Manuale principi Condizionamento

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Principi fondamentali del condizionamento dellaria

Luso di questo manuale richiede un certo grado di discernimento. Nessuna responsabilit potr essere addebitata alla CARRIER S.p.A. per un uso non corretto del suo contenuto. Sar anche cura del progettista fare riferimento alle normative locali ove fossero diverse dai dati riportati.

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IL TRATTAMENTO DELLARIAA cura di : Franco Pinzani CARRIER Spa

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Introduzione

Lo scopo di un impianto di condizionamento quello di creare in un certo ambiente le condizioni termigrometriche desiderate. Queste condizioni termoigrometriche possono essere richieste per il confort delle persone o per necessit industriali affinch un certo processo di lavorazione si compia nel miglior modo e nel minor tempo possibile. Perch questo avvenga l impianto di condizionamento deve disporre di una potenzialit sufficiente e di un sistema di regolazione che ne controlli il funzionamento qualunque sia il carico termico dellimpianto. La potenzialit deve essere stabilita in funzione dei carichi termici massimi. Per poter valutare questi carichi o questi disperdimenti, necessario conoscere tutti gli elementi che influenzano il bilancio termico dell ambiente preso in esame: bilancio che strettamente legato alle quantit di calore scambiate, durante l unit di tempo, tra l interno e l esterno del locale e le quantit di calore che si generano all interno del locale stesso. In questo corso esamineremo brevemente quelle tecniche e quelle regole che sono alla base dello studio e della progettazione di un impianto di condizionamento. Definiremo alcuni termini e puntualizzeremo alcuni concetti ricorrenti.

Studieremo in che modo il calore e lumidit vengono prodotti e introdotti nell ambiente. Cercheremo di conoscere come il corpo umano reagisce alle diverse condizioni di temperatura e umidit relativa in funzione anche dellattivit fisica svolta. Vedremo come il diagramma psicrometrico o diagramma dell aria umida pu essere di valido aiuto nella risoluzione dei vari problemi connessi al trattamento dell aria: trattamento che dovr sempre essere eseguito in funzione delle condizioni termoigrometriche che si vogliono raggiungere e quindi del bilancio termico dell ambiente. Esamineremo brevemente il concetto delle condizioni di benessere e vedremo di individuare quali sono i fattori che possono concorre a realizzare o alterare queste condizioni di benessere. In questo manuale verranno date quelle indicazioni tecniche necessarie per affrontare e risolvere i problemi connessi alla distribuzione dellaria e allimmissione della stessa negli ambienti. Si proseguir con la stima dei carichi termici e si evidenzieranno i vari fattori che debbono essere tenuti presenti nellesecuzione dei calcoli del bilancio termico per evitare di trascurare o surdimensionare qualche fattore giungendo quindi a stabilire una potenzialit dellimpianto non adeguata allo scopo che vogliamo raggiungere.

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Condizioni di benessere termico

Lo scopo di un impianto di condizionamento quello di creare, in un certo ambiente, le condizioni di temperatura e umidit relativa volute, assicurando al tempo stesso una certa purezza e velocit dellaria nellambiente stesso. Gli impianti possono essere di tipo industriale e civile. Nel primo, le condizioni termoigrometriche sono dettate dalla natura stessa del processo e del materiale lavorato e possono non tener conto del benessere delle persone addette al processo stesso. Nel secondo, cio negli impianti civili, limpianto di condizionamento deve regolare la temperatura, lumidit relativa, il grado di filtrazione e purezza dellaria, nonch la sua velocit, in modo da assicurare le condizioni pi soddisfacenti per il benessere delle persone. La conoscenza delle funzioni e delle reazioni del corpo umano alle diverse mansioni di lavoro o pi generalmente alle diverse attivit ed alle variazioni di temperatura ed umidit, alla base per lo studio e la realizzazione di un impianto di condizionamento dellaria. L uomo deve essere considerato come una macchina del caldo. Il cibo, combustibile per la macchina umana, fornisce energia al corpo e generalmente crea calore allinterno del corpo stesso. Ogni movimento del corpo, compreso il chiudere ed aprire gli occhi, comporta limpiego dellenergia accu-

mulata col cibo e genera sempre calore. Il calore prodotto da ogni movimento viene trattenuto dal corpo o espulso in modo tale da mantenere la sua temperatura costante a 37 C. Poich molto spesso il calore prodotto superiore a quello necessario al corpo umano, il calore in eccesso viene ceduto allambiente sotto forma di calore sensibile e calore latente. Il primo viene ceduto per convezione e per irraggiamento, il secondo con la respirazione e la traspirazione e cio con levaporazione dei liquidi corporei. CONVEZIONE Convezione la trasmissione di calore sensibile effettuata da un vettore fluente (aria o acqua). Laria che a contatto con il corpo umano si riscalda, sale verso lalto e cos facendo manda nuova aria pi fresca a contatto col corpo umano; aria che in grado di assorbire altro calore. IRRAGGIAMENTO Ogni corpo caldo trasmette ad altri corpi o elementi, il calore contenuto, a mezzo di radiazioni o raggi (senza bisogno che ci sia un qualsiasi mezzo interposto ). Come esempio si pensi al calore che a noi perviene per irraggiamento dal sole attraverso gli spazi vuoti siderali.

