Impianti di Climatizzazione - Polimi PDF

Sistemi di ventilazione meccanica controllata Prof. Giuliano Dall’O’, ABC Dept. 44  Impianti di climatizzazione estiva Prof. Giuliano Dall’O’, ABC Dept. 45  Classificazione degli impi...

Sistemi di ventilazione meccanica controllata Prof. Giuliano Dall’O’, ABC Dept. 44  Impianti di climatizzazione estiva Prof. Giuliano Dall’O’, ABC Dept. 45  Classificazione degli impianti HVAC A tutta aria Canale singolo Portata costante Post-riscaldamento Portata variabile Doppio canale Portata costante A tutta acqua Due tubi Quattro tubi Misto aria-acqua Due tubi Quattro tubi Gas refrigeranti Split System Prof. Giuliano Dall’O’, ABC Dept. 46  Impianto di climatizzazione ad aria Unità di trattamento aria centralizzata Canali di distribuzione Grigia di mandata Canali di ritorno Griglia di ripresa Prof. Giuliano Dall’O’, ABC Dept. 47  Impianto di climatizzazione ad aria Ventilatore di ripresa Aria esterna Serranda Batteria fredda Batteria calda Batteria Post-riscaldamento Edificio + _ + Aria di mandata Recuperatore di calore Aria espulsa Mixing box Filtro Umidif. Ventilatore di mandata Serranda Spazio climatizzato Circuito acqua refrigerata Circuito acqua calda Centrale frigorifera Centrale termica Torre di Generatore Macchina Aria di ripresa raffreddamento Di calore frigorifera Prof. Giuliano Dall’O’, ABC Dept. 48  Impianto a singolo canale portata costante Un impianto HVAC a singolo canale a portata costante con post-riscaldamento è un sistema che distribuisce una quantità costante di aria trattata in tutto l'edificio, con la possibilità di riscaldare ulteriormente l'aria in alcune zone attraverso batterie di post-riscaldamento collocate nelle condotte locali. Funzionamento: 1. Unità centrale: L'aria esterna viene aspirata, trattata (raffrescata o riscaldata) e filtrata in un'unità centrale, quindi viene distribuita attraverso un'unica condotta. 2. Portata costante: L'aria trattata viene inviata costantemente a tutti gli ambienti serviti. 3. Post-riscaldamento: In alcune zone, l'aria può essere ulteriormente riscaldata tramite batterie di post-riscaldamento, posizionate nei terminali della condotta. Queste batterie possono essere elettriche o ad acqua calda e consentono di aumentare la temperatura dell'aria nelle singole stanze senza variare la portata d'aria. 4. Diffusione: L'aria condizionata e post-riscaldata viene distribuita negli ambienti tramite griglie o bocchette. Vantaggi: Parziale controllo della temperatura per zona: Grazie alle batterie di post-riscaldamento, è possibile regolare la temperatura in alcune zone specifiche, migliorando il comfort senza influenzare l'intero impianto. Semplicità: Pur introducendo il post-riscaldamento, il sistema rimane relativamente semplice rispetto a soluzioni più complesse come i sistemi multi-zona o a portata variabile. Flessibilità: Consente una certa personalizzazione della temperatura per ambienti che richiedono un maggiore riscaldamento rispetto ad altri. Svantaggi: Inefficienza energetica: Nonostante il post-riscaldamento, l'aria raffreddata viene distribuita in tutte le zone a portata costante, il che può causare sprechi energetici. Inoltre, Legenda: riscaldare l'aria già raffreddata è meno efficiente. A) aria espulsa, B) aria esterna, C) aria di ripresa dagli ambienti, D) Costo aggiuntivo: L'aggiunta delle batterie di post-riscaldamento comporta un aumento aria di mandata agli ambienti, 1) serrande, 2) ventilatore di ripresa, 3) del costo di installazione e manutenzione. sezione di filtraggio, 4) batteria calda, 5) batteria fredda, 6) sezione di Comfort non uniforme: Anche con il post-riscaldamento, il controllo della temperatura è umidificazione, 7) batteria di post-riscaldamento, 8) ventilatore di limitato a una variazione del riscaldamento. Non è possibile variare la portata d'aria o