Il condizionamento dell’aria 2.1 Generalità Il condizionamento è un processo

di trattamento dell'aria mediante il quale è possibile ottenere contemporaneamente determinate condizioni di temperatura, di umidità e di purezza e una distri-buzione dell'aria tale da realizzare, in ambienti a destinazione civile o terziaria.

Il dimensionamento di un impianto di condizionamento di un edificio presuppone la conoscenza e la valutazione dei seguenti dati: - localizzazione geografica dell'edificio; - orientamento dell'edificio; - destinazione e orari d'uso degli ambienti; - condizioni termoigrometriche interne da raggiungere e mantenere negli ambienti in relazione alla loro destinazione d'uso; - caratteristiche costruttive degli ambienti quali: tipo e dimensioni delle pareti, dei solai e dei soffitti; tipo e dimensioni dei serramenti vetrati; tipo e dimensioni dei serramenti non vetrati; tipo e posizione delle schermature della radiazione solare (tende, tapparelle ecc.); - numero e attività delle persone

presenti negli ambienti; - condizioni estive e invernali negli ambienti adiacenti a quelli condizionati; - potenza delle sorgenti luminose installate negli ambienti e orario di loro funzionamento; - potenza di tutte le macchine elettriche presenti nei locali; - carichi termici derivanti da apparecchiature varie presenti nei locali; - dimensioni dei locali previsti per le macchine dell'impianto di condizionamento. 2.2 Ottenimento delle condizioni termoigrometriche • In regime estivo: - asportare il calore sensibile entrato dall'esterno per effetto di differenze di temperatura tra esterno e interno e per irraggiamento solare; - asportare il calore sensibile e/o latente emanato dalle persone o da altre fonti presentì nell'ambiente; - raffreddare l'aria esterna introdotta per la ventilazione; - deumidificare l'aria esterna introdotta per la ventilazione. • In regime invernale;

- immettere una quantità di calore sensibile pari a quella ceduta all'esterno per effetto della differenza di temperatura tra l'aria interna ed esterna, diminuita della quantità di calore emessa dalle persone o da altre fonti presenti nell'ambiente; in certi casi, in cui il calore prodotto dalle fonti interne è superiore a quello ceduto all'esterno, il calore dovrà essere asportato dal locale anziché essere immesso (per esempio sale da spettacolo con affollamento elevato); - asportare il calore latente emanato dalle persone e da altre fonti presenti nell'ambiente; - riscaldare l'aria esterna di rinnovo; - umidificare l'aria esterna di rinnovo. Il controllo della temperatura com-porta pertanto la compensazione dei carichi di calore sensibile positivi (dispersione di calore) o negativi (ingressi di calore) di ogni ambiente condizionato. Tipologie degli impianti di condizionamento Gli impianti di condizionamento attualmente di più frequente impiego nei complessi edilizi possono essere suddivisi in due gruppi fondamentali: - impianti di condizionamento a tutta aria; - impianti di condizionamento misti aria-acqua. Negli impianti a tutta aria le condizioni richieste di temperatura, umidità e purezza nei vari ambienti vengono ottenute mediante l'introduzione negli stessi di appropriati quantitativi di aria in un determinato stato termoigrometrico, al quale viene portata trattandola in un unico gruppo condizionatore centralizzato. Negli impianti misti le condizioni di temperatura richieste vengono ottenute localmente, ambiente per ambiente, con l'installazione in ciascuno di essi di unità locali riscaldanti o refrigeranti, mentre un gruppo condizionatore cen-tralizzato provvede all'ottenimento delle condizioni di umidità e di purezza dell'aria. Esistono i seguenti tipi: Imp. a bassa velocità dell’aria (fino a 10 m/s) e ad alta vel. (anche a 20-25 m/s) - impianti a tutta aria a bassa

velocità "convenzionali"; - impianti a tutta aria a bassa velocità tipo "multizone"; - impianti a tutta aria ad alta velocità "a doppio condotto". In seguito verranno delineate le ca-ratteristiche principali di ciascun tipo di impianto e forniti i criteri generali per il dimensionamento di massima dei vari componenti.

L'acqua utilizzata per il raffreddamento può essere prelevata dall'acquedotto o dalle falde sotterranee (acqua di pozzo), sempre che ciò sia consentito dalla legislazione locale, o essere acqua ricircolata su una torre di raffreddamento. Le unità di condizionamento

possono essere del tipo cosiddetto "ad armadio", contenente sia il condensatore che l'evaporatore oltre che il compressore, oppure separate in due sezioni, una comprendente il solo condensato-re, generalmente posta all'esterno, e l'altra, con tutto il restante equipaggiamento, posta in ambiente. Alcuni di questi impianti, in versione a pompa di calore, sono illustrati nel paragrafo 4 mentre altri tipi particolarmente diffusi e utilizzati in versione quasi esclusivamente refrigerante per singoli ambienti sono descritti nei punti 3.3 e 3.4. Le unità autonome (sia in versione

monoblocco che con condensatore remoto) sono macchine la cui utilizzazione ha trovato vasto impiego in varie attività specializzate come uffici, laboratori o nei locali CED (centro elaborazione dati) diffusisi di pari passo con l'avanzare dell'informatica nei settori economici, tecnologici e commerciali più disparati. In quest'ultimo caso, le macchine sono idonee per controllare le condizioni termoigrometriche caratterizzate da un fattore termico R più elevato compreso tra i valori 0,9-0,95. La scelta dei condizionatori

autonomi, una volta determinato il carico termico relativo agli ambienti da raffrescare, è fatta sulla base delle potenzialità caratteristiche fornite dai costruttori in funzione della portata dell'aria trattata, della temperatura al bulbo umido del-l'aria entrante all'evaporatore e della temperatura di condensazione del fluido refrigerante. Fig. 39 Unità monoblocco posta in ambiente con ripresa e mandata dell'aria a bocca libera. Fig. 40 Unità monoblocco posta al di fuori dell'ambiente condizionato. Fig. 41 Unità monoblocco posta

in ambiente con mandata e ripresa dell'aria canalizzate.