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CONDIZIONI DI BENESSERE TERMICO

EVAPORAZIONE La miscela di aria che esce dai polmoni termicamente pi ricca di calore sia perch la sua temperatura normalmente pi alta di quella che aveva allentrata, sia perch si arricchita di vapore acqueo. Il corpo umano provvede a mantenere il suo equilibrio termico anche con la traspirazione della pelle,ma, cos facendo, innalza lumidit relativa dellambiente. FATTORI CHE INCIDONO SULLE CONDIZIONI DI BENESSERE I fattori che condizionano e determinano le condizioni di benessere sono: il rinnovo dellaria ambiente la temperatura a bulbo secco dellaria ambiente la sua umidit relativa la temperatura media radiante delle pareti la velocit media dellaria ambiente la protezione termica ( vestiti ) del corpo umano lattivit fisica svolta

Essi sono: -Il grado di protezione termica del corpo umano ( abiti ) -Lattivit fisica svolta E vero che luomo ha una notevole capacit di adattamento e riesce a mantenere lequilibrio termico del corpo anche in condizioni ambientali disagevoli, ma questo adattamento avviene sempre a scapito della sensazione di benessere. La determinazione delle condizioni di benessere ha subito una notevole evoluzione negli ultimi 50 anni fino a portare alla formulazione di una espressione algebrica, molto complessa e poco adatta ad un impiego corrente, che lega tra loro i fattori sopramenzionati. Senza addentrarci in un esame analitico del problema cercheremo di sintetizzare i risultati delle varie ricerche condotte in USA ed in diversi stati europei e fissare alcuni principi fondamentali per il benessere delle persone. Per chiarire i concetti utilizzeremo i diagrammi della ASHRAE. ARIA ESTERNA Un primo elemento che incide notevolmente sul benessere delle persone la purezza e il rinnovo dellaria ambiente. Lindividuo umano altera la composizione dellaria ambiente con lemissione di anidride carbonica (con la respirazione), lemissione di odori (per traspirazione), fumando ecc. Limpianto di condizionamento deve provvedere ad assicurare un costante rinnovo dellaria, opportunamente filtrata e condizionata. Il quantitativo di aria esterna per persona pu variare notevolmente. Normalmente, negli uffici, abitazioni, negozi di vendita, il quantitativo varia da un minimo di 5 ad un massimo di 10 l/s per persona anche in funzione della presenza o meno di fumatori. TEMPERATURA ED UMIDITA RELATIVA Nei moderni impianti, anche allo scopo di risparmiare energia e realizzare spese di gestione contenute, si tende pi che a realizzare le condizioni ottimali (che comunque non soddisfarebbe la totalit delle persone presenti), a creare quelle condizioni di temperatura ed umidit che sono ritenute accettabili almeno dall80% degli individui presenti.

La temperatura a bulbo asciutto e lumidit relativa dellaria, la temperatura media radiante delle parti ed il movimento dellaria che circonda il corpo umano, sono i fattori principali che facilitano o non, lespulsione del calore in eccesso dal corpo umano e danno allindividuo la sensazione di benessere. La variazione di uno di questi fattori pu avere la possibilit di alterare, in aumento o in difetto, lemissione del calore dal corpo umano e quindi le condizioni di benessere. Ad esempio per una certa temperatura, ( 25 o 26 C ), un sensibile movimento dellaria ed una bassa umidit relativa facilitano lemissione di calore del corpo umano e danno la sensazione di fresco o anche di freddo. Alla stessa temperatura un basso movimento dellaria ed un forte contenuto dellumidit relativa, ostacolano questa emissione di calore e danno una sensazione di leggermente caldo o caldo. Altri due fattori, strettamente legati al singolo individuo, incidono sensibilmente sul benessere della persone e non vanno trascurati nella progettazione di un impianto di condizionamento.

CONDIZIONI DI BENESSERE TERMICO

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Dal primo diagramma di benessere ASHRAE ( fig. 1 ) si pu vedere che le linee rappresentative delle sensazioni leggermente fresco, confortevole, ecc. non sono influenzate in modo sensibile dal grado di umidit relativa se questa compresa tra il 30 e il 70%. Delle recenti norme dellASHRAE stabiliscono che negli impianti civili destinati al confort delle persone,

un condizionatore non deve intervenire per aumentare o diminuire lumidit relativa ambiente se questa rispettivamente superiore al 30% o inferiore al 70%. Questa norma, non vuole in alcun modo alterare le condizioni di benessere, ma ha la finalit di evitare uno spreco di energia per mantenere in ambie