mandata. raffrescare alcune zone separatamente. Prof. Giuliano Dall’O’, ABC Dept. 49  Impianto a singolo canale portata costante con post-riscaldamento Un impianto HVAC a singolo canale a portata costante è un sistema che fornisce aria condizionata (raffrescata o riscaldata) attraverso un'unica condotta, distribuendo una quantità fissa di aria in tutti gli ambienti serviti. L'aria viene trattata in un'unità centrale, che ne regola la temperatura, l'umidità e il filtraggio, per poi essere distribuita tramite una rete di condotti. Funzionamento: 1. Unità centrale: L'aria esterna viene aspirata, trattata (raffreddamento/riscaldamento) e filtrata. 2. Distribuzione: L'aria trattata viene distribuita attraverso un unico canale o condotto che raggiunge tutte le zone dell'edificio. 3. Portata costante: La quantità di aria immessa nei vari ambienti è costante e non varia in base alle esigenze di singole stanze. 4. Diffusione: L'aria condizionata viene diffusa negli ambienti tramite bocchette e griglie di ventilazione. Vantaggi: Semplicità di progettazione e installazione: Affidabilità: Il sistema è robusto e richiede una manutenzione meno frequente rispetto a sistemi più complessi. Costo contenuto: È generalmente più economico da installare e mantenere rispetto a sistemi multi-zona o a portata variabile. Svantaggi: Mancanza di controllo zonale: Non è possibile regolare la temperatura individualmente in ciascuna stanza, poiché la portata d'aria è costante per tutte le Legenda: zone. A) aria espulsa, B) aria esterna, C) aria di ripresa dagli ambienti, D) Inefficienza energetica: Se un ambiente ha già raggiunto la temperatura desiderata, aria di mandata agli ambienti, 1) serrande, 2) ventilatore di ripresa, 3) continuerà a ricevere aria trattata inutilmente, portando a sprechi energetici. sezione di filtraggio, 4) batteria calda, 5) batteria fredda, 6) sezione di umidificazione, 7) batteria di post-riscaldamento, 8) ventilatore di Confort non uniforme: In grandi edifici o abitazioni, alcune aree potrebbero risultare mandata. surriscaldate o troppo fredde, data l'impossibilità di regolare il flusso d'aria per zona. Prof. Giuliano Dall’O’, ABC Dept. 50  Impianto a doppio canale portata costante Un impianto di condizionamento ad aria a doppio canale a portata costante è un sistema che utilizza due condotti separati per distribuire l'aria trattata agli ambienti: uno per l'aria fredda e uno per l'aria calda. Ogni ambiente può ricevere una miscela regolata di aria fredda e calda, pur mantenendo una portata d'aria costante. Funzionamento: 1. Unità centrale: L'aria esterna viene trattata in due modalità: una parte viene raffreddata e l'altra riscaldata. Entrambe vengono inviate attraverso due canali distinti (uno per l'aria fredda e uno per quella calda). 2. Portata costante: Il flusso d'aria nei due canali rimane costante, ma in ogni ambiente può regolare la miscela di aria calda e fredda attraverso apposite cassette miscelatrici. 4 3. Miscelazione locale: Le serrande regolano la quantità di aria fredda e calda che entra in ciascun ambiente, permettendo di ottenere la temperatura desiderata senza variare la portata d'aria. 4. Distribuzione: L'aria miscelata viene distribuita negli ambienti tramite bocchette o griglie. Vantaggi: Controllo della temperatura per zona: Ogni ambiente può regolare la sua temperatura in base alla miscela di aria fredda e calda, offrendo un comfort personalizzato in tutte le zone servite. Confort uniforme: Grazie alla possibilità di regolare la temperatura localmente, si evita il problema di avere ambienti troppo freddi o troppo caldi. Semplicità di gestione: Sebbene utilizzi due canali, il sistema rimane a portata costante, il che riduce la complessità di regolazione rispetto ai sistemi a portata variabile. Svantaggi: Inefficienza energetica: Il sistema può