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Gli impianti per la climatizzazione
Università IUAV di Venezia
Gli impianti per la climatizzazione
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Tipologie secondo il fluido termovettore
Componenti elementi costruttivi
Produzione del calore/ frigoriferaProduzione del calore/ frigorifera
Dimensioni dei canali d’aria
Esempi
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Diverse tipologie di impianti di climatizzazione
In genere il calore o il freddo necessario alla climatizzazione
di un ambiente non viene prodotto direttamente in esso.
E’ necessario utilizzare un fluido confinato in condotti per
trasportare calore o freddo fino all’ambiente in cui è
richiesto. A seconda del fluido termovettore utilizzato glirichiesto. A seconda del fluido termovettore utilizzato gli
impianti si dividono in:
• Impianti ad aria
• Impianti ad acqua
• Impianti misti
• Impianti ad espansione diretta
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Impianti ad acqua
Produzione calore
Terminale
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Gli impianti ad acqua
Il fluido termovettore è l’acqua
Sono i sistemi più utilizzati nell’edilizia residenziale dove spesso sono di solo
riscaldamento, ma possono anche essere di raffrescamento.
Vantaggi:
• basso costo e semplicità di installazione;
• limitato ingombro delle apparecchiature: non si ha la centrale di trattamento• limitato ingombro delle apparecchiature: non si ha la centrale di trattamento
dell’aria e limitate dimensioni delle tubature;
• permettono di fornire calore in prossimità delle pareti perimetrali esterne;
• rapida risposta alle variazioni di carico;
• permettono di seguire con grande flessibilità i vincoli architettonici;
• permettono di sfruttare la grande capacità di trasporto del calore dell’acqua.
Svantaggi:
• non permettono il controllo dell’umidità e della qualità dell’aria;
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Gli elementi fondamentali di un impianto ad acqua
Gli elementi fondamentali che costituiscono un impianto ad
acqua sono i seguenti:
• un generatore di calore
• (un generatore di freddo)
•• le tubazioni di collegamento
• i terminali (scambiatori di calore acqua-aria: corpi
scaldanti, pavimento radiante, ventilconvettore)
• la pompa di movimentazione dell’acqua
• il vaso di espansione
• una valvola di sicurezza
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I terminali
Essenzialmente si hanno a disposizione tre tipologie di scambiatore
di calore acqua-aria per fornire il calore desiderato agli ambienti:
• termosifoni - scambio parzialmente radiativo e soprattutto• termosifoni - scambio parzialmente radiativo e soprattutto
convettivo in regime di convezione naturale;
• pannelli radianti - grande superficie di scambio e trasmissione del
calore soprattutto per via radiativa e in parte convettiva;
• ventilconvettori - scambio essenzialmente convettivo in regime di
convezione forzata
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I corpi scaldanti:
termosifoni
Termosifoni in ghisa
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I corpi scaldanti:
termosifoni
Termosifoni in acciaio
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I corpi scaldanti:
termosifoni
Termosifoni in alluminio
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I corpi scaldanti
Termosifoni in acciaio
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Resa termica dei corpi scaldanti
qR = C (θma – θa)n
qR = potenza termica resa dai c.s.C = costante caratteristica;n = 1,25 ÷ 1,3;n = 1,25 ÷ 1,3;
θma = temperatura media dell’acqua calda (70°C ÷ 80°C);
θa = temperatura dell’aria (∼ 20°C)
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I diversi sistemi di distribuzione
La distribuzione dell’acqua ai diversi corpi scaldanti può essere
effettuata con diversi layout. I principali sono i seguenti:
•• distribuzione monotubo
• distribuzione a due tubi
• distribuzione con collettori
• distribuzione a quattro tubi (con raffrescamento)
• distribuzione a tre tubi (con raffrescamento)
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Circuito di distribuzione dell’acqua a ritorno diretto
Circuito di distribuzione dell’acqua a ritorno inverso
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Distribuzione a 2 tubi
Distribuzione monotubo
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I corpi scaldanti: pannelli radianti
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Tubi in polietilene reticolato PE-Xa o polietilene ad alta densità PEHD con guaine isolanti (in polietilene reticolato espanso a celle chiuse)
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I corpi scaldanti: soffitto radiante
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I corpi scaldanti: un confronto
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Distribuzione nei singoli ambienti
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Pannello a parete
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Elementi di impianto Il vaso di espansione
Il vaso di espansione serve a
compensare le variazioni di volume
della massa d’acqua contenuta
nell’impianto in conseguenza delle
variazioni della sua temperatura.
