primo caso una tendenza naturale

del getto ad innalzarsi, nel secondo ad abbassarsi.

la caduta è la distanza (positiva o negativa) fra la quota dell’asse del getto nel

punto in esame e la quota del punto d’immissione: la caduta alla quale si fa

generalmente riferimento è comunque quella corrispondente al lancio L0;


DEFINIZIONI

effetto soffitto (o Coanda): quando una

bocchetta di immissione si trova in vicinanza del

soffitto (distanza <30 cm), il getto tende ad

aderire ad esso per depressione; tale fenomeno,

provoca un allungamento del lancio e

contemporaneamente una diminuzione della

caduta.

Occorre perciò accertarsi, nella consultazione

dei cataloghi dei costruttori, se lancio e caduta

sono forniti in presenza o meno di effetto soffitto.

Tipologia di terminale Caratteristiche

Bocchette a parete ad alette o ugelli

Presentano costi bassi e offrono una maggiore facilità

di installazione rispetto ad altri terminali. Di contro

presentano limiti nel trattamento dei carichi termici di

alta densità e nell’uniformità di diffusione dell’aria in

locali di una certa ampiezza.

Diffusori a soffitto

Sono del tipo circolare, quadrato o rettangolare, a

coni concentrici o forellati. Presentano buone

capacità nel trattamento dei carichi termici, anche

elevati, e offrono caratteristiche apprezzabili di

diffusione dell’aria. Essi comportano spesso la

necessità di prevedere un controsoffitto, anche se

l’installazione a vista è sempre più in uso, soprattutto

nei locali commerciali.

Diffusori da pavimento

Si installano nel pavimento galleggiante e possono

essere di vari tipi: elementi rettangolari, circolari a

flusso spiraliforme, ecc..

Diffusori da sottopoltrona

Si installano al di sotto delle poltrone in sale teatrali e

assicurano un flusso d’aria dal basso verso l’alto, a

velocità molto contenute, che avvolge la persona

seduta, controllandone il microclima e asportandone

con continuità gli effluenti emessi.

Tipologia di terminale Velocità di

uscita (m/s)

Rapporto di

induzione Lancio (m)

Posizionamento

Parete Soffitto Pavimento

Bocchette ad alette 2 – 8 2 – 4 < 6 SI SI SI

Diffusori a coni 1.2 – 4 3 – 8 < 6 SI SI NO

Diffusori spiroidali 2 – 6 4 – 12 < 6 SI SI SI

Diffusori lineari 2 – 6 4 – 12 < 2 NO SI NO

Ugelli 4 - 20 5 – 50 fino a 12 SI NO SI

Flusso di aria generato

da un diffusore a soffitto


2) Terminali per la distribuzione a dislocamento

Tutti gli altri tipi di terminali funzionano sul principio della miscelazione, in

questi invece, il flusso d’aria è continuo e realizza una zona pulita al di

sotto di un certo strato limite.

L’aria, se più calda, è spostata verso l’alto dal flusso entrante e

ulteriormente accelerata dalle correnti convettive create dalle sorgenti

termiche localizzate pertanto tende a raccogliersi nella parte prossima al

soffitto, dalla quale può essere aspirata dai terminali di ripresa.

Bassa velocità di introduzione dell’aria (0.2

÷ 0.4 m/s).

Differenza di temperatura modesta

(massimo 6 ÷ 7°C) rispetto alle condizioni

richieste nella zona occupata.

La zona di influenza di un terminale può

avere un raggio da 2 ÷ 3 m fino a 7 ÷ 8 m.

3) Terminali di distribuzione a flusso laminare orizzontale o verticale.

Con i sistemi a flusso laminare è possibile ottenere un elevato grado di

purezza dell'aria ambiente e quindi una forte riduzione degli inquinanti.

La riduzione è ottenuta per spostamento fisico dell'aria inquinata, alla

quale va a sostituirsi aria trattata, con un meccanismo ad effetto pistone

realizzato ricorrendo a distribuzioni del tipo a flusso unidirezionale

laminare, ovvero a bassa turbolenza.

