(IN ELABORAZIONE)
Occorrono le conoscenze dei capitoli di Termodinamica e di Generatori di vapore.
INTRODUZIONE TRASFORMAZIONI COMPONENTI ESEMPI COMPLEMENTI
ESEMPI:
A) SCHEMA DI IMPIANTO
Nelle figure qui sotto sono rappresentate le funzioni svolte da due impianti di condizionamento. Il primo rappresenta un sistema piuttosto semplice adatto al condizionamento della sola temperatura invernale: il calore, proveniente da una centrale termica centralizzata, viene distribuito nell'ambiente con un termoventilconvettore. In pratica un ventilatore muove l'aria, prelevata dallo stesso ambiente, facendola passare su uno scambiatore di calore nel quale circola acqua calda.
La seconda figura rappresenta un sistema più completo con riscaldamento e raffreddamento, l'umidificazione e la sostituzione parziale dell'aria. Il primo ventilatore a sinistra ha il compito di estrarre l'aria viziata dal locale condizionato; l'aria, passando nel primo elemento munito di serrande, in parte esce nella sezione espulsione (in funzione della posizione delle alette mobili), in parte viene integrata da aria proveniente dall'esterno nella zona di miscelazione. Il secondo ventilatore è quello che dà energia al flusso d'aria in modo da farlo giungere in tutti gli ambienti interessati.
Il sistema qui rappresentato non è ovviamente completo in quanto, per esempio, manca l'indicazione del sistema adoperato per muovere le serrande e per stabilire le temperature e gli altri parametri funzionali.
B) CONDIZIONAMENTO CENTRALIZZATO
B1) SCHEMA DI DISTRIBUZIONE ORIZZONTALE
Ciascun locale ricava il proprio condizionamento da una "scatola", indicata con A, nella quale giunge aria che ha prima subito dei trattamenti comuni preliminari e in seguito trattamenti particolari richiesti attraverso la scatola, alla quale arrivano due linee separate (verde e viola nella figura). Nella scatola, sistemata all'interno del locale, si trovano i sensori ambientali e gli strumenti di comando e controllo che consentono un condizionamento individualizzato.
L'aria di rinnovo e l'aria espulsa passano attraverso un filtro a maglia piuttosto ampia che serve solo come protezione e successivamente in uno scambiatore rotante (vedi fig. 8 punto I nella pagina precedente). L'aria di circolazione passa invece, dopo la serranda, attraverso un filtro a maglia fitta.
Tutte le apparecchiature necessarie per la preparazione dell'aria si possono trovare o in locale sotterraneo o sul tetto dell'edificio, in posizione centrale rispetto ai locali da servire.
B2) SCHEMA DI DISTRIBUZIONE VERTICALE
Tutto l'impianto, esclusa la caldaia, si trova sul tetto dell'edificio, in opportuni locali ispezionabili. I tubi di andata e di ritorno si trovano alloggiati all'interno di intercapedini nella tromba delle scale o nel pozzo dell'ascensore. Ad ogni piano si trovano i tubi orizzontali di distribuzione che terminano in una cassetta A che contiene i comandi e i controlli personalizzabili.
Il tubo di ritorno (di colore marrone nel disegno) può essere adoperato per espellere i fumi di un eventuale piccolo incendio: per fare ciò basta chiudere la serranda di arrivo del ricircolo e aprire la serranda apposita (vedi freccia grigia). Un'apposita ventola funziona da aspiratore dei fumi. L'umidificatore ricava il vapore dalla caldaia.
C) CONDIZIONAMENTO LOCALIZZATO
Il caldo, dalla caldaia, e il freddo, dal frigorifero, sono portati da tubi appositi percorsi da acqua calda oppure fredda. I tubi nei convettori formano dei banchi - scambiatori lambiti dal flusso dell'aria da condizionare spinta da un ventilatore.
Le combinazioni di condizionamento possibili sono molte, come evidenziato dalle figure seguenti. Con A si è indicato l'organismo chiamato termo-ventil-convettore, cioè un mobile che contiene: gli strumenti di controllo e misura; gli scambiatori di calore; il ventilatore; il filtro. Il rinnovo dell'aria avviene aprendo periodicamente le porte o le finestre mentre normalmente l'impianto effettua il ricircolo dell'aria ambiente. La caldaia e il frigorifero sono sempre centralizzati.
1) semplice, cioè solo estivo o invernale: in questo caso il tubo porta o acqua calda in inverno o acqua fredda in estate. In pratica un solo tubo entra ed esce dai convettori(1). Il ritorno avviene in caldaia o nel frigorifero a seconda della stagione (figura 1).
2) doppio, cioè troviamo in mandata un unico tubo, che porta ai convettori acqua calda o fredda. Il tubo di ritorno è unico(2) ma poi l'acqua viene divisa in due parti: una parte ritorna in caldaia, l'altra ritorna nel frigorifero (figura 2).