Caratteristica peculiare dì queste unità sono invece le diverse tipologie di impianto ottenibili: - unità posta in ambiente (fig. 39) o al di fuori di questo (fig. 40); - dotazione o meno di canalizzazioni per la mandata e la ripresa dell'aria (fig. 41); - funzionamento con aria esterna o solo con ricircolo ecc.

Impianti per uffici e attività commerciali Come accennato in precedenza, i limiti applicativi per queste macchine sono rappresentati dalle utilizzazioni per le quali il fattore termico è compreso tra 0,65 e 0,85. Le principali tipologie sono, analogamente alle unità precedenti, caratterizzate dal tipo di fluido utilizzato per lo smaltimento di calore del condensatore, per cui si avranno unità autonome monoblocco o a due sezioni ad acqua e ad aria con le implicazioni già rilevate al punto precedente. Le unità autonome raffreddate ad

aria sono prodotte usualmente per potenze frigorifere da 10 a 40 kW e vengono in genere poste all'esterno degli ambienti da climatizzare per contenere la rumorosità degli stessi (fig. 40). Le portate d'aria nominali sono comprese entro i valori di 2000-10 000 m3/h e l'aria viene immessa negli ambienti mediante canalizzazioni passanti attraverso le pareti o la copertura dell'edificio. La regolazione della temperatura è del tipo on-off con avviamento e disinserimento del gruppo frigorifero e pertanto non permette un controllo accurato delle gran-dezze termoigrometriche. Le batterie degli evaporatori sono generalmente di tipo compatto a 4-5 ranghi. Le unità sono predisposte per funzionare sia a portata fissa che variabile: in quest'ultimo caso il ventilatore e la regolazione sono di tipo particolare perché si basano sul controllo della temperatura di mandata dell'aria che viene mantenuta costante. Tutte le tipologie delle macchine

esaminate sono realizzate anche nella versione a pompa di calore mediante l'inversione del ciclo frigorifero. La forma esteriore delle unità autonome, sia di quelle raffreddate ad acqua che ad aria, è generalmente per le piccole unità a "mobiletto" mentre per le grandi è ad "armadio". Le unità a mobiletto possono essere installate direttamente in ambiente in versione verticale a pavimento o per montaggio pensile a soffitto o in , controsoffitto con mandata dell'aria diretta o canalizzata e sono del tutto simili nell'aspetto esterno ai ventilconvettori; queste unità vengono trattate nel punto 3.3 cui si rimanda.

L'equipaggiamento normale delle unità autonome è il seguente: - condensatore raffreddato ad acqua o ad aria di tipo remoto; - batteria raffreddante a espansione

diretta a pacco alettato a più ranghi; - batteria riscaldante elettrica o ad acqua calda; - gruppo compressore ermetico;

- ventilatore di circolazione dell'aria in i ambiente di tipo centrifugo e posto sul lato evaporatore; - filtro dell'aria.

In certe unità è inoltre possibile, mediante un commutatore manuale, selezionare la velocità del ventilatore su 2 o 3 velocità e quindi la portata dell'aria immessa in ambiente. Per gli apparecchi con condensatore ad acqua i consumi della stessa sono pari all'incirca a 300 l/h per ogni 1000 W se riferiti a una utilizzazione di acqua da acquedotto (temperatura media intorno a 18 °C). Per gli apparecchi con condensatore ad aria le portate di aria sul condensatore variano da 300 a 400 m3/h per ogni 1000 W di potenza frigorifera con una temperatura dell'aria esterna di 35 °C.

Analogamente alle macchine per locali CED, fino a potenze frigorifere dell'ordine di 30 kW si impiegano in genere macchine dotate di un solo circuito frigorifero con compressore ermetico, mentre per potenzialità superiori fino a 45 kW si utilizzano due compressori ermetici con due circuiti frigoriferi indipendenti. Per potenzialità oltre i 45 kW vengono utilizzati ancora due circuiti frigoriferi indipendenti ma con compressori semiermetici in luogo di quelli ermetici e con regolazione della temperatura ottenuta mediante parzializzazione della capacità frigorifera.

La distribuzione dell'aria in ambiente è quella vista in precedenza mediante canali oppure mediante plenum nei disimpegni o in controsoffitti con bocchette di mandata o anemostati. La pre-valenza del ventilatore di circolazione dell'aria in ambiente, disponibile alla bocca di uscita dell'unità, è di solito non superiore a circa 300 Pa e pertanto la rete di canalizzazioni non può essere molto estesa e complessa. Per un miglior controllo dell'umidità relativa ambiente questi apparecchi possono essere dotati di batterie di post-riscaldamento elettriche o ad acqua calda.

Le unità ad armadio possono essere con condensatore separato posto all'esterno e raffreddato ad aria. Nell'eventualità che la

macchina sia collocata in adiacenza a una parete esterna, si può prevedere di dotare la stessa di un condensatore ad aria comunicante, mediante apposite aperture nella parete, con l'aria esterna. Un problema comune a tutte le

macchine autonome, siano esse raffreddate ad aria o ad acqua, è quello di assicurare un soddisfacente controllo dell'umi-dità relativa. Il termostato ambiente che agisce sulla macchina non è in grado, infatti, di assicurare il mantenimento co-stante del rapporto tra potenza frigorîfera sensibile e potenza frigorifera totale (sensibile + latente). Questo rapporto, infatti, dipende dalle condizioni di tem-peratura e umidità relativa (temperatura al bulbo umido) dell'aria entrante alla batteria dell'evaporatore, dall'efficienza, della stessa (fattore di by-pass), nonché dal rapporto tra potenza frigorifera e portata dell'aria. Comunque, entro i valori indicati del fattore termico ambiente, le unità monoblocco riescono in modo autonomo a contenere gli aumenti di umidità relativa con aumenti della capacità di deumidificazione, mantenendo l'umidità relativa entro un campo di valori accettabili (40-60%).