L’aria è immessa da un'intera parete, munita di elementi filtranti HEPA,

con velocità uniforme di circa 0.4 - 0.5 m/s, e mantenuta tale fino alla

parete opposta, da cui avviene l'estrazione.

Applicazioni tipiche: alcune lavorazioni dell’industria farmaceutica,

elettronica ed alimentare, reparti ospedalieri.

Canali in tessuto, permeabili o forellati: anche in questo caso sono di

introduzione recente sul mercato; la sezione dei canali, circolare o semicircolare, in

fase di alimentazione è riempita dall’aria in pressione mentre, a riposo, si svuota.

I canali permeabili, non molto diffusi, realizzano un campo di moto dell’aria

sostanzialmente a dislocamento, con bassissima velocità di uscita e senza

induzione. Si prestano ad applicazioni per il raffreddamento, poiché l’introduzione di

aria calda ne determinerebbe una stratificazione al di sopra del canale.

I canali forellati realizzano un campo di moto dell’aria turbolento, ad elevato grado

di induzione; sono adatti all’impiego sia in regime invernale che estivo.

3) Terminali di distribuzione a flusso laminare orizzontale o verticale.

AMBIENTI

DI

ALTEZZA

FINO A 3.5

m

Applicazioni normali

bocchette a parete

diffusori a soffitto a coni concentrici o a effetto spiroidale

diffusori lineari

ugelli a lancio profondo

travi fredde

Applicazioni con elevati carichi termici diffusori ad effetto spiroidale

a pavimento

Sale operatorie diffusori a soffitto (spiroidale o a pannello forato)

terminali a flusso laminare o misto

Camere sterili (bianche) flusso laminare da parete o da soffitto

AMBIENTI

DI MEDIA

O

GRANDE

ALTEZZA

Applicazioni industriali

diffusori a soffitto a effetto spiroidale

ugelli a lancio profondo

canali forellati

Teatri e auditorium

diffusori ad effetto spiroidale a pavimento e sottopoltrona


ugelli a lunga gittata

Impianti sportivi


ugelli a lunga gittata

canali forellati

Applicazioni dei terminali di immissione dell’aria

Bocchette di mandata

Costituiscono il più vecchio sistema di diffusione dell’aria. Nelle prime

applicazioni esse erano dotate di alette per la distribuzione dell’aria di tipo

fisso; successivamente le alette divennero mobili e in seguito ancora le

bocchette furono dotate di due serie di alette mobili ortogonali tra loro, per

consentire una migliore distribuzione dell’aria in ambiente.

La sezione effettiva di passaggio dell’aria attraverso una bocchetta è

minore di quella geometrica, a causa della presenza delle alette e della

contrazione dei filetti fluidi; è correlata alla sezione geometrica mediante la

seguente relazione

Aeff = Ageom · K (m2)

Aeff = area della sezione effettiva (m2);

Ageom = area della sezione geometrica (m2);

K = fattore di contrazione, funzione della forma geometrica dell’aletta, che può

assumere i valori K = 0.7 ÷ 0.9 per la mandata, K = 0.5 ÷ 0.8 per la ripresa.

Dimensionamento dei terminali di immissione dell’aria

Bocchette di mandata

Dimensionamento

A partire dalla portata d’aria che deve essere immessa in ambiente, si definisce, un valore

della velocità di efflusso mediante il quale si calcola la sezione effettiva degli elementi terminali;

dalla sezione effettiva, mediante la si determina la sezione geometrica che, a seconda del valore

che assume, potrà essere assegnata ad un'unica bocchetta o suddivisa tra un congruo numero

di bocchette, in modo che l’aria introdotta sia uniformemente distribuita in ambiente.

