Manuale principi Condizionamento

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    30-Jun-2015

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<p>Principi fondamentali del condizionamento dellaria</p> <p>Luso di questo manuale richiede un certo grado di discernimento. Nessuna responsabilit potr essere addebitata alla CARRIER S.p.A. per un uso non corretto del suo contenuto. Sar anche cura del progettista fare riferimento alle normative locali ove fossero diverse dai dati riportati.</p> <p>1</p> <p>IL TRATTAMENTO DELLARIAA cura di : Franco Pinzani CARRIER Spa</p> <p>2</p> <p>Introduzione</p> <p>Lo scopo di un impianto di condizionamento quello di creare in un certo ambiente le condizioni termigrometriche desiderate. Queste condizioni termoigrometriche possono essere richieste per il confort delle persone o per necessit industriali affinch un certo processo di lavorazione si compia nel miglior modo e nel minor tempo possibile. Perch questo avvenga l impianto di condizionamento deve disporre di una potenzialit sufficiente e di un sistema di regolazione che ne controlli il funzionamento qualunque sia il carico termico dellimpianto. La potenzialit deve essere stabilita in funzione dei carichi termici massimi. Per poter valutare questi carichi o questi disperdimenti, necessario conoscere tutti gli elementi che influenzano il bilancio termico dell ambiente preso in esame: bilancio che strettamente legato alle quantit di calore scambiate, durante l unit di tempo, tra l interno e l esterno del locale e le quantit di calore che si generano all interno del locale stesso. In questo corso esamineremo brevemente quelle tecniche e quelle regole che sono alla base dello studio e della progettazione di un impianto di condizionamento. Definiremo alcuni termini e puntualizzeremo alcuni concetti ricorrenti.</p> <p>Studieremo in che modo il calore e lumidit vengono prodotti e introdotti nell ambiente. Cercheremo di conoscere come il corpo umano reagisce alle diverse condizioni di temperatura e umidit relativa in funzione anche dellattivit fisica svolta. Vedremo come il diagramma psicrometrico o diagramma dell aria umida pu essere di valido aiuto nella risoluzione dei vari problemi connessi al trattamento dell aria: trattamento che dovr sempre essere eseguito in funzione delle condizioni termoigrometriche che si vogliono raggiungere e quindi del bilancio termico dell ambiente. Esamineremo brevemente il concetto delle condizioni di benessere e vedremo di individuare quali sono i fattori che possono concorre a realizzare o alterare queste condizioni di benessere. In questo manuale verranno date quelle indicazioni tecniche necessarie per affrontare e risolvere i problemi connessi alla distribuzione dellaria e allimmissione della stessa negli ambienti. Si proseguir con la stima dei carichi termici e si evidenzieranno i vari fattori che debbono essere tenuti presenti nellesecuzione dei calcoli del bilancio termico per evitare di trascurare o surdimensionare qualche fattore giungendo quindi a stabilire una potenzialit dellimpianto non adeguata allo scopo che vogliamo raggiungere.</p> <p>3</p> <p>Condizioni di benessere termico</p> <p>Lo scopo di un impianto di condizionamento quello di creare, in un certo ambiente, le condizioni di temperatura e umidit relativa volute, assicurando al tempo stesso una certa purezza e velocit dellaria nellambiente stesso. Gli impianti possono essere di tipo industriale e civile. Nel primo, le condizioni termoigrometriche sono dettate dalla natura stessa del processo e del materiale lavorato e possono non tener conto del benessere delle persone addette al processo stesso. Nel secondo, cio negli impianti civili, limpianto di condizionamento deve regolare la temperatura, lumidit relativa, il grado di filtrazione e purezza dellaria, nonch