ELEMENTI COSTITUTIVI

DEGLI IMPIANTI DI

CLIMATIZZAZIONE

Livio de Santoli, Francesco Mancini

Università La Sapienza di Romalivio.desantoli@uniroma1.it

francesco.mancini@uniroma1.it

www.eeplus.it

www.ingenergia.it

Introduzione2

• Un sistema impiantistico si compone, in generale, di diversi sottosistemi ognuno

con una funzione ed un ruolo ben precisi.

• Con l’obiettivo di raggiungere il comfort termico:

o un sottosistema di produzione, costituito da macchine per generare energia

termica e frigorifera;

o un sottosistema (eventuale) di accumulo, costituito da apparecchiature per

accumulare l’energia termica o frigorifera prodotta;

o un sottosistema di distribuzione, costituito da tubazioni o canalizzazioni;

o un sottosistema di regolazione, per la gestione dei flussi energetici;

o un sottosistema di emissione, costituito da elementi terminali per la cessione

dell’energia agli ambienti da riscaldare o raffrescare.

• Con l’obiettivo di controllare la qualità dell’aria o l’umidità relativa:

o macchine per inviare aria esterna pulita all’interno dell’edificio (eseguendo, se

necessario, i trattamenti ritenuti opportuni) e macchine per riprendere aria

dagli ambienti;

o sistemi per la distribuzione dell’aria all’interno dell’edifico, di immissione

(mandata) e di estrazione (ripresa);

o elementi terminali per l’immissione e per l’estrazione dell’aria negli ambienti

Rendimento di una macchina3

• Rendimento () di una macchina o di un sistema è il rapporto tra l’energia (o la

potenza) utile erogata dalla macchina (QU) e l’energia (o la potenza) disponibile (QD) in

ingresso alla macchina

• Serve a caratterizzare numericamente la capacità della macchina di utilizzare l’energia

disponibile.

QD Macchina QU

QP

PUDQQQ

D

U

Q

Q

• Numero adimensionale con un valore compreso tra 0 e 1 (tra 0 e 100% se

espresso in percentuale)

• Per certe macchine, si considera rendimento il rapporto tra la grandezza utile in

uscita e la grandezza disponibile in ingresso (solitamente quella pagata in

termini economici)

• In questi casi, rapportando grandezze anche disomogenee dal punto di vista

delle caratteristiche e delle unità di misura, il rendimento può essere anche

maggiore di 1 e accompagnato dall’unità di misura

Rendimento di macchine in serie o in parallelo4

QD1 Macchina1 QU1

QP1

QD2 Macchina2 QU2

QP2

21

2

2

1

1

1

2 D

U

D

U

D

U

SQ

Q

Q

Q

Q

Q

• Il rendimento di due macchine in serie è uguale al prodotto dei rendimenti delle

due macchine singole.

• Ognuno dei rendimenti è minore di uno: il rendimento complessivo diminuisce

al crescere del numero di macchine messe in serie.

QD1 Macchina1 QU1

QP1

QD2 Macchina2 QU2

QP2

21

2211

21

21

DD

DD

DD

UU

PQQ

QQ

QQ

QQ

Combustibili e potere calorifico5

• I combustibili sono sostanze in grado di produrre energia termica a seguito di

una reazione chimica di ossidazione detta combustione.

• Sono classificati in solidi, liquidi e gassosi;

o i combustibili solidi devono solitamente essere frantumati in modo da

facilitare sia il trasporto sia l’utilizzazione;

o i combustibili liquidi presentano importanti vantaggi in termini di trasporto

e non pongono particolari problemi di miscelazione con l’aria comburente;

o i combustibili gassosi presentano le migliori caratteristiche di miscibilità

con l’aria comburente, ma presentano delle criticità nel trasporto e nella

distribuzione.

Combustibili e potere calorifico6

- potere calorifico superiore (PCS): quantità di calore disponibile per effetto

della combustione completa quando i prodotti della combustione siano riportati

alla temperatura iniziale del combustibile e del comburente;

- potere calorifico inferiore (PCI): potere calorifico superiore diminuito del

calore di vaporizzazione dell’acqua formatosi durante la combustione di un

combustibile contenente idrogeno; se il vapore d’acqua contenuto nei gas di

combustione (mv) non viene condensato e non rilascia quindi il calore di

condensazione (r), la quantità di calore complessivamente resa disponibile è

minore.

vmrPCSPCI

PCI [MJ/kg]

PCS[MJ/Kg]

Petrolio greggio 41,9 44,8Benzina per auto 44,0 46,9GPL 45,7 49,8Gasolio 42,9 45,7Gas naturale 35,9 38,8Metano 37,8 43,3Coke 30,2 30,5Litantrace 31,5 32,4

Generatori di calore7

Generatore di calore: dispositivo all’interno del quale avviene il trasferimento di

calore, sviluppato dal combustibile bruciato all’interno della camera di

combustione, ad un fluido termovettore (di solito acqua)

Costituito da due parti fondamentali

- il bruciatore nel quale avviene la miscelazione tra combustibile e comburente

regolandone il quantitativo corretto da inviare alla caldaia;

- la caldaia, in cui il calore contenuto nella fiamma e nei fumi viene ceduto al

fluido termovettore attraverso una superficie di scambio che li divide

fisicamente; i fumi, dopo aver ceduto il calore, vengono convogliati al camino

e da qui espulsi in atmosfera.