In modo del tutto analogo a quanto visto per gli impianti di raffrescamento a ventilconvettori, si hanno però dei problemi quando i carichi termici sensibili si riducono notevolmente a valori inferiori a quelli di progetto. Infatti a una diminuzione della temperatura in ambiente la macchina risponde con l'arresto dei compressore. La temperatura viene così controllata ma, poiché si continuano a immettere in ambiente quantitativi di aria esterna per la ventilazione, se questa ha un'elevata umidità assoluta nei locali condizionati si verificano in breve innalzamenti dell'umidità relativa oltre il campo di accettabilità. Situazioni migliori possono tuttavia ottenersi, al fine del controllo dell'umidità relativa, mediante l'utilizzo di macchine dotate di parzializzazione della potenza frigorifera o di batterie di post-riscaldamento che operano come nelle centrali di trattamento aria degli impianti a tutta aria convenzionali. 2.8 Impianti a tutta aria multizone

Quando l'impianto di

condizionamento deve servire più ambienti o gruppi di ambienti con diverse esposizioni o quando vi possono essere variazioni notevoli di affollamento e quindi carichi termici variabili nelle diverse ore del giorno, diviene necessario adottare un impianto "multizone". Generalmente negli impianti multizone ci si accontenta del controllo della sola temperatura, rinunciando a quello dell'umidità relativa, qualunque siano le cause interne che determinano variazioni di tale grandezza (grado di affolla-mento ecc.); in tal modo tutta l'aria destinata ai vari ambienti può subire i medesimi trattamenti del contenuto igrometrico mentre, per quanto riguarda la temperatura, l'aria subisce trattamenti diversi e indipendenti per i diversi ambienti o gruppi di ambienti (zone) . Con un condizionatore centralizzato a portata d'aria totale costante, per variare il carico termico da introdurre o da asportare da un ambiente occorre variare la temperatura di immissione dell'aria in ambiente e, se si hanno zone con carichi interni variabili diversamente durante il giorno, la mandata d'aria dovrà essere suddivisa in tante mandate quante sono le varie zone (fig. 46). Nel condizionatore multizone la temperatura dell'aria inviata nei locali può essere variata a piacere, in base alla richiesta del termostato ambiente. Questo tipo di impianti trova lo stesso campo di impiego di quelli precedenti. Un impianto di condizionamento multizone è composto essenzialmente dai medesimi elementi di un impianto con-venzionale presentando delle diversità solo nella parte terminale del condizionatore; in quest'ultima ci sono infatti a valle del ventilatore tante canalizzazioni di partenza quante sono le zone, ciascu-na con la propria batteria di post-riscaldamento comandata dal relativo termostato di zona. Ne deriva che, in condizioni di massimo carico estivo, una certa porzione della capacità raffreddante dell'aria deve essere neutralizzata dal post-riscaldamento, salvo nel caso in cui tutte le zone raggiungano contemporaneamente il loro massimo carico. Lo schema di un impianto del genere è rappresentato nella figura 49.

Le partenze possono essere al mas-simo in numero di 8-10; tale limitazione deriva dalle complicazioni costruttive che emergerebbero nella realizzazione di un sistema di canalizzazioni che, con canali indipendenti partenti da un unico punto, dovesse servire zone variamente dislocate all'interno di un fabbricato. La distribuzione dell'aria nei canali viene generalmente effettuata a bassa velocità; se peraltro il circuito dei canali è molto esteso, la distribuzione dell'aria può avvenire ad alta velocità fino a cas-sette riduttrici di pressione, dalle quali poi viene convogliata agli ambienti mediante una rete secondaria a bassa velocità. • Esempio 7. Dimensionamento in regime estivo e invernale di una centrale di trattamento aria e delle centrali termica e frigorifera di un impianto di condizionamento a tutta aria di tipo multizone. L'edificio da condizionare,

adibito a uffici bancari, risulta costituito da un .piano terreno con orientamento prevalente verso est-nord est, le cui facciate risultano senza ombre riportate in quanto esso è sufficientemente distante da altre costruzioni (tab. 12).

I componenti principali di un impianto a doppio condotto sono elencati di seguito. a) Condizionatore centralizzato contenente tutte le apparecchiature necessarie per il trattamento e il movimento dell'aria e precisamente (fig. 51): - serrande di regolazione per la miscela aria esterna e aria ricircolata; - una sezione filtrante; - una batteria a tubi alettati di

preriscaldamento; - una sezione di umidificazione; - una batteria a tubi alettati di raffreddamento e deumidificazione; - un ventilatore accoppiato a motore elettrico per il movimento dell'aria nei condotti; - due partenze separate per la

mandata dell'aria agli ambienti di cui una, provvista di batteria alettata di post-riscaldamento, per l'alimentazione dei condotti caldi e l'altra per l'alimentazione dei condotti freddi. b) Un doppio sistema di canalizzazioni indipendenti per l'adduzione ad alta velocità dell'aria calda e dell'aria fredda agli elementi terminali costituiti dalle cassette miscelatrici e riduttrici. c) Un insieme di cassette miscelatrici, tante quante sono gli ambienti o gruppi di ambienti utilizzatori. Le cassette mi-scelatrici (fig. 52), in lamiera rivestita internamente di materiale fonoassorbente, sono provviste di tre aperture: due per l'afflusso alla cassetta di aria calda e fredda, la terza per il deflusso dell'aria miscelata destinata all'ambiente. La cassetta pertanto miscela, mediante due serrande coniugate, l'aria del condotto caldo e quella del condotto freddo, mantenendone costante la portata complessiva. Inoltre riduce la pressione dell'aria miscelata, al fine di operare una distribuzione dalla cassetta all'ambiente a bassa velocità; la miscelazione viene effettuata con le serrande coniugate in proporzioni definite dalla richiesta del termostato ambiente. Un dispositivo regolatore nella apertura di deflusso della camera di miscela provvede a mantenere costante la portata anche al variare delle condizioni di pressione dell'aria a monte delle serrande coniugate. d) Un sistema di canalizzazioni per l'adduzione a bassa velocità dell'aria miscelata dalle cassette miscelatrici agli ambienti. e) Una serie di diffusori a parete o a soffitto di immissione dell'aria a bassa velocità negli ambienti. f) Un sistema di canalizzazioni a