la sua velocit, in modo da assicurare le condizioni pi soddisfacenti per il benessere delle persone. La conoscenza delle funzioni e delle reazioni del corpo umano alle diverse mansioni di lavoro o pi generalmente alle diverse attivit ed alle variazioni di temperatura ed umidit, alla base per lo studio e la realizzazione di un impianto di condizionamento dellaria. L uomo deve essere considerato come una macchina del caldo. Il cibo, combustibile per la macchina umana, fornisce energia al corpo e generalmente crea calore allinterno del corpo stesso. Ogni movimento del corpo, compreso il chiudere ed aprire gli occhi, comporta limpiego dellenergia accu-</p> <p>mulata col cibo e genera sempre calore. Il calore prodotto da ogni movimento viene trattenuto dal corpo o espulso in modo tale da mantenere la sua temperatura costante a 37 C. Poich molto spesso il calore prodotto superiore a quello necessario al corpo umano, il calore in eccesso viene ceduto allambiente sotto forma di calore sensibile e calore latente. Il primo viene ceduto per convezione e per irraggiamento, il secondo con la respirazione e la traspirazione e cio con levaporazione dei liquidi corporei. CONVEZIONE Convezione la trasmissione di calore sensibile effettuata da un vettore fluente (aria o acqua). Laria che a contatto con il corpo umano si riscalda, sale verso lalto e cos facendo manda nuova aria pi fresca a contatto col corpo umano; aria che in grado di assorbire altro calore. IRRAGGIAMENTO Ogni corpo caldo trasmette ad altri corpi o elementi, il calore contenuto, a mezzo di radiazioni o raggi (senza bisogno che ci sia un qualsiasi mezzo interposto ). Come esempio si pensi al calore che a noi perviene per irraggiamento dal sole attraverso gli spazi vuoti siderali.</p> <p>4</p> <p>CONDIZIONI DI BENESSERE TERMICO</p> <p>EVAPORAZIONE La miscela di aria che esce dai polmoni termicamente pi ricca di calore sia perch la sua temperatura normalmente pi alta di quella che aveva allentrata, sia perch si arricchita di vapore acqueo. Il corpo umano provvede a mantenere il suo equilibrio termico anche con la traspirazione della pelle,ma, cos facendo, innalza lumidit relativa dellambiente. FATTORI CHE INCIDONO SULLE CONDIZIONI DI BENESSERE I fattori che condizionano e determinano le condizioni di benessere sono: il rinnovo dellaria ambiente la temperatura a bulbo secco dellaria ambiente la sua umidit relativa la temperatura media radiante delle pareti la velocit media dellaria ambiente la protezione termica ( vestiti ) del corpo umano lattivit fisica svolta</p> <p>Essi sono: -Il grado di protezione termica del corpo umano ( abiti ) -Lattivit fisica svolta E vero che luomo ha una notevole capacit di adattamento e riesce a mantenere lequilibrio termico del corpo anche in condizioni ambientali disagevoli, ma questo adattamento avviene sempre a scapito della sensazione di benessere. La determinazione delle condizioni di benessere ha subito una notevole evoluzione negli ultimi 50 anni fino a portare alla formulazione di una espressione algebrica, molto complessa e poco adatta ad un impiego corrente, che lega tra loro i fattori sopramenzionati. Senza addentrarci in un esame analitico del problema cercheremo di sintetizzare i risultati delle varie ricerche condotte in USA ed in diversi stati europei e fissare alcuni principi fondamentali per il benessere delle persone. Per chiarire i concetti utilizzeremo i diagrammi della ASHRAE. ARIA ESTERNA Un primo elemento che incide notevolmente sul benessere delle persone la purezza e il rinnovo dellaria ambiente. Lindividuo umano altera la composizione dellaria ambiente con lemissione di anidride carbonica (con la respirazione), lemissione di odori (per traspirazione), fumando ecc. Limpianto di condizionamento deve provvedere ad assicurare un costante rinnovo