APPLICAZIONE VELOCITA’ (m/s)

Teatri 2.5 – 3.8

Cinema 5.0 – 6.0

Uffici 2.5 – 5.0

Abitazioni, camere d’albergo 2.5 – 3.8

Edifici industriali 7.5 – 10.0

Magazzini 7.5

Studi radiofonici e televisivi 1.5 – 2.5

Velocità (m/s) di efflusso

raccomandate per diverse

applicazioni

Griglie ed elementi di ripresa

Forma: quadrata o rettangolare

Materiali: acciaio o alluminio anodizzato

Alette: orizzontali inclinate di 45° con passo di 30, 50 o 100 mm

Dimensioni (b x h): in generale da 400 x 300 mm fino a 1000 x 800 mm.

Attraverso porte: griglie di transito, con una particolare alettatura che

impedisce il passaggio della luce; sono dotate di controtelai per un'idonea

finitura e per adattarsi a diversi spessori di porta.

Materiali: alluminio, acciaio stampato e verniciato, inox.

Dimensioni standard (b x h): da 300 x 100 mm a 600 x 300 mm.

A soffitto: stesso aspetto esteriore dei diffusori, ma privi degli eventuali

dispositivi di regolazione.

La loro posizione deve essere prevista in modo tale che essi non risultino

entro la gittata dei diffusori stessi, per evitare interferenze e

cortocircuitazione dell’aria.

Griglie di ripresa o transito

In ciascun locale o zona si deve stabilire se installare una sola o più griglie

di ripresa o transito, a seconda della portata d’aria da estrarre.

Dimensionamento

- la velocità dell’aria massima ammissibile nella zona occupata dalle persone;

- la perdita di carico massima ammissibile per il passaggio dell’aria;

- il rumore prodotto.

Il dimensionamento si effettua con le stesse modalità descritte per le

bocchette di mandata.

L’aria si muove verso le griglie di ripresa da tutte le direzioni, cosicché la

velocità della stessa si riduce sensibilmente con la distanza; c’è la

possibilità che si formino correnti fastidiose, ma tale pericolo è limitato al

caso di persone in prossimità delle griglie stesse (in questo caso la velocità

di attraversamento non deve superare 1.5 m/s).

Una tipica configurazione è quella di effettuare la mandata dell’aria

mediante bocchette poste in alto e la ripresa mediante bocchette poste

in basso, dal lato opposto, in modo tale che il flusso d’aria interessi tutto

l’ambiente.

Griglie di ripresa o transito

APPLICAZIONE VELOCITA’ (m/s)

Griglie di ripresa

Ambienti industriali > 4.0

Ambienti residenziali 2.0

Ambienti commerciali:

sopra la zona occupata

entro la zona occupata, lontano da

posti a sedere

entro la zona occupata, vicino ai posti

a sedere

4.0

3.5

1.5

Griglie di transito

Pressione statica a monte di 60 Pa 1.5

Pressione statica a monte di 12.5 Pa 2.0

Pressione statica a monte di 25.0 Pa 2.5

Velocità massima dell’aria (m/s) attraverso le griglie di ripresa e di transito

RETE DI DISTRIBUZIONE DELL’ARIA

La rete di distribuzione dell'aria ha la funzione di convogliare l’aria negli

ambienti da climatizzare e, laddove sia presente il ricircolo, di riprenderla e

ricondurla in parte al condizionatore e in parte all'espulsione.

La progettazione del sistema aeraulico è essenziale al fine di:

assicurare il controllo delle condizioni termoigrometriche di progetto e

la ventilazione dei locali;

garantire una distribuzione il più possibile uniforme dell’aria trattata, e

limitando dispersioni di calore ed infiltrazioni lungo tutti i percorsi;

limitare la propagazione di rumori e vibrazioni all'interno dei canali.

Nel passaggio all'interno dei canali l'aria incontra una resistenza al moto

dovuta all'attrito con le pareti ed alle turbolenze che si generano in

corrispondenza delle discontinuità, quali cambiamenti di direzione, di

sezione, ecc..

