Progettazione di sistemi di condizionamento degli edifici: importanti sfumature e fasi di elaborazione del progetto

È difficile non essere d'accordo che il mantenimento di una temperatura confortevole negli ambienti e un buon ricambio d'aria siano la base di un microclima normale in un edificio di qualsiasi destinazione. Le moderne apparecchiature climatiche e le attrezzature per migliorare il funzionamento della ventilazione sono in grado di creare in pochi minuti un'atmosfera confortevole nella stanza – con la temperatura desiderata e una soglia di umidità accettabile.

Tuttavia, la semplice installazione di qualsiasi modello di condizionatore che ci piace non sempre può risolvere il problema della temperatura dell'aria eccessivamente alta, non è vero? Pertanto, una progettazione professionale e competente dei sistemi di condizionamento degli edifici è il primo passo prima dell'acquisto di tali apparecchiature. La scelta dell'attrezzatura ottimale e la sua installazione nel posto giusto permetteranno di raffreddare o riscaldare l'aria con il minimo consumo energetico e di tenere conto delle esigenze di tutti i presenti nell'ambiente.

In questo articolo esamineremo le fasi principali della creazione di un progetto per un sistema di condizionamento efficiente degli ambienti, analizzeremo i calcoli da effettuare in fase di pianificazione e scopriremo come realizzare un corretto schema di termoregolazione dell'aria.

Necessità del condizionamento degli ambienti

Il sistema di condizionamento, così come quello di ventilazione, gioca un ruolo enorme nel mantenimento di un'atmosfera confortevole per la vita e il lavoro delle persone. L'aria troppo calda influisce gravemente sul benessere e sulla produttività umana, quindi è opportuno preoccuparsi del microclima dell'ambiente e della direzione del movimento delle masse d'aria già in fase di costruzione o ristrutturazione dell'edificio.

Oltre all'influenza sulle persone, la temperatura e l'umidità influiscono anche sul funzionamento delle apparecchiature negli uffici o nei reparti produttivi. Valori elevati di temperatura aumentano il carico sulle macchine, il che può causare la rottura di determinati componenti.

A soffrire delle alte temperature non sono solo i motori delle macchine. Le apparecchiature moderne, dotate di elettronica complessa, sono piuttosto sensibili alla temperatura.

Il mantenimento della temperatura necessaria può diventare anche un fondamento della sicurezza. La conservazione di alcuni materiali in ambienti con aria eccessivamente riscaldata è semplicemente inammissibile. Per ridurre la probabilità di incendio, il sistema di raffreddamento dell'aria deve funzionare correttamente e compensare completamente gli eccessi di calore provenienti dall'interno e dall'esterno.

Perché è necessario redigere un progetto?

Il rispetto delle normative necessarie e il calcolo preciso del carico sul sistema di climatizzazione evitano agli utenti una serie di problemi. Durante la creazione del progetto si tiene conto di un'enorme quantità di fattori che possono influenzare l'efficienza operativa delle apparecchiature. Senza considerare questi aspetti, il funzionamento dei componenti del sistema di climatizzazione potrebbe avere un'efficienza inaccettabilmente bassa.

Un approccio competente alla creazione del progetto consente di realizzare le attività chiave, tra cui:

• il mantenimento della temperatura e dell'umidità ottimali nell'edificio;
• la scelta dell'apparecchiatura climatica e di ventilazione più adatta;
• la possibilità di regolazione multizonale della temperatura;
• un funzionamento delicato delle apparecchiature, che ne favorisce la resistenza all'usura;
• l'organizzazione della corretta direzione dei flussi d'aria;
• il consumo energetico estremamente basso per raggiungere le temperature impostate, ecc.

Durante la progettazione si tengono inoltre in considerazione gli aspetti estetici dell'installazione del condizionatore. Il sistema di raffreddamento dell'aria può essere integrato perfettamente nell'arredamento, se ci si avvicina alla sua integrazione nell'ambiente con competenza ed esperienza.

Un condizionatore esteticamente integrato può rimanere praticamente invisibile agli ospiti e non influenzare affatto l'idea generale del design d'interni.