3) triplo, cioè il tubo caldo e il tubo freddo arrivano entrambi al convettore, dove si può comandare la situazione preferita, ma da esso esce un solo tubo che contiene la miscela che è stata adoperata; questa miscela viene suddivisa come nel caso precedente (figura 3).
4) quadruplo, cioè nel convettore arrivano due tubi, uno caldo e l'altro freddo, ed escono due tubi che vanno rispettivamente in caldaia e nel frigorifero. In questo modo non si ha perdita di energia nella miscelazione (figura 4).
Riassumendo: agli ambienti può arrivare acqua già pronta all'uso (fig. 1 e 2) oppure separata suscettibile di miscelazioni a seconda delle esigenze degli utenti (fig. 3 e 4). Questo risultato si può ottenere con maggiore o minore efficienza a seconda della quantità di tubi adoperati.
D) CONDIZIONAMENTO AUTONOMO
Il condizionamento autonomo si ottiene con apparecchi che contengono tutti gli elementi degli impianti grandi e centralizzati riuniti in una macchina di piccole dimensioni, che si sistema in posizione fissa (in una parete o in una finestra) con una apertura verso l'esterno del locale da condizionare, oppure anche mobile con un tubo che ha un'uscita verso l'esterno del locale.
La macchina è compatta e di facile gestione; ha però il difetto di richiedere una potenza elettrica relativamente non indifferente in quanto, in particolare per il riscaldamento invernale, adopera resistenze elettriche. Vediamone brevemente il funzionamento:
1) configurazione estiva: l'elemento principale è un impianto frigorifero di limitata potenza. L'aria esterna, prelevata attraverso una grata e un filtro, dalla camera di miscelazione, giunge al vaporizzatore percorso all'interno dal liquido frigorifero(3) a bassa temperatura: l'aria diminuisce di temperatura cedendo il suo calore al liquido. L'aria, mossa da un ventilatore, esce nell'ambiente, trascinando anche una parte dell'aria del locale, realizzando un ricircolo; quindi attraverso la grata rivolta verso l'interno c'è un doppio passaggio: aria fredda che esce e aria di ricircolo che entra. L'aria proveniente dall'esterno si mescola con l'aria di ricircolo e in parte esce, spinta da una seconda palettatura mossa dallo stesso motore, attraversando il condensatore percorso dal fluido frigorifero messo in pressione dal compressore; quindi attraverso la grata rivolta verso l'esterno c'è un doppio passaggio: aria atmosferica "fresca" che entra e aria miscelata con quella di ricircolo che esce. Tra il condensatore e il vaporizzatore si trova la valvola di espansione che produce, attraverso l'espansione del fluido frigorifero, la sua trasformazione in liquido a bassa temperatura.
L'aria fredda ovviamente ha un contenuto percentuale di umidità in eccesso rispetto alla temperatura raggiunta per cui in parte condensa e l'acqua così prodotta viene raccolta in una vaschetta, oppure espulsa direttamente all'esterno (spesso i condizionatori semplicemente "piangono" fuori).
2) configurazione invernale: il frigorifero è spento e si accende una resistenza elettrica posta nelle vicinanze del vaporizzatore. Il ventilatore con doppia palettatura richiama aria dall'esterno e la spinge, con la prima palettatura, verso l'interno attraverso la resistenza elettrica. Nello stesso tempo richiama aria dall'interno per effettuare il ricircolo. L'aria miscelata in parte viene spinta verso l'esterno dalla seconda palettatura.
N. B.
Invertendo il percorso del fluido frigorifero con una valvola, la macchina si trasforma in pompa di calore, cioè diventa adatta al riscaldamento invernale senza la resistenza elettrica.
(1) Il collegamento non può essere definito né in serie né in parallelo. In corrispondenza del convettore il tubo presenta due collegamenti a forma di T (fig. A); sulla gamba della prima T si trova una valvola che permette l'ingresso dell'acqua la quale percorre la serpentina dello scambiatore ed esce dalla seconda T, come mostra la figura seguente. Il moto dell'acqua è lento ed è dovuto in pratica alle sole piccole differenze di densità fra interno ed esterno del convettore e di quota fra tubo e convettore.
La potenza dell'impianto è da misurare sull'elemento meno favorito che è l'ultimo della successione.
(2) Nella figura B è illustrata la differenza rispetto al caso precedente: qui sono presenti due tubi separati, uno di mandata e l'altro di ritorno. La geometria è simile a quella degli impianti di riscaldamento a termosifone.
Anche qui la potenza dell'impianto è da misurare sull'elemento meno favorito che è l'ultimo della successione.
(3) Ovviamente fra il compressore e il vaporizzatore c'è la valvola di espansione che trasforma il gas frigorifero in pressione in liquido frigorifero.
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