Per limitare perdite di carico, ridurre i consumi di energia, costi di

installazione e gestione, la rete aeraulica va progettata in modo da ridurre il

più possibile le resistenze al moto, scegliendo percorsi quanto più brevi e

rettilinei, appropriate forme geometriche per i raccordi e le sezioni.

Un importante aspetto è la manutenzione del sistema di distribuzione: i

canali, infatti, possono essere sede di accumulo di sporcizia e fonte di

propagazione batteriologica e virale.


Dimensionamento della rete

- portata, sezione, velocità e perdita di carico di ogni tratto di canale;

- perdita di carico totale del circuito (somma delle perdite di carico

distribuite e concentrate);

- portata e prevalenza del/i ventilatore/i presente/i nel circuito.


Una rete di distribuzione dell’aria è tipicamente costituita dagli elementi riportati

in figura:

- canali di distribuzione e, ove presente il ricircolo, di ripresa;

- ventilatore/i di mandata e di ripresa dell’aria (solo in caso di ricircolo).

In base alla velocità dell’aria i canali possono anche essere distinti in:

- canali a bassa velocità;

- canali ad alta velocità.

Classificazione dei canali di distribuzione dell’aria

CONDOTTE DI MANDATA

Impianti

commerciali e

residenziali

a) a bassa

velocità

b) ad alta

velocità

fino a 10 m/s (normalmente compresa tra 5 e

8)

oltre 10 m/s

Impianti

industriali

a) a bassa

velocità

b) ad alta

velocità


12)

oltre 12 m/s

CONDOTTE DI RIPRESA

Impianti

commerciali e

residenziali

a) a bassa velocità fino a 9 m/s (normalmente compresa tra 4.5 e

7)

Impianti

industriali a) a bassa velocità


9)

Le velocità massime ammesse nei circuiti, soprattutto nei tratti più

prossimi all’ambiente da trattare, devono essere tali da non dar luogo

a forte rumorosità o ad altre cause di discomfort per l’utenza.

Classificazione dei canali di distribuzione dell’aria

Residenze

Uffici

Teatri

Luoghi di riunione Locali industriali

Bocca premente ventilatore 2.5 8 10

Condotti principali 3.5 - 4.5 5 - 6.5 6 - 12

Condotti secondari 3 4 5

Bocchette di mandata 3 - 5 4 - 7 4 - 7

Bocchette di estrazione 1 - 2 1 - 2 1 - 5

Prese d’aria esterna 2.5 2.5 2.5

Griglie di espulsione 4 4 5

Velocità massime consigliate nei canali dell’aria a bassa velocità (m/s)

Requisiti dei materiali per la coibentazione:

basso coefficiente di conducibilità;

basso valore del calore specifico;

facilità di posa in opera;

buona resistenza al fuoco e all’usura;

inorganicità e stabilità chimica.

I materiali isolanti più largamente impiegati sono quelli a base di:

- gomma sintetica;

- schiume poliuretaniche;

-materiali fibrosi in lana minerale (di roccia e

di vetro).

Caratteristiche costruttive dei canali

Caratteristiche costruttive dei canali

in lamiera metallica: i più diffusi sono quelli in acciaio zincato per via dell’elevata

robustezza, rigidità e tenuta, mentre in ambienti ad elevato rischio di corrosione si

adotta, in genere, l’acciaio inox o l’alluminio (quest’ultimo è spesso preferito in virtù

della sua leggerezza o per motivi estetici);

in materie plastiche: trovano scarso impiego, salvo nell’ambito di particolari

applicazioni, al fine di limitare i fenomeni corrosivi, (scarsa resistenza meccanica e

al fuoco), maggiori costi; solitamente sono in cloruro di vinile o in polietilene;

in pannelli prefabbricati: costituiti da materiali sintetici (poliuretano espanso),

spesso a base di silicati di calcio o di fibre minerali, da materie plastiche trattate o

da alluminio preisolato; sono impiegati quando necessitano particolari forme delle

sezioni o in corrispondenza di particolari diramazioni e raccordi; hanno il vantaggio

di essere leggeri e poco rugosi internamente (sono, infatti, di solito rivestiti

internamente), ma costi notevoli;

in materiale flessibile: sono in genere impiegati per collegare i diffusori ai

condotti principali o in corrispondenza di particolari ostacoli o conformazioni della

struttura che va ad accogliere il circuito; problematiche legate alla scarsa

resistenza al fuoco e all’insorgenza di maggiori perdite di carico rispetto ai canali

rigidi; di solito sono realizzati in alluminio o PVC.