bassa velocità di ripresa dell'aria, facenti capo a un elettroventilatore dal quale l'aria viene in parte ricircolata al gruppo centralizzato e in parte espulsa all'esterno.

2.10 Impianti misti con ventilconvettori 2.10.1 Componenti degli impianti Il campo di applicazione di tali impianti è molto ampio comprendendo piccoli, medi e grandi fabbricati destinati ad a-bitazioni, uffici, scuole, ospedali, alberghi. L'impianto con ventilconvettorí è costituito dai componenti di seguito riportati (fig. 57). a) Un gruppo condizionatore centralizzato per il trattamento e il movimento dell'aria di rinnovo degli ambienti, detta "aria primaria", costituito da: - una presa d'aria esterna provvista di serrande di regolazione; - una sezione filtrante; - una batteria a tubi alettati per il riscaldamento dell'aria; - una sezione di umidificazione; - una batteria a tubi alettati di raffreddamento (che può essere la medesima del riscaldamento); - una batteria a tubi alettati di post-riscaldamento; - un ventilatore accoppiato a motore elettrico per il movimento dell'aria. b) Un sistema di canalizzazioni facenti capo al gruppo centralizzato per l'adduzione a bassa velocità o ad alta velocità e l'immissione, rispettivamente diretta o attraverso cassette riduttrici di pressione, dell'aria primaria negli ambienti me-diante bocchette o diffusori. c) Un insieme di apparecchi di condizionamento operanti localmente, detti ventilconvettori, dislocati nei singoli ambienti (in genere installati in vista sotto finestra o a parete e talvolta a soffitto). I ventilconvettori sono provvisti di piccoli ventilatori centrifughi (generalmente a tre velocità) che provvedono alla circolazione dell'aria ripresa dall'ambiente, detta "aria secondaria", attraverso la batteria refrigerante o riscaldante a tubi alettati di cui sono provvisti (fig. 58). La batteria può essere unica e servire alternativamente sia al riscaldamento che al raffreddamento, oppure vi possono essere sul ventilconvettore due batterie, una per il solo riscaldamento e l'altra per il solo raffreddamento. d) Una rete di tubazioni di adduzione dell'acqua riscaldante o refrigerante, detta "acqua secondaria", dalla centrale termica o frigorifera ai ventilconvettori. e) Una rete di tubazioni dell'acqua riscaldante o refrigerante, detta "acqua primaria", dalla centrale

termica o frigorifera alle batterie di riscaldamento o di raffreddamento del gruppo condizionatore centralizzato. Nell'impianto con apparecchi a una sola batteria vi può essere un solo circuito (due tubi) di andata e ritorno, percorso, a seconda della stagione, da acqua calda per il riscaldamento o da acqua refrigerata per il raffreddamento; oppure vi possono essere due circuiti (quattro tubi) di andata e ritorno, uno caldo percorso solo da acqua calda e uno freddo percorso solo da acqua refrigerata, i quali possono in alternativa, a seconda del carico termico positivo o negativo dell'ambiente, alimentare l'unica batteria dell'apparecchio o, se si tratta di ventilconvettore a due batterie, ciascuno la rispettiva batteria di riscaldamento o di raffreddamento. Con l'impianto a due tubi occorre effettuare la commutazione stagionale dal ciclo estivo al ciclo invernale e non è possibile, nelle stagioni intermedie, regolare indipendentemente la temperatura dei singoli ambienti. Con l'impianto a quattro tubi, oltre a non essere necessaria la commutazione stagionale, è invece possibile effettuare la regolazione indipendente della temperatura dei singoli ambienti in qualunque stagione e pertanto è un impianto che si presta particolarmente a quegli edifici, a pianta rettangolare o quadrata o comunque con ambienti soggetti a opposti orienta-menti, composti da zone che richiedano contemporaneamente alcune un riscaldamento e altre un raffreddamento. L'aria esterna di rinnovo viene tutta e-spulsa; non è necessario quindi provvedere al ricircolo della stessa e pertanto non esiste l'inconveniente presentato dagli impianti a tutta aria del ricircolo di aria tra ambienti diversi. Per l'espulsione dell'aria è in genere sufficiente quella che fuoriesce dalle fessure dei serra-menti e dalle varie aperture dei singoli ambienti i quali, con tale sistema, vengono a trovarsi in leggera sovrappressione rispetto all'esterno; una espulsione più efficace può essere peraltro fatta attraverso i servizi igienici, mediante una rete di canali facenti capo a un ventilatore di estrazione. Le tipologie impiantistiche con le quali si presentano gli impianti a ventilconvettori sono, riepilogando, le seguenti:

- impianto a due tubi con commutazione stagionale; - impianto a due tubi senza commutazione stagionale (di rara applicazione); - impianto a quattro tubi. Con questi impianti (e con quelli a induzione) occorre ricordarsi delle seguenti definizioni per meglio comprendere i principi di funzionamento: - aria primaria: è l'aria esterna di ventilazione; - aria secondaria: è l'aria ambiente "trattata" nell'unità locale; - circuito acqua primaria (caldo o freddo): è quello che alimenta il condizionatore centrale; - circuito acqua secondaria (caldo o freddo): è quello che alimenta gli apparecchi locali. 2.10.2 Condizionatore centralizzato Al condizionatore centralizzato viene affidato il compito principale di provvedere al rinnovo dell'aria nei singoli ambienti e al controllo dell'umidità relativa degli stessi, mediante un opportuno trattamento dell'aria di rinnovo. Oltre a queste due esigenze essenziali che devono essere sempre soddisfatte, l'aria primaria, come verrà precisato in seguito, può essere anche utilizzata per sottrarre o fornire parzialmente calore sensibile all'ambiente, sia in concordanza con l'acqua secondaria circolante nei ventilconvettori sia in antagonismo con la stessa. A seconda che i flussi energetici nei confronti dell'ambiente prodotti dall'aria primaria e dall'acqua secondaria siano concordi o antagonisti, le trasformazioni dell'aria primaria nel condizionatore centralizzato possono seguire diverse modalità. Il dimensionamento di tale componente e le trasformazioni che l'aria in esso trattata subisce sono correlate alle consuete trasformazioni psicrometriche con raffreddamento e deumi-dificazione in regime estivo e riscaldamento e umidificazione in regime invernale come di seguito descritto. Negli impianti in cui i flussi energetici dell'aria primaria e dell'acqua secondaria siano concordi, le trasformazioni dell'aria nel condizionatore centralizzato sono riportate nelle figure 59 e 60, ri-spettivamente per il regime estivo e per quello invernale. In regime estivo l'aria primaria su-bisce in questi impianti un raffredda-mento a X= costante (linea EF) seguito da raffreddamento con

condensazione lungo la curva di saturazione dal punto F al punto H la cui umidità assoluta XH è tale da soddisfare l'equazione del bilancio energetico del carico termico latente QL complessivo da asportare dagli ambienti. Il punto H è pertanto definito dalla seguente equazione:

QL = CL Ge (XA –XH) W

dove: Ge = portata in massa dell'aria primaria (kg/s); CL = calore latente di vaporizzazione (2500 J/g); XA = umidità assoluta dell'aria ambiente (9/kg); L'aria primaria può quindi essere di-stribuita nelle condizioni del punto H oppure subire un ulteriore trattamento di post-riscaldamento fino alla temperatura ambiente (aria "neutra"). La temperatura tB, a seconda del tipo di impianto con flussi energetici dell'aria primaria e dell'acqua secondaria concordi o antagonisti, potrà quindi essere di valore all'incirca eguale o di poco superiore alla temperatura ambiente tA, oppure di valore eguale a tH corrispondente alla temperatura di uscita dalla sezione di umidificazione o infine sensibilmente superiore a tA. Essendo infatti i quantitativi di aria primaria piuttosto contenuti rispetto agli impianti a tutta aria, sono tollerabili in regime estivo temperature di introduzione tH (fig. 59) molto più basse di quella tA dell'ambiente per cui in tali impianti si può anche fare a meno del post-riscaldamento lasciando quindi all'aria primaria il compito di asportare una parte del calore sensibile dell'ambiente con conseguenti economie di esercizio. Per migliorare però la regolazione della temperatura negli ambienti nelle stagioni intermedie è meglio disporre di un trattamento di post-riscaldamento per cui il condizionatore centralizzato, come me quello degli impianti a induzione, può essere dotato anche di una batteria alettata di post-riscaldamento; la relativa trasformazione è rappresentata nella figura 59 dal segmento HB. Peraltro, come detto, l'aria primaria, oltre a soddisfare la ventilazione e consentire il controllo dell'umidità relativa in ambiente, può essere utilizzata negli impianti a due tubi come fluido antagonista dell'acqua che circola nelle batterie degli apparecchi locali. Durante le stagioni intermedie, infatti, può

accadere che alcuni locali richiedano un modesto sto riscaldamento per compensare le dispersioni verso l'esterno, mentre con-temporaneamente altri locali richiedano un raffreddamento per far fronte agli effetti della radiazione solare e a eventuali carichi interni complessivamente superiori alle dispersioni. Riscaldando l'aria primaria a temperatura superiore a quella dell'ambiente e contemporaneamente alimentando le batterie dei ventilconvettori con acqua refrigerata è possibile soddisfare le opposte esigenze dei vari locali (vedi punto 2.10.5). In tale sistema di gestione si hanno consumi mi di energia maggiori rispetto agli impianti a quattro tubi, ma costi d'impianto sensibilmente minori. In regime invernale (fig. 60) l'aria primaria subisce nel condizionatore centralizzato un riscaldamento a X = costante (linea EF ) seguito da umidificazione adiabatica a J= costante fino a saturazione (linea FH ) e da post-riscaldamento a X = costante per portare l'aria alla temperatura tB di introduzione. L'umidità assoluta XH = XB deve al solito soddisfare il bilancio termico del calore latente QL complessivo da asportare dagli ambienti. La temperatura tB, a seconda del tipo di impianto con flussi energetici dell'aria primaria e dell'acqua secondaria concordi o antagonisti, potrà quindi essere di valore all'incirca eguale o di poco su periore alla temperatura ambiente tA, oppure di valore eguale a tH corrispondente alla temperatura di uscita dalla sezione di umidificazione o infine sen-sibilmente superiore a tA, caso que-st'ultimo che si verifica negli impianti a due tubi con commutazione e a due tubi senza commutazione (vedi punti 2.10.5 e 2.10.6). Le potenzialità delle batterie di

riscaldamento e raffreddamento del condizionatore centralizzato discendono quindi direttamente dall'esame delle relative trasformazioni in regime estivo e in regime invernale nel diagramma J/X. 2.10.3 Apparecchi ventilconvettori Nell'apparecchio ventilconvettore l'aria ambiente viene ricircolata mediante il ventilatore centrifugo, attraverso la batteria alettata refrigerante o riscaldante in esso incorporata (aria secondaria).