risultare inefficiente, poiché richiede di raffreddare e Legenda: riscaldare contemporaneamente l'aria per tutti gli ambienti, anche quando non necessario. A) aria espulsa, B) aria esterna, C) aria di ripresa dagli ambienti, D) Ciò può portare a sprechi di energia. canale freddo agli ambienti, E) canale caldo agli ambienti, F) ambiente Maggiore complessità di installazione: L'aggiunta di un secondo canale per l'aria calda da condizionare, G) ambiente da condizionare, 1) serrande, 2) aumenta la complessità dell'impianto e i costi di installazione. ventilatore di ripresa, 3) sezione di filtraggio, 4) batteria calda, 5) Spazio necessario: La presenza di due canali richiede più spazio per l'installazione delle batteria fredda, 6) sezione di umidificazione, 7) ventilatore di mandata, condotte rispetto a un sistema a singolo canale. 8) cassette miscelatrici. Prof. Giuliano Dall’O’, ABC Dept. 51  Impianto a doppio canale portata costante: cassette miscelatrici La cassetta miscelatrice è un componente chiave di un impianto di condizionamento Materiale fonoassorbente ad aria a doppio canale. Il suo compito è regolare la miscela di aria fredda e aria calda proveniente dai due canali, in modo da ottenere la temperatura desiderata per Elemento ciascun ambiente servito dall'impianto. Controllo portata Dal termostato Funzionamento delle cassette miscelatrici: Aria fredda Aria calda 1. Ingresso dell'aria: La cassa miscelatrice riceve aria fredda e aria calda da due canali separati. Un canale trasporta aria raffreddata (tipicamente prodotta da Scatola di un'unità di raffreddamento), mentre l'altro trasporta aria riscaldata (prodotta da miscelazione una batteria di riscaldamento o caldaia). 2. Serrande regolatrici: All'interno della cassa miscelatrice ci sono serrande mobili Regolatore di portata Regolatore di portata che regolano l'apertura dei due canali. Queste serrande permettono di variare la aria fredda minima d’aria quantità di aria fredda e calda che entra nella cassa, in modo da ottenere una miscela d'aria con la temperatura desiderata per l'ambiente specifico. Le Termostato serrande possono essere controllate manualmente o automaticamente tramite termostati locali. Aria calda Aria fredda 3. Miscelazione: Una volta entrate nella cassa, le due correnti d'aria vengono mescolate tra loro. La percentuale di aria fredda e calda può variare Scatola di continuamente, permettendo un'ampia gamma di temperature di uscita dalla miscelazione cassa miscelatrice, senza alterare la portata d'aria. Schema di una cassetta miscelatrice 4. Uscita dell'aria: L'aria miscelata viene poi inviata all'ambiente attraverso le bocchette di ventilazione. La temperatura dell'aria in uscita dipende dalla regolazione delle serrande e dalla proporzione tra aria calda e fredda. Controllo automatico: Le casse miscelatrici sono collegate a termostati installati nei singoli ambienti. Il termostato rileva la temperatura della stanza e comanda le serrande della cassa miscelatrice, regolando la quantità di aria calda o fredda necessaria per mantenere la temperatura impostata. Cassetta miscelatrice Prof. Giuliano Dall’O’, ABC Dept. 52  Impianto a singolo canale portata variabile (VAV) Un impianto di condizionamento ad aria a singolo canale a portata variabile (VAV - acronimo di Variable Air Volume) è un sistema che regola la quantità di aria condizionata inviata agli ambienti in base alle esigenze di temperatura di ciascuna zona. La temperatura dell'aria è costante, ma la portata d'aria viene variata per mantenere il comfort desiderato. Funzionamento: 1. Unità centrale: L'aria viene trattata (raffrescata o riscaldata) e inviata in tutti gli ambienti tramite un unico condotto. 2. Portata variabile: La quantità d'aria inviata a ciascun ambiente varia a seconda delle esigenze. Il volume d'aria è regolato da valvole VAV situate nelle condotte che servono 4 ogni ambiente. 