• Classificazione dei bruciatori operata in base al tipo di combustibile che sono

in grado di bruciare

• Classificazione delle caldaie in funzione della tipologia costruttiva (tubi di

fumo o tubi d’acqua), in funzione del materiale con cui sono costruite (ghisa o

acciaio), oppure in funzione del livello di pressione della camera di

combustione (in depressione o pressurizzate).

Caldaie8

Tipologia costruttiva:- caldaie a tubi di fumo: l’acqua bagna la parte esterna di tubi in cui circolano i fumi caldi

diretti al camino; le caldaie civili sono quasi sempre a tubi di fumo;

- caldaie a tubi d’acqua, in cui è l’acqua che scorre all’interno di tubi lambiti esternamente

dalla fiamma e dai prodotti della combustione.

Materiale di costruzione:- caldaie in ghisa di tipo componibile, costituite da elementi trasversali cavi in ghisa che

individuano il percorso dei fumi e dell’acqua; caratterizzate da elevata resistenza alla

corrosione e dalla possibilità di essere montate sul posto; sono pesanti e fragili e temono

repentine variazioni di temperatura (shock termici); fino a circa 600-700 kW;

- caldaie in acciaio; costruite interamente in officina; temono la corrosione ed in particolare

quella causata dalla condensazione acida dei fumi; più leggere e compatte di quelle in ghisa,

sopportano meglio gli shock termici; fino a circa 3.000 kW.

Livello di pressione in camera di combustione:- caldaie con focolaio in depressione, in cui il tiraggio naturale del camino mantiene nella

camera di combustione una pressione minore di quella atmosferica presente nel locale

centrale termica;

- caldaie pressurizzate: la camera di combustione e il percorso dei fumi vengono pressurizzati

grazie all’insufflaggio di aria comburente effettuato per mezzo di un bruciatore, dotato di

ventilatore; rendimento più alto

Rendimento di un generatore di calore9

QDGeneratore

di caloreQU

QI QM

QL

QC

QD

Generatore

di caloreQU

QI QM QC

QL

LIMCUcDQQQQQPCSmQ

IMCUcDQQQQPCImQ

- perdite al camino (QC) per calore sensibile nei fumi che rappresentano la quota

più grande delle perdite; i prodotti della combustione sono rilasciati a

temperatura più alta di quella iniziale del combustibile;

- perdite dal mantello (QM) della caldaia per scambio termico convettivo e per

irraggiamento attraverso l’involucro esterno del generatore e l’ambiente;

- perdite per incombusti (QI), associate ad una combustione incompleta

- calore latente (QL) nei fumi dovuto alla presenza di vapore acqueo

Rendimento di un generatore di calore10

QDGeneratore

di caloreQU

QI QM

QL

QC

QD

Generatore

di caloreQU

QI QM QC

QL

LIMCUcDQQQQQPCSmQ

IMCUcDQQQQPCImQ

Per ragioni storiche, viene ritenuto disponibile non il potere calorifico superiore

ma quello inferiore e quindi il rendimento di un generatore di calore è:

D

IMC

D

IMCD

D

U

PQ

QQQ

Q

QQQQ

Q

Q

1

Rendimento di un generatore di calore a

condensazione

11

QU

QL

QD

Generatore

di caloreQU

QI QM QC

QL

QD

Generatore

di calore

QI QM QC

• Possibile utilizzo del calore di condensazione del vapor d’acqua presente nei fumi

• La condensazione del vapore presente nei fumi e quindi il recupero del calore di

condensazione è possibile se la temperatura dei fumi è abbassata fino al punto di

rugiada.

• Le caldaie a condensazione hanno un rendimento più alto delle caldaie

tradizionali, dal momento che recuperano una quota del calore latente dei fumi,

evacuano fumi a temperature più basse e, operando a temperature più basse,

hanno minori perdite dal mantello.

• Mantenendo la definizione (convenzionale) del rendimento per la differenza tra

PCI e PCS, può accadere che il rendimento di una caldaia a condensazione sia

anche superiore ad uno.

Rendimento di un generatore di calore12

90

100

110

80

70

60

50

40

30

20

10

0

20 30 40 50 60 70 80 90 100

A - Caldaia tradizionale a temperatura costante

B - Caldaia innovativa a temperatura costante

C - Caldaia a temperatura scorrevole

D - Caldaia a condensazione

A

C D

B

Grado di parzializzazione [%]

Ren

dim

en

to [

%]

100

95

20 30 40 50 60 70 80 90 100

A - Temperatura fluido termovettore 90-70 °C

B - Temperatura fluido termovettore 75-60 °C

C - Temperatura fluido termovettore 40-30 °C

Grado di parzializzazione [%]

Ren

dim

en

to [

%]