I canali possono essere dimensionati secondo uno dei seguenti metodi:

1. metodo a perdita di carico costante;

2. metodo a riduzione di velocità;

3. metodo a recupero di pressione statica.

1 e 2 sono applicati per il dimensionamento di canali con

variazioni delle velocità dell’aria che comportano trascurabili

trasformazioni di energia dinamica in statica: canali a bassa

velocità; impiegati quando è richiesto un controllo rigoroso della

rumorosità, strettamente correlato al valore della velocità dell’aria.

3 è adottato nei condotti ad alta velocità, nei quali le

trasformazioni di energia dinamica in statica, notevoli per via delle

maggiori variazioni della velocità dell’aria, possono essere sfruttate

per compensare le perdite di carico per attrito a valle dei punti nei

quali esse si verificano.


1. Metodo a perdita di carico costante

E’ il più diffuso per gli impianti a bassa pressione, l’intera rete aeraulica è

dimensionata mantenendo costante la perdita di carico distribuita per unità

di lunghezza.

Il dimensionamento inizia dalla sezione immediatamente a valle del

ventilatore di mandata, per il quale si assume un valore delle velocità

massimo ammesso,

Mediante un diagramma, nota la portata e assegnata la velocità, sono

determinati il diametro equivalente della sezione e le perdite di carico

uniformemente distribuite.

il diametro di una sezione circolare in grado di dare luogo alle stesse

perdite di carico di una sezione rettangolare di dimensioni a e b.

Le sezioni dei canali sono di solito rettangolari, si determinano le dimensioni

della sezione impiegando la relazione seguente oppure la tabella:


25.0

625.0

eba

ba3.1D (mm) b (mm) a (mm)

150 200 250 300 350 400 450 500

250 210 244 273

300 228 266 299 328

350 245 286 322 354 362

400 260 304 343 371 408 437

450 274 321 363 399 433 463 491

500 287 337 381 426 455 488 518 546

550 299 351 397 439 476 511 543 573

600 310 365 413 457 496 533 566 598

650 321 378 428 474 515 553 588 622

700 331 390 443 490 533 573 610 644

750 340 402 456 505 550 591 630 666

800 350 413 469 520 566 610 649 686

850 359 424 482 534 582 626 667 706

900 367 434 494 548 583 643 685 725

950 375 444 505 560 611 658 702 744

1000 383 454 517 573 625 674 719 761



Definita la perdita di carico per il primo tratto, si impone che essa si

mantenga costante su tutto il circuito; pertanto nei tratti successivi si

impiega ancora il grafico, in cui la portata è quella di progetto e la perdita

di carico è quella del primo tratto e mediante le quali velocità e diametro

equivalente risultano automaticamente determinati.

Occorre verificare che i valori di velocità così ottenuti siano minori di

quelli compatibili con la destinazione d’uso e la posizione del canale

rispetto ai locali da climatizzare.

Il ventilatore sarà dimensionato sulla base del ramo del circuito più

sfavorito.

Al fine di assicurare in ogni tratto valori adeguati delle velocità e della

relativa portata, occorre bilanciare il circuito introducendo, se necessario,

delle perdite di carico concentrate (serrande di regolazione) per

equilibrare i vari tronchi e, più in generale, l’intero sistema.

2. Metodo a riduzione di velocità

Si usa quando si impone un controllo della velocità e della rumorosità

dell’impianto, degli ingombri e dei costi, quando la velocità dell’aria è troppo

bassa oppure per facilitare la regolazione delle portate quando è elevata.