L'aria secondaria viene raffreddata in regime estivo e riscaldata in regime invernale a X = costante; queste trasformazioni sono rappresentate nelle figure 59 e 60 con le rette A-L; la temperatura dell'aria secondaria può essere regolata localmente, o variando la velocità del ventilatore dell'apparecchio o variando la portata dell'acqua calda o fredda che affluisce alla batteria, e centralmente variando la temperatura dell'acqua alla batteria. Il dimensionamento dei

ventilconvettori varia a seconda che i due fluidi, aria primaria e acqua secondaria, agiscano sull'ambiente in concordanza o in antagonismo, come sarà descritto nel seguito. Una volta calcolate le potenzialità termiche e frigorifere può essere effettuata la scelta del ventilconvettore fra le diverse grandezze disponibili sul mercato. Nella tabella 14 sono riportate le caratteristiche di una serie di ventilconvettori di corrente produzione.

Un aspetto importante nella scelta degli apparecchi è quello relativo alla rumorosità. Questa variabile assume particolare rilievo nelle residenze o in ambienti che sono comunque caratterizzati da valori della rumorosità ambientale particolarmente bassi (per esempio nei centri storici, in locali pro-spicienti corti interne o in luoghi isolati). Il rumore prodotto dal ventilatore del ventilconvettore potrebbe allora risultare fastidioso per gli occupanti e divenire persino inconciliabile con talune attività (riposo notturno, studio ecc.). Al problema si cerca di ovviare selezionando, a parità di prestazioni, apparecchi più si-lenziosi, oppure facendo in modo che i carichi termici di progetto siano compensati dalla velocità più bassa del ventilatore, con conseguente sovradimen-sionamento dell'unità rispetto ai carichi effettivi. I criteri di installazione degli

apparecchi negli ambienti sono influenzati in generale dalla destinazione dei locali, dai problemi di ingombro e quindi di arre-damento, dalle altezze dei locali con possibilità di installazione nei controsoffitti, di incasso dell'unità in nicchie presenti sulle pareti esterne ecc. Si descrivono di seguito le principali modalità di installazione.

- Applicazione orizzontale in controsoffitto (o a soffitto); questa soluzione è adottata tipicamente nelle camere di albergo, nei motel e in alcune unità residenziali oggetto di ristrutturazione per limitare l'esecuzione di tracce per il passaggio delle tubazioni dell'acqua se-condaria. L'aria primaria in questo caso viene fatta usualmente affluire direttamente all'apparecchio, per cui questa installazione è tipica di impianti a quattro tubi con i quali non è necessario disporre di un fluido antagonista all'acqua secondaria. L'unità è dotata di una griglia di mandata dell'aria e di una di ripresa dove è applicato il filtro dell'aria. Il termostato è posto in ambiente, così come il comando manuale della velocità del ventilatore sito in posizione facil-mente manovrabile dall'utente. Le unità orizzontali da incasso in controsoffitto sono in genere prive di mobile di copertura (involucro metallico); nel caso che le stesse siano montate in vista vengono no invece dotate di idoneo rivestimento metallico soddisfacente alle esigenze di carattere estetico e dotato di griglie per la mandata e la ripresa dell'aria. La soluzione descritta è rappresentata nelle figure 61 e 62. - Applicazione verticale entro mobiletto metallico (fig. 63); è questa una soluzione molto comune nel caso di appartamenti e uffici. Gli apparecchi sono di solito installati sotto finestra in corrispondenza delle velette. Il termostato ambiente è in questo caso montato ge-neralmente sull'apparecchio stesso. - Applicazione verticale entro

mobiletto da incasso (fig. 64); dal punto di vista funzionale questa soluzione è simile alla precedente con il vantaggio di ottenere ingombri ridotti e risultati esteticamente più soddisfacenti. 2.10.4 Canalizzazioni d'aria

Il dimensionamento delle canalizzazioni dell'aria primaria a bassa velocità potrà essere definito con i medesimi criteri adottati per gli impianti a tutta aria convenzionali ai quali pertanto si ri-manda. Qualora l'impianto sia molto esteso le canalizzazioni possono essere ad alta velocità fino alle cassette riduttrici di pressione, una per zona o piano nei quali viene suddivisa la distribuzione dell'aria di ventilazione; da tali cassette l'aria viene poi convogliata ai singoli ambienti mediante una rete secon-daria a bassa velocità.

2.10.5 Impianti misti a ventilconvettori a due tubi e commutazione stagionale Come accennato, l'impianto in

questa versione prevede che la rete idrica di alimentazione degli apparecchi sia percorsa alternativamente, a seconda della stagione, da fluido caldo o freddo (fig. 65). Per rendere possibile questa operazione è necessario prevedere la "commutazione" stagionale della temperatura dell'acqua che sarà riscaldata in inverno e refrigerata in estate (fig. 65 e 66). Risulta evidente pertanto, per

questo tipo di impianti, l'importanza di individuare la temperatura dell'aria esterna alla quale viene effettuato il cambia-mento del regime di funzionamento, definita appunto temperatura di commutazione, e che a sua volta influenza la ripartizione dei carichi termici tra ventilconvettori e aria primaria. Infatti, al momento in cui viene

richiesto all'impianto di erogare contemporaneamente caldo e freddo per soddisfare le diverse esigenze degli ambienti sottoposti a carichi termici di segno opposto, verso la fine del regime estivo, continuando a immettere acqua refrigerata nel circuito dei ventilconvettori si prov-vede al riscaldamento dell'aria primaria; questa darà quindi il calore sensibile da fornire agli ambienti che lo richiedono, ma diventerà "antagonista" nei locali che richiedono all'opposto un raffresca-mento e nei quali gli apparecchi dovranno evidentemente asportare anche il calore sensibile introdotto dall'aria primaria. Nelle figure 67 e 68 sono riportati i trattamenti subiti dall'aria primaria e secondaria nella stagione intermedia, rispettivamente, nei locali con richiesta di riscaldamento e in quelli con richiesta di raffreddamento.