100

105

99

97

101

103

107

109

A

B

C

111

Confronto tra caldaie

di diversa tecnologia

Confronto tra caldaie

a condensazione per

diverse temperature

13

Caldaie

Le macchine frigorifere

permettono un effetto termico non

conseguibile spontaneamente

ovvero permettono di sottrarre

calore da una sorgente a

temperatura inferiore e di cederlo

ad una sorgente a temperatura

superiore

Gruppi frigoriferi e pompe di calore14

Q2

Q1

evaporatore

condensatore

valvola di

laminazione

compressore

alta pressione

alta temperatura

bassa pressione

bassa temperatura

- refrigeratori o gruppi frigoriferi se lo scopo è sottrarre calore alla sorgente a

temperatura inferiore

- pompe di calore se lo scopo è cedere calore alla sorgente a temperatura superiore

- macchine frigorifere a recupero di calore (parziale o totale) o gruppi polivalenti

con i due scopi congiunti

a. macchine a compressione di vapore, in cui il fluido di lavoro cambia fase

(liquida e vapore), con introduzione di energia meccanica (elettrica);

b. macchine ad assorbimento, che sfruttano la solubilità e l’elevata affinità di due

sostanze, per realizzare un ciclo in cui l’introduzione di energia avviene sotto

forma di calore.

Gruppi frigoriferi e pompe di calore15

Q2

Q1

evaporatore

condensatore

valvola di

laminazione

compressore

alta pressione

alta temperatura

bassa pressione

bassa temperatura

- nell’evaporatore il fluido frigorigeno evapora (da liquido a vapore); nel

passaggio di stato sottrae il calore Q2 alla sorgente a temperatura inferiore;

- nel compressore si ha un incremento della pressione e della temperatura; la

compressione richiede un lavoro meccanico e quindi energia elettrica (E);

- nel condensatore il fluido frigorigeno condensa (da vapore a liquido); nel

passaggio di stato cede il calore Q1 alla sorgente a temperatura superiore;

- nella valvola di laminazione il fluido frigorigeno allo stato liquido espandendosi

(diminuisce la pressione) e si raffredda (diminuisce la temperatura).

EQQ 21

Gruppi frigoriferi e pompe di calore16

Q2

Q1

evaporatore

condensatore

valvola di

laminazione

compressore

alta pressione

alta temperatura

bassa pressione

bassa temperatura

EQQ 21

• Gruppo frigorifero, il rendimento è detto EER

(Energy Efficiency Ratio, indice di efficienza

energetica)

• Pompa di calore, il rendimento è detto COP

(Coefficient Of Performance, coefficiente di

prestazione)

• Gruppo polivalente

E

QEER 2

121

EERE

EQ

E

QCOP

E

QQCOPEER 21

Gruppi frigoriferi e pompe di calore17

Unità di trattamento aria18

• L’unità di trattamento aria, detta anche UTA, è una macchina a sezioni

componibili, ognuna delle quali destinata ad una diversa funzione.

• Nella configurazione classica prevede tre batterie di scambio termico

(preriscaldamento, raffreddamento e postriscaldamento), una sezione di

umidificazione, serrande di regolazione della portata d’aria, filtri di diversi tipi ed

efficienza, ventilatori di ripresa e di mandata dell’aria; può ospitare anche

recuperatori di calore, camere di miscela, silenziatori.

+ - +

Ventilatore

di ripresaRecuperatore

di calore Silenziatore Filtro piano

Ripresa

Mandata

Presa

aria

esterna

Espulsione

aria

Silenziatore

Filtro piano

Filtro a tasche

Batteria di pre-riscaldamento

Batteria di raffreddamento

Batteria di post-riscaldamento

Sezione di umidificazione

Separatore di gocce

Ventilatore

di mandata

Unità di trattamento aria19

Recuperatori di calore20

• Per controllare la qualità dell’aria senza alterare troppo il bilancio termico

dell’ambiente, possono essere impiegati dei recuperatori di calore.

• Un recuperatore di calore è costituito da due sezioni ventilanti di mandata e di

ripresa e da una sezione di recupero termico, che, a seconda delle tipologie, potrà

essere di tipo sensibile o di tipo entalpico.

• Il recuperatore di calore può contenere anche una batteria di scambio termico (di

riscaldamento e di raffreddamento) e una sezione di umidificazione.

• Talvolta e impropriamente, sono definiti unità di trattamento aria.

Ventilatore

di ripresa

Ventilatore

di mandata

Scambiatore

di calore

Aria di

mandata

Aria

espulsa

Aria

esternaRipresa

aria

ambiente

Recuperatori di calore21

Accumulo dell’energia termica e frigorifera22

• per far fronte a picchi di richiesta nel corso della giornata; oppure per far fronte

a vuoti di produzione;

• per ragioni economiche (quando il costo dell’energia è più basso);

• per ragioni connesse al rendimento di produzione delle macchine (ad es. i

gruppi frigoriferi di notte hanno un rendimento maggiore, in virtù di

temperature di condensazione più basse)

• per moderare l’aleatorietà di produzione delle fonti rinnovabili;

• per incrementare l’inerzia termica di un piccolo impianto.

attacco

tubazioni di

mandata/ritornoserpentino di

scambio

termico serpentino di

scambio

termicoattacco

tubazioni

mandata/ritorno rubinetto di

scarico

strumentazione

di misura e di

sicurezza

Accumulo dell’energia termica e frigorifera23

TcMEp

L’energia termica o frigorifera può essere accumulata in forma sensibile o latente.

rME

- M è la massa dell’accumulo

- cp è il calore specifico a pressione costante

- T è la differenza tra la temperatura dell’accumulo e dell’utilizzo

- r è il calore latente (solidificazione, liquefazione, evaporazione,

condensazione)

- Maggiore è la potenza (P), minore sarà il tempo per caricare

l’accumulo. PE

Energia termica o frigorifera ottenuta con:

• resistenza elettrica per generare;

• scambiatore di calore a serpentino,

percorso da acqua calda o fredda;

• condensatore o l’evaporatore di una pompa

di calore per produrre energia termica o

frigorifera.