t [°C] ρρρρ [kg/m3] v [m
3/kg] variazione di volume
rispetto 10°C, e
0 999.8 1.0002 -
10 999.6 1.0004 -
20 997.9 1.0021 0.0017
30 995.6 1.0044 0.0040
Quando l’impianto viene riempito o
dopo una lunga sosta l’acqua si
trova a temperatura ambiente (15-
20°C). Essa viene quindi scaldata
fino a 70-80°C con conseguente
dilatazione e aumento di volume.
40 992.2 1.0079 0.0075
50 988.1 1.0120 0.0116
60 983.2 1.0171 0.0167
70 977.8 1.0227 0.0223
80 971.8 1.0290 0.0286
90 965.3 1,0359 0.0355
100 958.4 1,0434 0.0430
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Elementi di impianto Il vaso di espansione
vaso di espansione con
serbatoio aperto
vaso di espansione con vaso di espansione con
serbatoio chiuso
vaso di espansione con
serbatoio chiuso pressurizzato
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Elementi di impianto
Valvola di sicurezza
Per evitare sovrapressioni all’interno delle
tubazioni e dei diversi dispositivi che
costituiscono l’impianto si utilizzano delle
valvole di sicurezza.
all’ambiente
Tale dispositivo a una pressione fissata a priori
scarica nell’ambiente esterno il fluido
contenuto nelle linee abbassando così
istantaneamente la pressione.
Un aumento incontrollato della pressione può
portare al cedimento di qualche giunzione e di
qualche saldatura con uscita rapida e
improvvisa di acqua bollente o vapore.dall’impianto
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Elementi di impianto La pompa
Se nel passato si costruivano anche impianti a circolazione naturale sfruttando
le variazioni di densità dell’acqua con la temperatura, al giorno d’oggi il
moto dell’acqua nelle tubazioni e prodotto dall’azione di una pompa.
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Impianti ad aria
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Impianto ad aria
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Produzione del calore/ freddo
Trattamento aria
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I diversi impianti ad aria: monocondotto
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I diversi impianti ad aria: multizone
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I diversi impianti ad aria: doppio condotto
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Unità di trattamento aria
Dimensioni � portata di aria da trattare
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Macchina trattamento aria
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Le unità di trattamento d’aria UTA:
Portate d’aria: 1000 m3/h ÷ 110 000 m3/h
H = 1,7m ÷ 2,5 m
L = 2,5 m ÷ 5,5 m
Potenza termica: 20 kW ÷ 300 kW
Potenza frigorifera: 10 kW ÷ 150 kW
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Il trattamento dell’aria
Condizionamento invernale dell’aria
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Riscaldamento senza umidificazione
hB = 46,7 kJ/kg
hA = 21,6 kJ/kg
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Umidificazione
AD
AB
xx
xx
−
−=ε
D
A
B
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xBxA
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13/05/2013
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Il trattamento dell’aria
Condizionamento estivo dell’aria
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Raffreddamento con deumidificazione
A
B
∆hlat
EB
h
hR
hhh
tot
sens
totlatsens
∆
∆=
∆=∆+∆
E
B
∆hsens FEA
EBBF =
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Le macchine per il trattamento dell’aria - MTA
L’aria viene portata alle
condizioni di temperatura
e umidità desiderata
facendola passare facendola passare
attraverso alcune batterie
di raffreddamento e
riscaldamento e
attraverso un saturatore
adiabatico.
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Ventilatore centrifugo
Ventilatore assiale