(IN ELABORAZIONE)
Occorrono le conoscenze dei capitoli di Termodinamica e di Generatori di vapore.
INTRODUZIONE TRASFORMAZIONI COMPONENTI ESEMPI COMPLEMENTI
COMPONENTI:
A) SCHEMA DI IMPIANTO
Nello schema seguente è rappresentato in modo sommario il percorso gestionale di un impianto di condizionamento. Ciascuna funzione è realizzata da uno o più elementi strutturali, comprendenti macchine e strumenti. Ad esempio il comando della ventilazione può avvenire utilizzando un circuito pneumatico o elettrico o oleodinamico, per cui la relativa funzione è a sua volta vasta e composita.
La sequenza operativa indicata non è ovviamente l'unica né la migliore. Inoltre è sottinteso che invece del riscaldamento (funzione tipicamente invernale) può esserci il raffreddamento, ecc.
B) ELEMENTI FUNZIONALI
CONDOTTE. Sono di due tipi: a) per l'acqua; b) per l'aria.
a) i tubi per l'acqua calda o fredda sono in acciaio rivestito all'esterno con gesso o polistirolo o poliuretano per ridurre la dispersione del calore o del freddo. Hanno diametri relativamente piccoli e il moto è assicurato spesso da pompe che imprimono velocità anche grandi, dell'ordine di oltre 10 m / s.
b) le condotte per l'aria hanno sezione grande con raccorderia arrotondata. Sono in lamiera d'acciaio o di alluminio e si adoperano nel caso di condizionamento centralizzato. Lungo il percorso, solitamente nascosto in pannellature, hanno delle feritoie munite di grata o dei distributori ad imbuto, dalle quali l'aria si riversa, dall'alto, nei locali da condizionare. Le feritoie possono essere munite di alette mobili, automatiche o manuali, che servono per regolare la portata dell'aria. Spesso c'è una condotta di estrazione la cui grata si trova a livello del pavimento. In questo modo si crea un vero e proprio circuito indipendente dell'aria che viene totalmente "lavorata". E' molto importante tener conto delle perdite di carico, anche nelle condotte per l'aria: esistono tabelle che misurano tale parametro.
SERRANDE. Le serrande, costituite da strisce di alluminio o di acciaio o di altro materiale, sono incernierate su un lato o in mezzeria e quindi possono ruotare in modo da regolare il flusso dell'aria che circola nei tubi. Il movimento può essere automatico, cioè dipendente dalla pressione e dalla velocità dell'aria, oppure manuale, cioè regolabile a piacere agendo su una leva, oppure dipendente da un motore. In quest'ultimo caso il motore è collegato ad un sensore che rileva temperatura e umidità dell'ambiente; in funzione di tali parametri il motore agisce sulle serrande aprendo o chiudendo la portata d'aria trattata.
MISCELATORI. L'aria ha di solito due origini: aria di ricircolo, cioè aria "vecchia" che viene ricondizionata e reimmessa nell'ambiente, e aria di rinnovo, cioè aria proveniente dall'esterno: queste due "arie" si mescolano in dosi prestabilite in una sezione della condotta dove si trovano due serie di serrande opportunamente orientate, eventualmente corredate di due ventilatori che hanno il compito di facilitare l'estrazione dell'aria da espellere e di spingere l'aria di rinnovo (vedi la fig. 5 alla pagina precedente).
RAFFREDDAMENTO. Il raffreddamento è assicurato dalla circolazione di acqua fredda, prodotta in un impianto frigorifero, in uno scambiatore di "frigorie". L'acqua circola in tubi isolati spinta da una pompa.
RISCALDAMENTO. Il riscaldamento è assicurato dalla circolazione di acqua calda, prodotta in una caldaia, in uno scambiatore di calore. L'acqua circola in tubi isolati spinta da una pompa.
UMIDIFICAZIONE. Può essere prodotta con vapore, in circolazione naturale oppure forzata, proveniente dalla caldaia oppure spruzzando acqua nebulizzata in una corrente di aria calda.