Fluidi impiegati negli di impianti di

climatizzazione

24

• Un fluido termovettore può scambiare con un generico sistema calore sensibile

o calore latente

• Calore sensibile: variazione della temperatura del fluido

• Calore latente: si avrà un passaggio di stato

• Il sistema può essere un ambiente, un terminale di impianto o altro

• Il fluido può essere aria, acqua, un fluido frigorigeno

• Temperature di utilizzo

TcmQp

rmQ

- m è la portata in massa del fluido

- cp è il calore specifico a pressione costante del fluido

- T è la differenza tra la temperatura del fluido in ingresso ed in

uscita dal sistema a cui si vuole cedere il calore trasportato

- r è il calore latente di evaporazione/condensazione

• per trasportare 10 kW di energia termica

o Aria : T=10°C, m=0,99 kg/s, portata in volume G=0,83 m3/s

o Acqua : T=10°C, m=0,24 kg/s, portata in volume G=0,00024 m3/s

o Fluido frigorigeno: r=200 kJ/kg e massa volumica 5 kg/m3, m= 0,05 kg/s;

portata in volume G=0,01 m3/s

Tubazioni per la distribuzione dell’acqua25

• Realizzate in materiale metallico o in materiale plastico (polietilene

reticolato PEX, polipropilene PP, polietilene ad alta densità PEAD,

PVC), essendo le prime (acciaio o rame) quelle più utilizzate per la

distribuzione a media e alta temperatura

• Il rame ha un costo maggiore dell’acciaio, ma consente una maggiore

facilità di installazione e di posa in opera

• Si utilizzano tubazioni in acciaio non legato (senza saldatura) per le

distribuzioni primarie (per esempio, in centrale termica o frigorifera,

per le colonne montanti, ecc.) e le tubazioni in rame per i circuiti

secondari (per esempio, per il collegamento dei corpi scaldanti con il

collettore di distribuzione)

• Tabelle con standard per ogni materiale e per ogni uso

Canalizzazioni per la distribuzione dell’aria26

• Materiali metallici, quali acciaio zincato, acciaio inossidabile, acciaio

verniciato o preverniciato, zinco-alluminio, alluminio

• Materiali plastici quali il PVC

• Più diffuse le canalizzazioni metalliche

• Canalizzazioni tessili in PVC: impiego dove è richiesta rapidità di

installazione e costi ridotti e laddove la leggerezza sia un requisito

molto importante; è anche apprezzata la possibilità di un facile

smontaggio per operazioni di pulizia o lavaggio

• Le canalizzazioni dell’aria possono essere di tipo flessibile per

facilitare il raccordo tra elementi diversi della canalizzazione o per

facilitare il collegamento di un terminale

Isolamento termico di tubazioni e canalizzazioni27

• Per evitare perdite indesiderate di energia lungo

il percorso, le tubazioni e le canalizzazioni

degli impianti termotecnici devono essere

coibentate con materiale isolante

• Lo spessore minimo dell’isolamento è stabilito

per legge (D.P.R. 412/93) in funzione del

diametro della tubazione e della conduttività

termica del materiale isolante

• I materiali isolanti a base di gomma sintetica, di

schiume poliuretaniche o possono essere di tipo

fibroso, come la lana di vetro o di roccia

• Per evitarne il danneggiamento, la posa deve

essere effettuata con cura e, inoltre, si rende

necessaria una protezione con fogli di carta

bitumata, in PVC o con lamierino metallico

(alluminio o acciaio)

Pompe di circolazione28

• Le pompe sono macchine che, ricevendo energia meccanica da un qualsiasi

motore, la trasmettono al liquido che le attraversa.

• Solitamente di tipo centrifugo; una parte rotante detta girante e una parte fissa

(corpo pompa) entro cui si muove l’acqua convogliata dalla forza centrifuga.

L’acqua entra nel corpo di pompa attraverso un tubo di aspirazione e viene

inviata, attraverso il movimento della girante, nel tubo di mandata.

• Il tubo di aspirazione è assiale rispetto alla girante, il tubo di mandata è radiale.

• A seconda della disposizione dell’albero di trasmissione, si distinguono in

orizzontali e verticali.

mandata mandata

corpo

pompa

motore

elettrico

basamentoaspirazione

basamento

corpo

pompa

pGP

=0,70,8

La potenza elettrica (P) assorbita dalla pompa è espressa in [W], la portata in volume (G)

in [m3/s], la prevalenza (p) in [Pa].

Pompe di circolazione29

Ventilatori30

• Un ventilatore è una macchina operatrice rotante che trasmette al fluido che la

attraversa una determinata energia sotto forma di aumento di pressione

• I ventilatori possono essere classificati in assiali o centrifughi.