dellaria, opportunamente filtrata e condizionata. Il quantitativo di aria esterna per persona pu variare notevolmente. Normalmente, negli uffici, abitazioni, negozi di vendita, il quantitativo varia da un minimo di 5 ad un massimo di 10 l/s per persona anche in funzione della presenza o meno di fumatori. TEMPERATURA ED UMIDITA RELATIVA Nei moderni impianti, anche allo scopo di risparmiare energia e realizzare spese di gestione contenute, si tende pi che a realizzare le condizioni ottimali (che comunque non soddisfarebbe la totalit delle persone presenti), a creare quelle condizioni di temperatura ed umidit che sono ritenute accettabili almeno dall80% degli individui presenti.</p> <p>La temperatura a bulbo asciutto e lumidit relativa dellaria, la temperatura media radiante delle parti ed il movimento dellaria che circonda il corpo umano, sono i fattori principali che facilitano o non, lespulsione del calore in eccesso dal corpo umano e danno allindividuo la sensazione di benessere. La variazione di uno di questi fattori pu avere la possibilit di alterare, in aumento o in difetto, lemissione del calore dal corpo umano e quindi le condizioni di benessere. Ad esempio per una certa temperatura, ( 25 o 26 C ), un sensibile movimento dellaria ed una bassa umidit relativa facilitano lemissione di calore del corpo umano e danno la sensazione di fresco o anche di freddo. Alla stessa temperatura un basso movimento dellaria ed un forte contenuto dellumidit relativa, ostacolano questa emissione di calore e danno una sensazione di leggermente caldo o caldo. Altri due fattori, strettamente legati al singolo individuo, incidono sensibilmente sul benessere della persone e non vanno trascurati nella progettazione di un impianto di condizionamento.</p> <p>CONDIZIONI DI BENESSERE TERMICO</p> <p>5</p> <p>Dal primo diagramma di benessere ASHRAE ( fig. 1 ) si pu vedere che le linee rappresentative delle sensazioni leggermente fresco, confortevole, ecc. non sono influenzate in modo sensibile dal grado di umidit relativa se questa compresa tra il 30 e il 70%. Delle recenti norme dellASHRAE stabiliscono che negli impianti civili destinati al confort delle persone,</p> <p>un condizionatore non deve intervenire per aumentare o diminuire lumidit relativa ambiente se questa rispettivamente superiore al 30% o inferiore al 70%. Questa norma, non vuole in alcun modo alterare le condizioni di benessere, ma ha la finalit di evitare uno spreco di energia per mantenere in ambiente un grado di umidit che non d nessun beneficio alle persone che occupano lambiente condizionato.</p> <p>Fig.1</p> <p>6</p> <p>CONDIZIONI DI BENESSERE TERMICO</p> <p>Dal secondo diagramma ASHRAE ( fig. 2 ) si rileva che, per mantenere le stesse condizioni di benessere, sufficiente che ad un aumento della umidit relativa ambiente, corrisponda una diminuzione della temperatura ambiente e viceversa. Si nota infatti che le condizioni di benessere che si avrebbero con una certa temperatura e con unaria secca ( 0% di umidit relativa ) si possono egualmente avere con aria satura ( 100% di UR ) purch si abbassi la temperatura ambiente di 3 C circa. La regolazione della temperatura ambiente comporta sempre un dispendio di energia inferiore a quella necessaria per il controllo dellumidit relativa. Le unit di condizionamento prive del controllo di umidit risultano inoltre molto pi semplici e quindi meno costose.</p> <p>Laria tratteggiata nella fig. 2 rappresenta le condizioni di benessere per persone con abbigliamento normale adibite a lavori dufficio. Laria racchiusa nella losanga rappresenta invece le condizioni di benessere per persone con abbigliamento leggero in riposo o addetta a lavori sedentari. Le condizioni dellaria ambiente corrispondenti alle aree in cui le due zone si sovrappongono, vengono considerate le migliori possibili di progetto.