Nota la portata d’aria in ogni tratto di canale, si individua il circuito più

sfavorito; si assegna un valore della velocità dell’aria al tratto

immediatamente a valle del ventilatore di mandata e poi, empiricamente,

valori via via inferiori di questa ai tratti successivi; si determina per ogni tratto

il diametro equivalente e la perdita di carico unitaria mediante un grafico del

tipo di quello precedente.

Essendo imposte le velocità, le perdite di carico determinate variano da

tratto a tratto.

3. Metodo a recupero di pressione statica

Adatto per impianti ad alta velocità, si basa sul principio per il quale a

ciascuna riduzione di portata nelle diramazioni di un canale corrisponde una

riduzione di velocità, che dà luogo alla conversione di pressione dinamica in

pressione statica. L’incremento di pressione statica può essere sfruttato per

vincere le perdite di carico del tratto di canale successivo alla diramazione.

Se tutto il circuito è dimensionato sfruttando tale principio, si può realizzare

un sistema di distribuzione dell’aria bilanciato, nel quale le perdite di carico

saranno compensate dall’aumento di pressione statica.

Si dimensiona il circuito più sfavorito, assegnando al tratto finale un valore

della velocità compatibile con le prestazioni del diffusore e con i livelli di

rumorosità e procedendo a ritroso fino al tratto iniziale del circuito,

immediatamente a valle del ventilatore.

Per i circuiti deviati si procede analogamente al metodo a perdita di carico

costante, procedendo dal tratto iniziale verso valle.

Calcolo delle perdite di carico totali del circuito

Per dimensionare il ventilatore occorre calcolare:

-la perdita di carico complessiva del tratto più sfavorito;

-la perdita di carico all’interno dell’UTA;

-le perdite di carico in corrispondenza dei diffusori.

Le perdite di carico complessive del circuito più sfavorito Ptot si calcolano

sommando le perdite di carico distribuite Pd e quelle concentrate Pc che si

originano lungo esso:

UTAdiffcd PPPPP (Pa)

P = perdita di carico totale del circuito più sfavorito (Pa);

Pd = perdite di carico distribuite (Pa);

Pc = perdite di carico concentrate (Pa);

Pdiff = perdite di carico dovute ai diffusori (Pa);

PUTA = perdite di carico nell’unità di trattamento aria (Pa).


La perdita di carico distribuita si calcola diversamente a seconda del metodo di

dimensionamento adottato per il circuito.

Perdita di carico costante: si moltiplica la lunghezza del circuito più sfavorito per

il valore costante dato alla perdita di carico continua unitaria Pd,unit:

ΔP = L ΔPd,unit (Pa)

A riduzione di velocità: si sommano le perdite di carico continue che competono

ai singoli tratti del circuito più gravoso, Pd,i (tenendo conto che Pd,i, per il

tratto i-esimo, è pari al prodotto della lunghezza Li del tronco considerato per la

perdita di carico unitaria ricavata per esso Pd,unit-i):

i

n

1iiunit,dd LPP (Pa)


A recupero di pressione statica: poiché nei tratti successivi alla prima

derivazione le perdite di carico sono compensate dall’aumento della

pressione statica, la perdita di carico distribuita Pd lungo il circuito più

sfavorito è solo da quella che si genera nel tratto compreso tra il ventilatore e

la prima diramazione.

Si calcola moltiplicando la lunghezza di detto tratto per il valore della perdita

unitaria ad esso relativa.

Le perdite di carico concentrate Pc del circuito più sfavorito, si calcolano

mediante la seguente relazione:

2P

2jvn

1jjc

n = numero di discontinuità;

j = coefficiente delle perdite localizzate della j-esima discontinuità;

= densità dell’aria in condizioni standard (kg/m3);

vj = velocità dell’aria nella j-esima discontinuità (m/s).