Nei locali che richiedono riscaldamento la circolazione dell'acqua refrigerata sulla batteria del ventilconvettore viene disattivata by-passando la batteria mediante l'azionamento di una valvola a tre vie comandata dal termostato ambiente (fig. 66) e pertanto l'aria ambiente non subisce alcun trattamento locale da parte dei ventilconvettori. Situazioni tipiche come quella sopra descritta si presentano durante le stagioni intermedie nelle quali è possibile che alcuni locali esposti a sud con ampie superfici vetrate richiedano raffreddamento per compensare gli ingressi di calore

sensibile dovuti all'irraggiamento solare ed eventuali carichi interni complessivamente superiori alle dispersioni, mentre contemporaneamente altri locali, per esempio esposti a nord, richiedono un modesto riscaldamento per compensare le dispersioni verso l'esterno. 3.3 Impianti tipo split-system

L'asportazione dei carichi sensibili ambiente da locali a uso ufficio o commerciali ha trovato una efficace risposta nell'installazione di macchine refrigeranti a espansione diretta scomponibili in due o più sezioni separate, definite con un termine anglosassone split-system (sistema a sezioni). Sono attualmente prodotti vari tipi di dette unità con gamma di potenzialità estrema-mente differenziata da 2 a 100 kW. In seguito verranno comunque esaminate soluzioni per le potenzialità più correnti che sono entro i 20 kW. L'utilizzazione di questi impianti, per la facilità di installazione e i costi sostanzialmente contenuti, ha trovato larga diffusione anche nelle applicazioni del raffrescamento di singole unità abitative con destinazione civile. Le tipologie impiantistiche descritte nel seguito variano in funzione delle disposizioni dei luoghi e delle applicazioni. In generale la tipologia impiantistica più diffusa è quella che prevede l'installazione all'esterno di una unità che comprende il compressore e il condensatore raffreddato ad aria, mentre all'interno degli ambienti da raffrescare sono poste una o più unità a mobiletto comprendenti la batteria di espansione del fluido refrigerante e un ventilatore per la circolazione dell'aria ambiente sulla stessa (fig. 117). Dove la condensazione ad aria non è possibile per ragioni tecniche o per la rumorosità indotta all'esterno che può risultare disturbante, al condensatore ad aria viene sostituito un condensatore ad acqua (sempre che vi sia disponibilità di acqua) e in questo caso l'unità condensatore-compressore può essere collocata anche in luoghi non esterni. Altre tipologie impiantistiche

idonee per il raffrescamento di singole unità immobiliari composte da più ambienti prevedono l'installazione a soffitto delle unità evaporative con sezione ventilante che mediante un sistema di canalizzazioni provvedono a inviare

l'aria fredda in vari ambienti. Un'altra caratteristica degli impianti split-system è la lunghezza del circuito frigorifero di collegamento tra l'unità esterna e interna che può arrivare fino a circa 50 metri, permettendo così di risolvere la maggior parte dei problemi di installazione. 3.3.1 Tipologia single-split Questa tipologia è la più diffusa e

prevede due unità, una motocondensante ad aria posta in ambiente esterno (per esempio su di una terrazza) e una evaporante posta all'interno dell'ambiente da condizionare. Esiste sia la versione per il solo raffrescamento, sia quella a pompa di calore con inversione del ciclo frigorifero per l'ottenimento del riscaldamento; l'unità esterna diventa così la sezione evaporante e quella interna la se-zione condensante. La gamma di potenzialità frigorifera attualmente disponibile per questa tipologia varia tra 2 e 10 kW, ottenibili con un solo compressore, generalmente di tipo ermetico, montato all'interno dell'unità condensante posta all'esterno al fine di ridurre la rumorosità nell'ambiente climatizzato. 3.3.2 Tipologia multi-split

Questa tipologia prevede generalmente fino a un massimo di quattro unità evaporanti, poste in ambienti diversi, collegate in parallelo al compressore e quindi in modo indipendente l'una dall'altra con un'unica unità condensante esterna (fig. 117). La gamma di potenzialità per questa tipologia varia tra 4 e 20kW. L'equipaggiamento delle unità sia interne che esterne può inoltre assume-re varie configurazioni. Sono infatti previste soluzioni con più unità interne, ciascuna equipaggiata con un proprio compressore frigorifero, collegate a un'unica unità esterna che costituisce in pratica un condensatore ad aria a più sezioni. Con questa soluzione le unità interne sono a mobiletto tipo ventilconvettore in modo da poter contenere il gruppo compressore. Un'altra variante consiste in unità interne collegate a una unità esterna equipaggiata con uno o due compressori frigoriferi collegati in modo indipendente alle unità interne dotate di solo ventilatore ed evaporatore: Le unità esaminate, sia single che multi-split, non sono in genere equipaggiabili con

canalizzazione dell'aria di mandata e prevedono pertanto solo l'immissione diretta dell'aria trattata in ambiente. 3.3.3 Tipologia split-canalizzabile Questo tipo di impianto, molto diffuso fino a pochi anni fa, risulta ora superato almeno peri locali ad uso ufficio, commerciali e per civili abitazioni in quanto non consente una regolazione individuale della temperatura di ciascun ambiente e una gestione "personalizzata" in funzione dell'occupazione del locale e del contenimento dei consumi energetici. L'impianto in esame è costituito da una unità motocondensante esterna (con compressore) e da una sola unità evaporante interna con mandata dell'a- ria canalizzabile per la distribuzione della la stessa nei vari ambienti (fig. 118). Una variante a questa tipologia consiste nella suddivisione a zone dell'impianto mediante l'installazione di due o tre unità evaporanti interne collegate in parallelo. Un'unica unità motocondensante esterna. La gamma di potenzialità disponibile per questo tipo di impianti è uguale a quella degli impianti di cui al punto precedente. 3.3.4 Le unità interne Le modalità di installazione e le