• I ventilatori assiali (o elicoidali) sono quelli in cui l’aria viene spinta da un’elica

ed il flusso mantiene la stessa direzione all’entrata e all’uscita del ventilatore,

mantenendosi parallela all’asse della girante. Possono essere installati a muro o a

parete, per l’immissione o per l’estrazione di aria. I ventilatori assiali, di solito, si

installano in quelle applicazioni in cui la perdita di carico da superare è modesta.

• I ventilatori centrifughi sono quelli in cui l’aria è spinta da una girante a pale ed è

indirizzata verso una voluta, con aspirazione lungo la direzione dell’asse della

girante e mandata in direzione radiale (cioè in direzione perpendicolare all’asse

della girante).

pGP

=0,60,75

motore

elettricovoluta

mandata mandata

aspirazione

ancoraggio

Ventilatori31

Valvole e serrande di bilanciamento e taratura32

• Permettono di regolare con precisione la portata:

• di un liquido in una tubazione (valvole); azione di regolazione effettuata

agendo su una manopola che comanda il movimento di un otturatore

• di un gas in una canalizzazione (serrande); azione di regolazione effettuata

variando la sezione di passaggio, grazie al movimento di apposite alette

• Il corretto bilanciamento dei circuiti è indispensabile per garantire il

funzionamento dell’impianto alle condizioni di progetto

aletta

di regolazione

mobile

regolazione

asse

Sottosistema di regolazione33

• L’obiettivo di un sistema impiantistico è rappresentato da valori ben precisi delle

grandezze controllate, a fronte di grandezze perturbatrici variabili nel tempo

• I carichi termici, la produzione di vapore o di contaminanti non sono costanti

• Necessità di regolare il sistema, con aggiustamenti continui al funzionamento, in

maniera tale da mantenere un controllo preciso

• Per regolare un sistema occorre:

- fissare il valore della variabile da controllare;

- misurare la variabile, confrontando il valore con quello di riferimento;

- stabilire gli aggiustamenti da effettuare per riportare la variabile al valore

fissato.

sensore

grandezza

regolata

regolatore

mezzo

regolante

organo di

regolazione

organo di

comando

valore di riferimento

(set-point)

Circuito di regolazione o catena di regolazione:

- elemento di misura (sonda o sensore o

trasmettitore)

- elemento regolatore, confronta il valore misurato

con il valore di riferimento e invia un comando

all’organo di regolazione

- un attuatore, ovvero un organo finale di

regolazione, che consente l’azione di

aggiustaggio

Radiatori34

• Utilizzati per il riscaldamento di un ambiente, ossia per compensare il carico

termico invernale.

• Composti da elementi in serie affiancati per arrivare alla superficie radiante

desiderata, realizzati in forme diverse, a colonne, a forma piana con o senza

canali e nervature

• Il trasferimento di calore all’ambiente avviene più per convezione che per

irraggiamento

• In lamiera d’acciaio, in ghisa o in alluminio.

• I radiatori in ghisa sono i più usati, avendo una buona inerzia termica e

un’ottima resistenza alla corrosione.

• I radiatori in lamiera d’acciaio sono più economici, hanno dimensioni e peso

ridotti a parità di resa, ma sono più facilmente corrodibili.

• I radiatori in alluminio sono facilmente corrodibili se il pH dell’acqua contenuta

è diverso da valori compresi nell’intervallo 4-5

• Il radiatore è collegato ad una rete di acqua calda dalla quale preleva la

potenza termica che sarà poi ceduta all’ambiente.

Radiatori35

Valvola

di taratura

(detentore)

Valvola

di regolazioneSfiato aria

inte

ra

sse

alt

ezza

profondità larghezza

Tkq

radH

,

Modello Dimensioni [mm] Potenza [W]

k Alt. Larg. Prof. Inter. T=50°C T=60°C

EL-R-350 440 80 95 350 94 120 0,54 1,320 EL-R-500 590 80 95 500 123 157 0,72 1,321 EL-R-600 690 80 95 600 142 181 0,87 1,322 EL-R-700 790 80 95 700 161 205 0,91 1,323 EL-R-800 890 80 95 800 180 229 1,01 1,324

T è la differenza tra la temperatura

media del radiatore e la temperatura

dell’aria (in condizioni nominali è

supposta pari a 50°C, essendo pari a

70°C la temperatura media del radiatore

e a 20° la temperatura dell’aria)

ndHradHradHQqnQ

,,,

In ambienti grandi, suddividere la potenza termica su più

radiatori, in ragione di uno ogni 30-40 m2.

Radiatori36

Ventilconvettori37

• Utilizzati per riscaldare o raffrescare un ambiente, ossia per compensare il carico

termico invernale ed il carico termico estivo.