TIPO CARATTERISTICHE

ALLARGAMENTO

DI SEZIONE

lenta variazione a mezzo divergente 0

brusca variazione di A1 e A2 *

CAMBIAMENTO

DI DIREZIONE

angolo=90°, canale circolare o quadrato 1.5

angolo=90°, canale rettangolare 2

angolo=90° arrotondato 1

angolo=135° 0.5

angolo=90°, r/D<5 (r=raggio del raccordo, D=diametro equivalente) 0.3

angolo=90°, r/D>5 (r=raggio del raccordo, D=diametro equivalente) 0

CONFLUENZA O

DIRAMAZIONE

canale deviato di diametro D con raccordo 1.5

canale non deviato di diametro d=D 1

canale non deviato di diametro d >1.5 D 0.7

canale non deviato di diametro d >2 D 0.4

canale non deviato di diametro d >3 D 0.2

canale non deviato di diametro d >4 D 0

confluenza o diramazione a T 3

confluenza o diramazione raccordata 1

BATTERIE DI

SCAMBIO

TERMICO

per rango 3.5

BOCCHETTE E

GRIGLIE

con sezione libera uguale a quella del canale 2

rapporto sezione libera/sezione canale = 1.5 0.5

* in questo caso dipende dalla velocità dell’aria

Valori del coefficiente delle perdite localizzate nelle canalizzazioni dell’aria


Le perdite di carico localizzate Pdiff che si verificano in corrispondenza

dei diffusori sono fornite dai costruttori nelle schede tecniche.

Altre perdite di carico concentrate ( PUTA) sono riscontrate anche

all’interno dell’UTA, per le quali in tabella si riportano alcuni valori

indicativi.

Queste assumono, in genere, valori rilevanti, forniti dagli stessi

costruttori dei componenti.

DISCONTINUITA’ CADUTA DI PRESSIONE (Pa)

CAMERA DI MISCELA 20 Pa

FILTRI PIANI 60 Pa

FILTRI AD ANGOLO 40 Pa

FILTRI A RULLO 50 Pa

FILTRI A TASCHE 80 Pa

SEZIONE UMIDIFICANTE 20 Pa

SEPARATORE DI GOCCE 30 Pa

FILTRI ASSOLUTI 500 Pa

BATTERIE DI RISCALDAMENTO 25 Pa per rango

BATTERIE DI RAFFREDDAMENTO

70 Pa (2 ranghi)

80 Pa (3 ranghi)

100 Pa (4 ranghi)

140 Pa (6 ranghi)

Valori approssimati

delle cadute di

pressione all’interno

dell’UTA

UTA

Le UTA sono costituite da diverse sezioni, in ciascuna delle quali avviene

una specifica trasformazione dell’intero trattamento.

La componibilità è la caratteristica più evidente delle UTA, pertanto il loro

progetto si riduce alla scelta ed al dimensionamento delle singole sezioni.

La batteria di pre-riscaldamento e l’umidificatore adiabatico sono utilizzati

soltanto in inverno, la batteria fredda soltanto in estate mentre quella di post-

riscaldamento sia in inverno che in estate.

Dimensionamento degli elementi principali

La batteria di pre-riscaldamento (BC1) opera la trasformazione di pre-

riscaldamento a umidità specifica costante dal punto E al punto P (vedi fig.

precedenti).

La potenzialità della batteria di pre-riscaldamento è data dalla seguente

relazione, nel caso in cui non venga effettuato ricircolo dell’aria interna:

3600/hhGQ EP1BC

(kW)

dove:

QBC1 = potenzialità batteria pre-risc. (kW);

G = portata d’aria da trattare (m3/h);

ρ = densità dell’aria (kg/m3);

hP = entalpia dell’aria nel punto P (kJ/kg);

hE = entalpia dell’aria nel punto E (kJ/kg).