</p> <p>Fig.2</p> <p>CONDIZIONI DI BENESSERE TERMICO</p> <p>7</p> <p>Va tenuto presente che nei locali quali bar, banche, piccoli negozi ecc, dove il tempo di permanenza del cliente molto breve, la differenza di temperatura esterna e quella interna non dovrebbe essere superiore ai 5 C, per evitare sgradevoli colpi di freddo ai clienti. Nei locali densamente affollati ( sale convegno, sale riunioni ecc. ) la differenza tra la temperatura esterna e quella interna, non dovrebbe essere superiore ai 7 C. I corridoi che immettono in queste sale di riunioni o nei grandi uffici condizionati, dovrebbero avere in estate temperature pi alte di quelle esistenti negli ambienti condizionati, per dar modo alle persone di adattarsi gradualmente ( in entrata e in uscita ) alle differenti temperature esistenti tra linterno e lesterno. TEMPERATURA MEDIA RADIANTE La temperatura media radiante si assume uguale alla temperatura media ponderata delle pareti, del pavimento e del soffitto dellambiente. La temperatura media radiante assume una rilevante importanza sulle condizioni di benessere. In linea di massima si pu dire che, in estate, quanto pi alta la temperatura media radiante, tanto pi bassa dovrebbe essere la temperatura dellaria immessa. DISTRIBUZIONE DELLARIA NEGLI AMBIENTI La velocit media dellaria negli ambienti un fattore molto importante nella determinazione delle condizioni di benessere. Per persone impegnate in attivit sedentarie la velocit dellaria dovrebbe essere compresa tra 0,10 e 0,25 m/s. Nella stagione invernale la velocit dellaria in ambiente non dovrebbe superare il valore di 0,15 m/s per evitare fastidiose sensazioni. In estate si pu raggiungere il valore massimo di 0,25 m/s o anche superarlo se si progetta un impianto con una temperatura ambiente superiore ai 26C. Dati acquisiti dallesperienza hanno dimostrato che laumento di 0,07 m/s. della velocit dellaria in ambiente ha lo stesso effetto di benessere di una riduzione di 0,5 C della temperatura ambiente.</p> <p>La distribuzione dellaria deve essere realizzata in modo tale da evitare il crearsi di zone morte o la formazione di fastidiose correnti daria. Deve concorrere cio a creare, nelle zone occupate, una temperatura la pi uniforme possibile. Per ottenere questo, una buona distribuzione dellaria deve contrastare, in modo efficace, le naturali correnti convettive che si generano principalmente nelle zone perimetrali degli edifici. Queste correnti tendono a portare a stratificare laria calda verso il soffitto creando una temperatura crescente dal basso verso lalto. ANEMOSTATI E BOCCHETTE Laria, in fase estiva ed invernale, viene immessa negli ambienti con velocit e temperature molto diverse da quelle richieste negli ambienti stessi. E necessario perci che i diffusori ( bocchette, anemostati ecc. ) abbiano un buon effetto induttivo. Con il termine induzione si indica la capacit che ha un diffusore di miscelare laria (primaria) che immette in ambiente con laria (secondaria ) gi presente nellambiente stesso. Una buona induzione fa s che la velocit e la temperatura dellaria immessa raggiungano valori accettabili prima di giungere a ridosso delle persone che stazionano nellambiente. Il rapporto dinduzione ( R ) di un diffusore ( anemostato o bocchetta ) definito come il rapporto tra la massa daria miscelata ( primaria + secondaria ) e la massa daria immessa (primaria ). Si ha: R = Aria primaria + Aria secondaria Aria primaria La massa daria indotta da un diffusore pu essere determinata utilizzando lespressione della conservazione dellenergia e cio: M1V1 + M2V2 = ( M1 + M2 ) V3 dove: M1 la massa dellaria primaria M2 la massa dellaria secondaria V1 la velocit dellaria primaria V2 la velocit dellaria in ambiente V3 la velocit della miscela daria.</p> <p>8</p> <p>C...</p>