• costituiti da un carter metallico o di materiale plastico contenente una o due

batterie di scambio termico aria/acqua, uno o più ventilatori con motore

elettrico, un filtro dell’aria, dispositivi per la raccolta della condensa

• scambiano calore con l’ambiente per convenzione forzata

• a 2 tubi o a 4 tubi

• I ventilconvettori a 2 tubi sono dotati di una sola batteria di scambio termico,

alimentata con cambio stagionale da acqua calda o refrigerata

• I ventilconvettori a 4 tubi sono dotati di due batterie di scambio termico e

possono funzionare contemporaneamente sia con acqua calda che refrigerata

• Presenti sul mercato in diverse forme costruttive, per diversi modalità di

installazione:

o di tipo verticale o di tipo orizzontale

o a mobiletto, a cassetta, a parete, ecc.

o con o senza carter di copertura

o per ogni modello, esistono diverse grandezze, in grado di erogare potenze

termiche diverse

Ventilconvettori38

tubazione di raccolta

condensa

griglia di mandata

griglia di ripresa

tubazioni di

mandata/ritorno

fluido termovettore

batteria di scambio

termico

ventilatore

• Generalmente, i ventilconvettori funzionano con temperature dell’acqua di

45-40°C nella stagione invernale e di 7-12°C nella stagione estiva

• La potenza resa all’ambiente dipende dalle temperature di alimentazione e dalla portata

d’aria che attraversa il ventilconvettore stesso

• Per evitare discomfort locale, la temperatura dell’aria in uscita dal ventilconvettore

deve essere compresa tra 35 e 50 °C• Nella stagione estiva, limitare la condensazione del vapore acqueo dell’aria sulla

batteria fredda, mantenendo la temperatura della batteria superiore alla temperatura di

rugiada dell’aria ambiente (temperature dell’acqua 10-15°C o anche più alte)

• In ogni caso, collegamento ad una rete di scarico della condensa

controsoffitto

griglia di mandata

griglia di ripresa

tubazioni di

mandata/ritorno

fluido termovettore

tubazione

di raccolta condensa

Ventilconvettori 39

tubazione di raccolta

condensa

griglia di mandata

griglia di ripresa

tubazioni di

mandata/ritorno

fluido termovettore

batteria di scambio

termico

ventilatore

V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8 V9 V10 V11 V12 V13 V14 V15 V16

Resa termica [W]

A 1360 1770 2320 3160 3550 3800 4460 5250 5380 6100 5380 5490 7810 7990 9480 9810 M 1200 1510 1840 2450 2860 2950 3410 4130 3940 5220 4840 5190 6170 6730 7820 8550 B 990 1130 1250 2060 2220 2480 2600 3060 3000 3650 3680 3870 4510 5300 6030 6980

Resa frigorifera totale [W]

A 1000 1500 1730 2400 2800 2800 3400 4450 4190 4970 4600 4860 6350 6910 8600 7620 M 840 1220 1370 1840 2280 2150 2780 3590 3511 4320 3850 4370 5210 5000 7320 6880 B 650 840 1010 1550 1760 1810 2080 2690 2509 3100 2760 3220 3920 4290 5770 5690

Resa frigorifera sensibile [W]

A 830 1240 1380 1900 2130 2200 2760 3300 3000 3540 3500 3980 5030 5680 5780 5530 M 690 1000 1090 1570 1720 1820 2230 2640 2540 3060 3070 3300 4100 3780 4870 5350 B 510 670 760 1110 1250 1280 1660 1960 1790 2170 2120 2440 3060 2970 3800 4420

Portata d’aria [m3/h]

A 200 290 290 450 450 450 600 600 720 720 720 920 920 1140 1140 1300 M 160 220 220 350 350 350 460 460 600 600 600 720 720 930 930 1120 B 110 140 140 260 260 260 330 330 400 400 400 520 520 700 700 900

Dimensioni [mm]

l 640 750 750 980 980 980 1200 1200 1200 1200 1200 1320 1320 1320 1320 1320 h 563 563 563 563 563 563 563 563 563 563 563 688 688 688 688 688 p 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220

Velocità del ventilatore: A = alta, M = media, B = bassa Dimensioni: l = larghezza, h = altezza, p = profondità Le rese termiche sono riferite ad un ventilconvettore alimentato con acqua a 50-40°C e ad un ambiente alla temperatura di 20°C Le rese frigorifere sono riferite ad un ventilconvettore alimentato con acqua a 7-12°C e ad un ambiente alla temperatura di 26°C e con umidità relativa del 50%

ndHventHHventHQqnQ

,,,

ndCventCCventCQqnQ

,,,

Ambienti grandi: suddividere la potenza su

più ventilconvettori (uno ogni 30-40 m2)

Ventilconvettori 40

Split 41

• Gli impianti ad espansione diretta sono anche detti impianti split (Split System)

ad unità funzionali separate e sono utilizzati per raffrescare e riscaldare l’aria

degli ambienti.

• Composti da due elementi staccati tra loro, l’unità interna scambia calore con

l’ambiente interno, l’unità esterna scambia calore con l’esterno

• Multi-split se costituiti da più unità interne abbinate ad una sola unità esterna

• Possono essere realizzati in configurazione monoblocco, accorpando le due

unità in un’unica unità interna (soluzione apprezzata in edifici di pregio): ciò

comporta un maggior rumore dell’unità interna

• Costruttivamente, le unità interne sono molto simili ai ventilconvettori: sono

costituite da un carter metallico o di materiale plastico contenente una batteria di

scambio termico, uno o più ventilatori con motore elettrico, un filtro dell’aria,

dispositivi per la raccolta della condensa

• La differenza tra split e ventilconvettori principalmente nella batteria di scambio

termico:

o nel caso dei ventilconvettori, è percorsa internamente da acqua

o nel caso delle unità split è percorsa internamente da un fluido frigorigeno.