Nella figura è rappresentato un sistema di umidificazione che usa vapore in pressione proveniente dalla caldaia: un sensore igroscopico che percepisce l'umidità ambientale agisce su un motore che apre-chiude una valvola che parzializza la portata di vapore. Il vapore esce da spruzzatori e, passando in un filtro e urtando una parete, rilascia le gocce d'acqua eventualmente trasportate, e così asciugato viene rilasciato nell'ambiente. L'utilità del vapore in pressione consiste nella possibilità di trasportarlo anche a grande distanza in condizioni ottimali per il rilascio. Questo risultato è pagato caro perché i tubi vanno coibentati in modo massiccio.
DEUMIDIFICAZIONE. La deumidificazione, cioè la riduzione del tasso di umidità dell'aria, si può eseguire in molti modi: statici, dinamici, termodinamici. Il modo più semplice è quello di far diminuire la pressione dell'aria: al diminuire della pressione infatti il contenuto di vapore diminuisce e quindi il suo eccesso ne fa condensare una parte sotto forma di liquido che può essere allontanato. In altro modo si può frenare l'aria facendola passare su superfici variamente conformate: in questo modo l'umidità può depositarsi sotto forma di goccioline di liquido che vengono allontanate. Volendo una deumidificazione spinta, l'aria si fa passare in filtri di ceramica o di materiali igroscopici. Termodinamicamente si può agire facendo diminuire la temperatura: l'aria fredda ha un contenuto di umidità inferiore.
VENTILAZIONE. La ventilazione ha il compito di far muovere l'aria con velocità e portata adeguata all'impianto; poiché la circolazione naturale sarebbe in ogni caso lentissima, è indispensabile ricorrere a quella forzata con i ventilatori (vedi punto 6 alla pagina seguente). A seconda della lunghezza e complessità dell'impianto può essere utile avere una sola stazione di ventilazione, oppure diverse stazioni che forniscono l'energia necessaria al movimento nei punti più importanti. In questo modo si può facilmente limitare la velocità dell'aria che può produrre fastidiosi ronzii.
TERMOMETRI. Se l'impianto è centralizzato la temperatura è regolata all'inizio del circuito di distribuzione in rapporto alla temperatura esterna. Il termometro apre e chiude le valvole della caldaia e del frigorifero, adeguando le portate alla differenza di temperatura interno - esterno. Negli impianti localizzati il termometro si trova nel locale da condizionare e può essere regolato direttamente dall'utente. Anche in questo caso il termometro agisce su una valvola che regola la portata di acqua.
COMANDO - CONTROLLO - REGOLAZIONE. Sono tre elementi strettamente connessi fra loro e interdipendenti nel senso che, quando si controlla un parametro, poi bisogna regolarlo con un comando apposito (vedi punto 11 alla pagina seguente). Il tutto avviene utilizzando strumenti di misura e sensori adatti ai diversi scopi. Ad esempio un termometro o un igrometro segnalano che i parametri sono fuori norma: a questo punto il sistema può reagire automaticamente riportandoli al punto (re-set) oppure una spia luminosa o sonora segnala la situazione al personale addetto che interviene con la regolazione manuale. Gli elementi oggi più adoperati sono appunto i sensori capaci di rilevare temperatura, pressione, umidità in modo pressocché istantaneo, trasmettendo i "numeri" rilevati ad automatismi di tipo meccanico o elettrico o pneumatico o oleodinamico. Come esempio ricordiamo il termostato montato sul "radiatore" dell'automobile: quando la temperatura dell'acqua supera il valore prestabilito chiude un circuito elettrico che mette in funzione il ventilatore, segnalando il valore raggiunto sul cruscotto. Il termostato ha le funzioni di comando, controllo e regolazione. Se però il termostato non è automatico la funzione controllo passa nelle mani del guidatore che decide quando intervenire e per quanto tempo. Nel caso dell'impianto di condizionamento, come si è detto più volte, solitamente si lascia all'utente solo la regolazione della temperatura mentre tutto il resto è assicurato da sensori che agiscono in modo automatico.