conseguenti tipologie delle unità interne sono molteplici e vanno da unità di tipo verticale per installazione pensile a parete, a unità di tipo orizzontale per installazione in vista a soffitto o in controsoffitto, analogamente ai ventilconvettori. Completano le soluzioni classiche sopra descritte le tipologie con unità a mobiletto verticale da pavimento e le unità verticali ad armadio con diffusione in am-biente mediante plenum o canali. Solo queste ultime unità si prestano peraltro a essere equipaggiate con presa d'aria esterna, umidificatori, batterie supplementari di riscaldamento. Le unità interne sono equipaggiate con ventilatori di tipo centrifugo con velocità commuta-bile (due o tre velocità) e possono assicurare la pressione statica necessaria a bilanciare le perdite di carico dovute alla canalizzazione e all'immissione dell'aria in ambiente attraverso le apposite griglie. La scelta della tipologia di

impianto più soddisfacente nasce dalla destinazione dei locali, dalle esigenze di gestione dell'impianto

nonché dalla distribuzione dei locali da servire. Dove è richiesta una regolazione della temperatura indipendente per ciascun locale è evidente che non potrà che utilizzarsi una soluzione multi o single-split, mentre se questa esigenza non esiste si potranno utilmente adottare soluzioni con split-canalizzabile. La regolazione indipendente della temperatura di ciascun locale può essere richiesta, oltre che per motivi di contenimento dei costi di gestione, anche a causa delle diverse con-dizioni di esposizione dei locali (diversità dei carichi termici per irraggiamento) oltre che dei tempi di occupazione (per esempio zona giorno e zona notte nei locali di civile abitazione). Quando le esigenze suddette non so-no fondamentali la soluzione con splitcanalizzabile può invece rappresentare la migliore applicazione in quanto sono adottabili dispositivi per contenere la rumorosità dell'impianto, per ottenere una migliore filtrazione dell'aria, una u-midificazione invernale mediante l'applicazione di un umidificatore a vapore e una ventilazione con aria esterna. Con questa soluzione, infine, è possibile dotare l'unità interna di una batteria di ri-scaldamento alimentata con acqua calda prodotta da una comune caldaia. 3.4 Impianti con condizionatori da finestra o da parete Tali tipi di impianti trovano largo impiego per il raffrescamento di singoli ambienti nelle abitazioni, nei locali a uso ufficio e nei piccoli negozi dei centri storici dove spesso il fronte stradale costituisce l'unica via di accesso all'unità immobiliare. La loro installazione presenta il vantaggio di un basso costo iniziale e della facilità di posa in opera che non richiede opere murarie particolari: per questo motivo, in edifici già ultimati, co-stituisce spesso l'unica soluzione economicamente e tecnicamente conveniente. I refrigeratori da finestra, o da parete (fig. 119), sono assimilabili agli apparecchi monoblocco locali autonomi in quanto sono dotati di compressore frigorifero, di condensatore, posto sul lato esterno e raffreddato ad aria, di batteria di raffreddamento e deumidificazione a espansione

diretta, di filtri ed elettro-ventilatori, questi ultimi posti sul lato interno del locale per la circolazione dell'aria raffrescata e sul lato esterno per la circolazione dell'aria esterna di condensazione. Anche questi piccoli condizio-natori d'ambiente assicurano condizioni termoigrometriche soddisfacenti qualora il fattore termico sia compreso entro i valori di 0,65-0,85. Vengono gene-ralmente prodotti per capacità frigorifere limitate fino a un massimo di circa 8 kW. Il compressore è di tipo ermetico al fine di contenere sia la rumorosità, sia le dimensioni. Le batterie, sia la condensante che la evaporante, sono del tipo a tubi alettati a pacco a più ranghi, mentre i ventilatori sono di tipo elicoidale per la batteria condensante e centrifugo per quella evaporante.

La regolazione della temperatura ambiente avviene mediante un termostato che comanda il funzionamento del compressore con modalità on-off, È inoltre consentito, mediante commutatore, selezionare la velocità del ventila-tore dell'evaporatore su due o tre velocità. Le unità sono generalmente dotate sull'evaporatore di un pannello filtrante che assicura una certa filtrazione dell'aria ambiente ricircolata. Le portate dell'aria ricircolata sono comprese all'incirca nel campo di valori tra 600 e 1000 m3/h (circa 150-200 m3/h per ogni 1000 W di potenza frigorifera). Le maggiori problematiche connesse all'uso di queste apparecchiature riguardano soprattutto la rumorosità dovuta al funzionamento dell'elettroventi-latore del condensatore e del compressore frigorifero insieme alla necessità di realizzare delle aperture nelle murature o nei serramenti vetrati delle pareti d'ambito esterne al fine di realizzare il flusso di aria esterna sul condensatore. Occorre inoltre considerare che la rumorosità, oltre a risultare disturbante per gli utilizzatori dell'apparecchio, può esserlo anche per unità immobiliari confinanti: con la possibilità di giungere a contenziosi di carattere giuridico i cui esiti possono causare la disattivazione dell'impianto incautamente installato.

Fig. 117 Sistema refrigerante tipo split-system con unità esterna condensatrice raffreddata ad aria e due unità interne indipendenti (sezione schematica), Fig. 118 Sezione schematica di impianto autonomo con tipologia a split-canalizzabile. Fig. 119 Sezione schematica di condizionatore monoblocco installato a parete.