3. Controllo locale: Ogni zona è dotata di un sensore di temperatura (o termostato) che comanda la valvola VAV, aumentando o diminuendo il flusso d'aria per mantenere la temperatura desiderata. 4. Regolazione della pressione: Un sistema di controllo centrale monitora la pressione nelle condotte per garantire che la variazione di portata non crei squilibri nel sistema. Vantaggi: Efficienza energetica: Il sistema fornisce solo la quantità d'aria necessaria, riducendo il consumo energetico rispetto a impianti a portata costante, in quanto non invia aria in eccesso nelle stanze che non ne hanno bisogno. Controllo del comfort per zona: Ogni ambiente può regolare la quantità di aria che riceve, migliorando il comfort senza influire sugli altri ambienti. Riduzione del rumore: Con una portata ridotta nelle stanze che non richiedono grande Legenda: raffreddamento o riscaldamento, il rumore del flusso d'aria può essere ridotto. A) aria espulsa, B) aria esterna, C) aria di ripresa dagli ambienti, D) Svantaggi: canale freddo agli ambienti, E) canale caldo agli ambienti, F) ambiente Costo di installazione: È un sistema più complesso rispetto a un impianto a portata da condizionare, G) ambiente da condizionare, 1) serrande, 2) costante, con maggiori costi di progettazione, installazione e manutenzione. ventilatore di ripresa, 3) sezione di filtraggio, 4) batteria calda, 5) batteria fredda, 6) sezione di umidificazione, 7) batteria di post- Manutenzione più frequente: Le valvole VAV sono componenti mobili che richiedono una riscaldamento, 8) ventilatore di mandata a portata variabile, 9) terminali manutenzione regolare per funzionare correttamente. a portata variabile. Prof. Giuliano Dall’O’, ABC Dept. 53  Unità di trattamento aria (UTA) Un'unità di trattamento aria (UTA) per aria condizionata è un dispositivo centrale utilizzato negli impianti di climatizzazione per trattare l'aria e distribuirla negli ambienti serviti. Il suo compito è regolare la temperatura, l'umidità e la qualità dell'aria. Funzionamento: 1. Pre-filtrazione: L'aria esterna viene aspirata e filtrata per rimuovere polvere e particelle. 2. Batteria di raffreddamento/riscaldamento: L'aria passa attraverso scambiatori di calore (batterie) che la riscaldano o raffreddano, a seconda delle esigenze di climatizzazione. 3. Umidificazione/Deumidificazione: L'aria può essere umidificata o deumidificata per mantenere un livello di umidità confortevole. 4. Ventilazione: Ventilatori spingono l'aria trattata attraverso i condotti verso gli ambienti serviti. Esempio di Unità di trattamento aria 5. Filtrazione finale: L'aria viene ulteriormente filtrata prima di essere distribuita, garantendo una buona qualità dell'aria interna. Ventilatore di ripresa Componenti principali: Aria esterna Filtri: Per pulire l'aria da particelle inquinanti. Batterie di riscaldamento/raffreddamento: Per regolare la temperatura. Serranda Batteria fredda Umidificatore: Per controllare l'umidità dell'aria. Batteria calda Batteria Post-riscaldamento Ventilatori: Per il movimento e la distribuzione dell'aria trattata. Recuperatori di calore _ + + Vantaggi: Recuperatore Controllo completo di temperatura, umidità e qualità dell'aria. di calore Aria espulsa Mixing box Filtro Umidificazione Adatta per grandi impianti e ambienti con esigenze specifiche di climatizzazione. Serranda Ventilatore di mandata Svantaggi: Installazione e manutenzione più complesse e costose rispetto a soluzioni più Schema di una Unità di trattamento aria semplici (come split system). Prof. Giuliano Dall’O’, ABC Dept. 54  Unità di trattamento aria Esempi di Unità di trattamento aria Unità di trattamento aria installate in copertura Unità di trattamento aria installate in locale tecnico Prof. Giuliano Dall’O’, ABC Dept. 55  Macchine