I sistemi HVAC+R: tipologie e applicazioni nell’edilizia
L’edificio è posto al centro dell’attenzione, sia esso esistente o di nuova costruzione, ed è visto come un indissolubile sistema tra la qualità dell’involucro edilizio e la performance impiantistica. Al fine dell’ottenimento e del mantenimento di un microclima ideale all’interno degli edifici, la climatizzazione mediante impianti HVAC+R rappresenta una delle realtà più all’avanguardia che sta vivendo una crescita esponenziale della propria diffusione a fronte del notevole sviluppo tecnologico (componenti, IoT, domotica, building automation, etc.).
L’acronimo HVAC identifica gli impianti di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell’aria. L’aggiunta del suffisso +R sta per Refrigeration, ossia refrigerazione/ raffrescamento. Si tratta di una serie di apparati e componenti hardware e software che, congiuntamente, consentono di gestire il comfort ambientale di un intero edificio o ambiente circoscritto a seguito di una specifica e puntuale progettazione.
Tali impianti raggruppano sistemi tecnologici interconnessi, quali pompe di calore, caldaie, condizionatori e purificatori d’aria, che sinergicamente contribuiscono al mantenimento della salubrità e della qualità degli ambienti.
L’utilizzo di questa tipologia di impianti è altamente “flessibile”. Il loro utilizzo è diffuso nelle grandi strutture come industrie, aziende, ospedali, nelle strutture intermedie come scuole e alberghi e nelle realtà residenziali.
Sistemi HVAC+R: gli impianti a fluido intermedio
Gli impianti a fluido intermedio sono impianti nei quali gli ambienti da climatizzare sono separati dal circuito frigorifero mediante un circuito attraversato dal fluido termovettore, in uscita dalla pompa di calore e/o dal chiller, che va ad alimentare, cedendo o sottraendo calore dall’aria che le attraversa, le batterie di scambio dei terminali. Peculiarità di tali impianti è la presenza di un doppio trasferimento del calore: in base al regime di funzionamento, il condensatore/evaporatore del circuito frigorifero scambia il calore del refrigerante con il termovettore del circuito intermedio, il quale si scalda/raffredda.
il termovettore, per mezzo di un sistema di pompaggio e attraverso le batterie di scambio termico poste nei terminali, scambia energia con l’aria nell’ambiente da climatizzare, cedendo o sottraendo calore. Le tipologie di impianto a fluido intermedio sono:
- Impianti ad aria: nei quali la climatizzazione è affidata a unità esterne comunicanti con l’ambiente indoor mediante canalizzazioni. L’aria prelevata dall’ambiente esterno viene dapprima trattata dalle unità di trattamento (U.T.A.) affinché raggiunga le condizioni di temperatura e umidità relativa di progetto per poi essere immessa all’interno tramite diffusori. Gli impianti ad aria possono essere di tipo CAV (Constant Air Volume - a portata costante) o VAV (Variable Air Volume - a portata variabile): i primi consentono un accurato controllo della temperatura e una risposta rapida alle variazioni di carico utilizzando una portata d’aria fissa, generalmente pari a 6 vol/h, con temperatura compresa tra 18°C in regime di raffrescamento e 28°C in regime di riscaldamento; i secondi possono soddisfare la variazione del fabbisogno di raffreddamento delle zone interne mediante la riduzione dell’aria immessa fino a un valore minimo che soddisfi i requisiti di ventilazione senza influire sulla qualità̀ dell’aria.
- Impianti ad acqua: In questi impianti la climatizzazione avviene per mezzo di terminali, alimentati ad acqua calda o refrigerata, posti all’interno degli ambienti da climatizzare. In questo caso, i terminali sono genericamente denominati fan-coil in quanto sono tipicamente costituiti da un ventilatore che preleva l’aria direttamente dall’ambiente per convogliarla alla batteria di scambio posta all’interno del corpo del terminale il quale racchiude, oltre al ventilatore, la batteria di scambio, la sezione filtrante e la vasca di raccolta delle condense. Un’osservazione da fare riguardo questa tipologia di impianto è che l’aria prelevata dall’ambiente è la stessa che viene immessa; dunque non avviene un rinnovo con aria esterna.
- Impianti misti: nei quali coesistono entrambe le tipologie impiantistiche sopraelencate. L’aria trattata dalle U.T.A. posizionate al di fuori dell’ambito da climatizzare, cosiddetta aria primaria, è l’aria di rinnovo impiegata per il controllo della qualità dell’aria ambiente e per la regolazione dell’umidità relativa; i terminali posti in ambiente, alimentati ad acqua calda o refrigerata, sono dimensionati per contrastare il solo carico termico. Tipicamente, le unità di trattamento vengono dimensionate sulla base della sola portata di aria esterna necessaria al rinnovo. Infatti, in tali impianti sono da notarsi l’assenza della camera di miscela e la presenza di recuperatori di calore al fine di ridurre la potenzialità delle batterie di scambio termico; la parte d’impianto ad acqua ha il compito di contrastare i soli carichi sensibili in quanto la parte latente del carico termico viene annullata dalla parte aria. L’aria presente in ambiente viene successivamente estratta ed espulsa all’esterno. La più recente innovazione per questa tipologia di impianto sono le travi fredde, di tipo attivo o passivo, terminali in grado di raffrescare, ma anche di riscaldare gli ambienti, garantendo comunque la ventilazione meccanica. Gli elementi principali delle travi fredde sono le batterie alettate, percorse da acqua calda o refrigerata, e i diffusori lineari.
Sistemi HVAC+R: gli impianti ad espansione diretta
Sono gli impianti ad espansione diretta nei quali il circuito frigorifero coincide con l’impianto di climatizzazione in quanto le batterie di scambio dei terminali, attraversate dal fluido termovettore, costituiscono, in base al regime di funzionamento, l’evaporatore o il condensatore dello stesso; i terminali ad espansione diretta costituiscono parte del circuito frigorifero, ossia l’elemento evaporante o condensante (a seconda della stagione). Il gas refrigerante, in fase di condensazione o di evaporazione, scambia energia direttamente con l’aria che climatizza l’ambiente.
Ma quali sono i loro vantaggi?
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