3600/hhGQ M'P1BC

La batteria fredda (BF) effettua il raffreddamento a umidità specifica

costante da E a RE e il raffreddamento con deumidicazione da RE a RI. La

sua potenzialità è data dalla seguente relazione, nel caso in cui non venga

ricircolata l’aria interna:


3600/hhGQ RIEBF(kW)

dove:

QBF = potenzialità batteria fredda (kW);



hE = entalpia dell’aria nel punto E (kJ/kg);

hRI = entalpia dell’aria nel punto RI (kJ/kg).

3600/hhGQ RIM1BF


La potenzialità della batteria di post-riscaldamento (BC2) deve essere

calcolata nel caso estivo e in quello invernale; quale dato di progetto si

assume il valore massimo dei due. La relazione che ne consente il calcolo

è la seguente: 3600/hhGQ RII2BC (kW)

dove:

QBC2 = potenzialità batteria di post-riscaldamento (kW);



hI = entalpia dell’aria nel punto di introduzione I (kJ/kg);

hRI = entalpia dell’aria nel punto RI (caso estivo ed invernale) (kJ/kg).

Normalmente la potenzialità richiesta dalla batteria per il post-riscaldamento in

condizioni invernali è in generale maggiore rispetto al caso estivo.


Per dimensionare l’umidificatore adiabatico bisogna determinare la portata

d’acqua da somministrare all’aria in condizioni invernali (trattamento P-RI)

per garantire il raggiungimento di un adeguato contenuto igrometrico.

Questa si determina mediante la seguente relazione:

1000/XXGG PRIW (kg/h)

dove:

Gw = portata d’acqua (kg/h);

G = portata d’aria di progetto (m3/h);

ρ = densità dell’acqua (kg/m3);

XRI = umidità specifica dell’aria nel punto RI (g/kg);

XP = umidità specifica dell’aria nel punto P (g/kg).


Per dimensionare il ventilatore di mandata occorre definire i valori della

portata d’aria e della prevalenza.

La portata d’aria è pari alla portata totale, determinata in fase di progetto.

La prevalenza del ventilatore, deve essere tale da consentire di vincere le

perdite di carico totali del circuito aeraulico (per il circuito più sfavorito) e

sono espresse dalla relazione già vista in precedenza:

UTAdiffcd PPPPP (Pa)

Al valore di ΔP, ai fini della definizione della prevalenza del ventilatore, si

applica in genere un fattore di sicurezza dell’ordine di 1.5.

Note G e ΔP, è possibile determinare la potenza del ventilatore di mandata :

3600/PG

WV (W)

La potenzialità deve essere calcolata considerando che, dal progetto

dell’impianto, risultano note le potenze termiche che devono essere fornite

al fluido termovettore. Pertanto la potenza termica QfC richiesta dal fluido

caldo sarà pari a:

Generatori di calore: dimensionamento

2BC1BCfC QQQ

impianti misti:

impianti a tutt’aria

vi2BC1BCfC QQQQ

QBC1, QBC2 e Qvi potenze richieste dalle batterie di preriscaldamento e post

riscaldamento dell’UTA e dal circuito dei ventilconvettori in funzionamento

invernale

Macchine frigorifere: dimensionamento

Tenere in conto costi di installazione, esercizio, manutenzione, dimensioni e

sicurezza di funzionamento.

Generalmente, per impianti medio-piccoli, la scelta ricade su un’unica

macchina; nel caso di impianti che richiedono potenzialità medio-alte è

consigliabile optare per più gruppi refrigeranti.

Impianti a tutt’aria: BFF QQ (kW)

QF = potenza termica resa al fluido intermediario adibito al trasporto del freddo

Impianto misto, la potenzialità è fornita da: veBFF QQQ (kW)

QBF e Qve potenze richieste dalla batteria fredda dell’UTA e dal circuito dei

ventilconvettori in funzionamento estivo

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IMPIANTI DI CONDIZIONAMENTO: CRITERI DI PROGETTO · CALCOLO DELLA PORTATA D’ARIA DI PROGETTO Impianti a tutt’aria Portate necessarie al controllo della temperatura: u Ae Iemin