frigorifere Macchina frigorifera di media potenza (Carrier) Macchina frigorifera raffreddata ad aria di media potenza (Carrier) Prof. Giuliano Dall’O’, ABC Dept. 56  Torri evaporative Una torre evaporativa è un dispositivo utilizzato per il raffreddamento di acqua in impianti di climatizzazione o industriali. Il suo funzionamento si basa sull'evaporazione parziale dell'acqua per dissipare il calore. Funzionamento: 1. Ingresso dell'acqua calda: L'acqua calda proveniente dal sistema da raffreddare (ad esempio, un condensatore di un impianto di refrigerazione) viene pompata nella torre e distribuita nella parte superiore attraverso ugelli o spruzzatori. 2. Flusso d'aria: Nella torre, l'aria esterna viene aspirata o forzata all'interno da ventilatori, entrando in contatto con l'acqua calda in caduta. 3. Evaporazione: Durante il contatto tra aria e acqua, una piccola parte dell'acqua evapora, assorbendo il calore sensibile dall'acqua restante e raffreddandola. Il calore viene disperso nell'aria insieme al vapore acqueo. 4. Raffreddamento dell'acqua: L'acqua raffreddata cade nella vasca di Uscita aria calda e umida raccolta alla base della torre e viene reimmessa nel sistema da raffreddare. 5. Scarico dell'aria calda e umida: L'aria, riscaldata e umidificata dal contatto Ventilatore con l'acqua, viene scaricata verso l'esterno dalla parte superiore della Ugelli spruzzatori torre. Componenti principali: Ingresso acqua da raffreddare Ugelli/spruzzatori: Distribuiscono l'acqua calda da raffreddare. Uscita acqua Ventilatori: Spingono o aspirano l'aria all'interno della torre. raffreddata Vasca di raccolta: Raccoglie l'acqua raffreddata. Ingresso aria fresca Ingresso aria fresca e asciutta e asciutta Vasca di raccolta Schema torre evaporativa Prof. Giuliano Dall’O’, ABC Dept. 57  Ventilconvettori (Fan-coil) Un impianto a fan-coil è un sistema di climatizzazione utilizzato per riscaldare o raffreddare ambienti interni, sfruttando un'unità terminale composta da uno scambiatore di calore e un ventilatore. Funziona in modo semplice: l'acqua calda o fredda viene convogliata all'interno dello scambiatore di calore (una serie di tubi con alette in alluminio), mentre i ventilatori spingono l'aria ambiente attraverso questo scambiatore, diffondendo l'aria riscaldata o raffreddata nell'ambiente. Funzionamento 1. L'acqua che circola nei fan-coil viene prodotta da una caldaia (per il riscaldamento) o da un frigorifero (per il raffreddamento). Questa acqua viene distribuita attraverso un sistema di tubazioni a tutte le unità. 2. L'acqua, una volta entrata nel fan-coil, passa attraverso un elemento chiamato scambiatore di calore. È una serpentina di tubi in cui l'acqua circola e trasferisce calore o sottrae calore all'aria che lo attraversa. 3. Un ventilatore elettrico all'interno del fan-coil aspira l'aria dell'ambiente e la fa passare attraverso lo scambiatore di calore. L'aria viene così riscaldata o raffreddata. 4. I fan-coil possono essere dotati di un termostato che regola la temperatura ambiente. A seconda delle impostazioni dell'utente, il ventilatore aumenta o diminuisce la velocità per adeguare il flusso d'aria, mantenendo la temperatura desiderata. Vantaggi del sistema a fan-coil: Ogni unità fan-coil può essere controllata individualmente, permettendo una regolazione puntuale della temperatura in ciascun ambiente. Può funzionare sia per riscaldare che per raffreddare gli ambienti. Le unità fan-coil sono relativamente piccole e possono essere installate a parete, a soffitto o a pavimento. Svantaggi: Il ventilatore interno può generare rumore, seppur in livelli generalmente accettabili. Le unità richiedono una pulizia periodica dei filtri e del ventilatore per garantire il corretto funzionamento e mantenere un buon livello di qualità dell'aria. Prof. Giuliano Dall’O’, ABC Dept. 58