Split 42

tubazioni

refrigerante

unità interna

unità esterna

S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 Resa termica max [W] 1900 2500 3200 4000 5000 6300 8000 12500 Resa frigorifera max [W] 1700 2200 2800 3600 4500 5600 7100 11200

Portata d’aria [m3/h]

A 317 352 352 694 691 720 1198 1558 M2 313 334 334 601 630 630 961 1198 M1 298 313 313 540 540 540 B 295 295 295

Dimensioni [mm] l 815 815 815 898 898 898 1170 1170 h 295 295 295 295 295 295 365 365 p 225 225 225 249 249 249 295 295

Velocità del ventilatore: A = alta, M2 = media2, M1 = media 1, B = bassa Dimensioni: l = larghezza, h = altezza, p = profondità Le rese termiche sono riferite ad un ambiente alla temperatura di 20°C Le rese frigorifere sono riferite ad un ambiente alla temperatura di 26°C e con umidità relativa del 50%

ndHsplHHsplHQqnQ

,,,

ndCsplCCsplCQqnQ

,,,

• Possono funzionare in solo raffrescamento o in pompa di calore se dotate di dispositivi

per l’inversione del ciclo.

• efficienza energetica superiore dei sistemi idronici, con uno spazio occupato minore

• vantaggio importante in occasione di ristrutturazioni di edifici esistenti o di edifici storici

• difficile sezionamento dell’impianto e necessità di manutentori qualificati.

Split 43

tubazioni

refrigerante

unità interna

unità esterna

Pannelli radianti 44

• Impiegati sia per il riscaldamento che per il raffrescamento

• Possono essere a pavimento, a parete o a soffitto

• Il riscaldamento degli ambienti avviene in maniera diversa rispetto agli impianti

tradizionali; questi riscaldano l’aria ambiente mentre quelli a radiazione

modificano il bilancio termico degli occupanti, diventando prevalente lo

scambio termico per radiazione. La temperatura operativa assume un ruolo

molto importante, con un miglioramento del benessere degli occupanti.

14 16 18 20 22 24 26 14 16 18 20 22 24 26 14 16 18 20 22 24 26

14 16 18 20 22 24 26 14 16 18 20 22 24 26 14 16 18 20 22 24 26

curva ideale benessere termico pannelli radianti a pavimento pannelli radianti a parete

ventilconvettoriradiatoripannelli radianti a soffitto

Pannelli radianti 45

Vantaggi:

• recupero di spazi interni, non esistendo corpi scaldanti

• riduzione della temperatura interna e quindi risparmio energetico, in quanto, a

parità di temperatura operativa, aumenta la temperatura radiante

• ridotto gradiente di temperatura verticale con maggior comfort ambientale

• possibilità di impiego di calore a bassa temperatura (da recuperi termici, da

cogenerazione, da pompe di calore o da caldaie a condensazione)

• nessun rumore e assenza di correnti d’aria

Svantaggi :

• inerzia termica e quindi strategie mirate di conduzione e regolazione, con tempi

di messa a regime lunghi e difficoltà nel seguire rapidamente il carico termico

• possibile perdita di liquido per rottura all’interno delle strutture

• limite superiore alla resa rappresentato dalla temperatura superficiale del

pannello che non può superare determinati valori

• in raffrescamento è fondamentale il controllo della temperatura superficiale del

pannello stesso, per evitare condensazione del vapore acqueo presente nell’aria

(temperatura del pannello superiore alla temperatura di rugiada)

• Quindi limite alla resa del pannello, e necessità di controllo dell’umidità più o

meno complessi (umidostati, sistemi di controllo delle aperture, deumidificatori)

Pannelli radianti46

Pavimento radiante in riscaldamento e soffitto radiante in raffrescamento

1,1

sup92,8

opprTTq

Parete radiante in riscaldamento e raffrescamento oppr

TTq sup

8

Soffitto radiante in riscaldamento oppr

TTq sup

6

Pavimento radiante in raffrescamento oppr

TTq sup

7

Riscaldamento Raffrescamento

Top Tsup qH,pr Top Tsup qC,pr [°C] [°C] [W/m2] [°C] [°C] [W/m2]

Pavimento zona di stazionamento 20 29 100 26 19 49 Pavimento zona perimetrale 20 35 175 26 19 49 Parete 20 40 160 26 19 56 Soffitto 20 27 42 26 19 76

parete

battiscopa

bordo perimetrale

tubo pannelli

pavimento

massetto sottofondo pavimento

massetto copertura pannelliisolante preformato

isolante a lastre

soletta

ndHprHHprHQqSQ

,,,

ndCprCCprCQqSQ

,,,

In mancanza di superfici

disponibili, per ambienti con

carichi elevati, integrazione

con altri terminali.