C) FATTORI AMBIENTALI
ARIA INTERNA. E' variabile in funzione della stagione e dell'attività che si svolge nell'ambiente. I parametri variabili sono la temperatura, l'umidità, la percentuale di CO2, l'odore (l'aria diventa "viziata"). Se l'ambiente è un'industria, un laboratorio, un ospedale, l'aria può acquistare elementi dannosi o sgradevoli in grande misura e ciò richiede interventi massicci e particolari.
ARIA ESTERNA. E' variabile in modo imprevedibile: pressione, temperatura, umidità possono cambiare anche più volte nel corso del giorno e della notte. Negli impianti centralizzati per avere un condizionamento efficiente occorre avere sensori disposti all'esterno in posizione opportuna: sensori che vanno su un elemento esposto al sole daranno indicazioni di temperatura in eccesso, sensori messi a nord li daranno in difetto in estate; il contrario accadrà in inverno.
Se l'impianto è locale di solito si regola a piacere la temperatura, mentre le altre funzioni sono lasciate agli automatismi previsti dal costruttore della macchina.
La legge italiana impone limiti ben precisi sia al tempo che alla temperatura per il condizionamento invernale.
STRUTTURE MURARIE. Hanno una funzione primaria nell'equilibrio termico in quanto con le loro caratteristiche di inerzia termica determinano la quantità di calore che entra o esce dal locale da condizionare. In queste strutture bisogna far rientrare anche le finestre e le altre aperture che sono punti deboli negli scambi termici con l'esterno. Esiste tutta una parte della fisica che studia questo aspetto applicativo (vedi tabella più in basso).
PRODUZIONE DI CALORE. Nei locali abitati ci sono diverse sorgenti di calore: le persone e gli apparecchi elettrici. Le persone producono calore in quantità variabile con l'attività svolta, gli apparecchi elettrici in funzione della loro natura e potenza. Nella tabella seguente si riportano alcuni valori esempilificativi.
PRODUZIONE DI UMIDITA'. Il vapore all'interno dei locali abitati si produce in diversi modi: a) con la respirazione; b) con il sudore; c) con la lavatrice; d) con la lavapiatti; e) con il lavaggio dei pavimenti; f) ... (vedi tabella qui sopra). Talvolta questa produzione non è sufficiente per rendere confortevole l'aria e allora l'impianto di condizionamento deve sopperire. In molti casi è consigliabile affiancare all'elemento riscaldante un recipiente contenente acqua destinata ad evaporare. Non bisogna dimenticare infatti che, se l'aria troppo umida crea fastidio perché il sudore non evapora, d'altra parte l'aria troppo secca crea difficoltà di respirazione e irritazione della gola e dei bronchi.
RINNOVO E RICIRCOLO. I locali abitati perdono ossigeno e acquistano anidride carbonica, umidità, calore tanto più in fretta quanto maggiore è il numero delle persone e quanto maggiore è la loro attività fisica (vedi tabella più su). Periodicamente quindi l'aria deve essere rinnovata. Con ciò però si perde una porzione di caldo o di freddo: può essere utile far passare l'aria da espellere in uno scambiatore di calore (vedi fig. 8 alla pagina precedente) in modo che l'aria entrante sottrae una parte del calore o del freddo all'aria che esce. Il rinnovo non è mai totale per cui una parte dell'aria rientra in circolo (aria di ricircolo) dopo aver subito un nuovo riscaldamento o raffreddamento con un adeguamento dell'umidità. L'efficacia del condizionamento dipende in gran parte dal fattore di ricircolo, nel senso che più grande è la quantità di aria rinnovata migliore è la sua qualità; naturalmente cresce anche il costo della gestione dell'impianto per cui occorrerà contemperare i due aspetti.
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