Pannelli radianti47

Terminali di immissione dell’aria48

• Dove si voglia controllare l’umidità relativa e la qualità dell’aria, ci sarà sempre

un impianto di immissione dell’aria:

o con la sua rete di distribuzione e i suoi terminali

o tale impianto, in molti casi, sarà affiancato da un impianto di estrazione

dell’aria, con la sua rete di distribuzione e i suoi terminali.

• L’aria ha scarse capacità di trasportare calore: in certi impianti e per motivazioni

diverse, è affidato all’aria anche il compito di controllare la temperatura.

Esistono sul mercato numerose tipologie di terminali per la diffusione dell’aria in

ambiente:

• i dispositivi per la distribuzione dell’aria in ambiente sono detti bocchette, se

montati a parete, mentre sono detti diffusori, se montati a soffitto

• le bocchette sono dette di mandata se immettono l’aria in ambiente, di ripresa se

da questo la sottraggono

• le griglie di transito sono bocchette che hanno il compito di mettere in

comunicazioni ambienti diversi e, solitamente, sono montate sulla parte inferiore

delle porte

Terminali di immissione dell’aria49

plenum di mandata

tubazione flessibile

serranda di

taratura

camera di

raccordo

elementi

deflettori

per regolare

il lancio

dell'aria

plenum di mandata

sagoma limite diffusore

condotto

flessibile

fascetta

di fissaggio

canale ripresa aria

bocchetta di ripresa aria

serranda di taratura

camera di raccordo

isolamentotubazione flessibile

fascetta di fissaggio

controsoffitto

telaio esterno di contenimento disco di taratura a regolazione manuale

alette orizzontali fisse

porta

controtelaio di fissaggio

vite di fissaggio

vite di fissaggio

Griglia di transito su porta

Valvola di ventilazione

Esempio di montaggio

bocchetta di ripresaDiffusore ad alta induzione

Terminali di immissione dell’aria50

Locali tecnologici51

Impianto Sistema Superficie (%) Riscaldamento Centrale termica 1-2% Idrico-sanitario Centrale idrica 0,2-0,6%

Ventilazione Estrazione dai servizi 0,3-1% Mandata e ripresa 3-5%

Climatizzazione

Tutt’aria bassa velocità 4-6% Induzione 2-3% Ventilconvettori 1,5-2,5% Portata variabile 3-4,5%

Refrigerazione Centrale frigorifera (escluse torri evaporative) 1-2% Torri evaporative 0,3-1,5%

Elettrico Centrali di trasformazione 0,5-1,5% Sala motori ascensori 0,2-0,5%

Il locale tecnico che richiede maggiore cura progettuale è la centrale termica.

Prescrizioni riguardanti:

• la produzione del calore, la sicurezza, la protezione ed il controllo degli impianti

• la corretta evacuazione dei prodotti della combustione, da realizzare con condotti

di sezione adeguata, in funzione dell’altezza e della potenza o L’altezza della canna fumaria deve risultare superiore di almeno un metro rispetto al

colmo dei tetti, ai parapetti e a qualunque altro ostacolo nel raggio di 10 metri

o Le bocche dei camini devono inoltre essere a quota più alta rispetto ad aperture di

locali abitati collocate nel raggio di 50 metri

Locali tecnologici52

• Per una centrale frigorifera, occorre ricordare la necessità da parte dei gruppi

frigoriferi di una sorgente esterna per smaltire il calore di condensazione:

o i gruppi frigoriferi con condensazione ad aria dovranno essere collocati

all’esterno

o per i gruppi frigoriferi condensati ad acqua, si dovrà prevedere la

collocazione di torri evaporative all’esterno

o soluzioni diverse che utilizzano sorgenti diverse (acqua di falda, terreno)

devono essere valutate caso per caso

• Le centrali di trattamento aria necessitano di una presa d’aria esterna pulita,

lontana da sorgenti inquinanti e almeno 4 metri sopra il piano stradale.

• Energia elettrica fornita in Bassa Tensione fino a 100 kW. Oltre tale soglia la

fornitura è Media Tensione e pertanto è necessaria una cabina di trasformazione

• Spazi di manutenzione adeguati per operazioni di manutenzione agevoli e in

totale sicurezza.

• Nella collocazione delle apparecchiature più pesanti necessità di una verifica

strutturale

Locali tecnologici53

Impianto Sistema Potenza [kW], [kVA] Portata [m3/h]

Volume S [m2]; h [m]

Riscaldamento Centrale termica

100 kW S = 15; h = 3 200 kW S = 25; h = 3

1000 kW S = 80; h = 4 4000 kW S = 140; h = 4,5

Refrigerazione Centrale frigorifera

250 kW S = 40; h = 3 500 kW S = 55; h = 3

1000 kW S = 80; h = 4 2000 kW S = 100; h = 4,5

Torri evaporative S = 15+ P/50

Climatizzazione Centrale trattamento aria

1.000 m3/h S = 10 5.000 m3/h S = 12

10.000 m3/h S = 25 20.000 m3/h S = 50 30.000 m3/h S = 70

Elettrico

Cabina di trasformazione

100-1000 kVA S = 40; h = 4 2000 kVA S = 50; h = 4

Quadro MT S = 15; h = 4 Gruppo Elettrogeno S = 15+P/30; h = 4

54

Centrale termica

55

Centrale termica

56

Copertura con impianti vari

Cabina di trasformazione57