La fase di pianificazione del sistema di climatizzazione non può essere saltata, poiché solo un piano chiaro permette di sviluppare un concetto efficace di raffreddamento per qualsiasi ambiente o intero edificio, preparare i disegni necessari e compiti specifici per le squadre di installazione, gli elettricisti e altri specialisti.

Tipi di sistemi di condizionamento

I calcoli e le caratteristiche specifiche dell'ambiente influenzano la scelta del sistema di climatizzazione. In ciascuno di essi vengono utilizzati determinati modelli di condizionatori, che possono essere suddivisi in tre ampie categorie: domestici, industriali, commerciali.

I sistemi stessi si suddividono nei seguenti tipi:

• complessi multizona;
• sistemi split e multisplit;
• raffreddamento centralizzato;
• climatizzazione di precisione;
• sistemi chiller-fancoil;
• sistemi con condizionatori a canale o da tetto, ecc.

Per uso domestico, vengono scelti più spesso i sistemi multizonali, i sistemi split e i sistemi multisplit. La differenza principale di questi complessi è il numero delle unità interne dell'apparecchiatura.

Sistema split implica la presenza di un'unità interna di raffreddamento, multisplit – cinque, mentre un complesso multizona integra da 10 a 15 unità che funzionano grazie a un'unità esterna estremamente potente.

Il sistema di condizionamento multizona è uno dei modi più efficaci per raffreddare l'aria in ambienti di diverso tipo grazie al funzionamento indipendente delle unità interne e alla potenza dell'unità esterna.

La pianificazione di un sistema di condizionamento efficiente si basa sul calcolo del bilancio termico e aerulico, prendendo in considerazione tutti i fattori chiave che influenzano il microclima all'interno dell'edificio.

La progettazione è soggetta anche a documenti normativi e tiene conto dei requisiti sanitari, architettonici, antincendio e di altro tipo.

Calcoli per la stesura del piano del sistema

Per selezionare la potenza ottimale dell'unità esterna operativa e calcolare il numero di unità interne, si tiene conto del carico termico interno ed esterno sull'edificio.

I carichi termici interni hanno sempre valore positivo e rappresentano la dissipazione di calore delle persone che vivono in casa, la produzione di energia termica da elettrodomestici e fonti di illuminazione. Negli ambienti commerciali o per uffici, a tale carico sul sistema di condizionamento si aggiunge il calore proveniente da apparecchiature ad alto consumo energetico; negli edifici produttivi, la cessione di calore da liquidi caldi, attrezzature, nonché il calore rilasciato durante le reazioni chimiche.

I carichi termici esterni possono avere caratteristiche negative o positive. Pertanto, il carico esterno rappresenta guadagni o perdite di calore.

I conduttori di perdite e guadagni di calore sono mostrati visivamente nello schema sopra. Le frecce rosse indicano i flussi di perdita di calore, le frecce blu l'ingresso di freddo nell'edificio.

Le fonti di tale carico termico sono:

• la luce solare che penetra attraverso i vetri doppi;
• calore o freddo, i cui conduttori sono pareti, infissi, pavimento, tetto e soffitto;
• perdite e guadagni di calore dalla ventilazione forzata.

Gli indicatori quantitativi dello stesso tipo di carico termico esterno possono variare da carichi positivi a negativi durante il giorno, ad esempio con una grande ampiezza di variazione della temperatura dell'aria diurna e notturna, e da stagione a stagione. Ad esempio, in estate la differenza di temperatura tra esterno e interno è trascurabile, quindi il calore penetra più facilmente nell'edificio. In inverno avviene il processo inverso, in cui il calore lascia l'edificio più velocemente.

Il calcolo del bilancio termico-aerulico consente di selezionare l'attrezzatura necessaria e pianificare la posizione adatta per l'installazione del condizionatore.

I moderni condizionatori d'aria sono in grado, se necessario, di riscaldare sensibilmente l'aria. Pertanto, durante la progettazione del sistema di climatizzazione, è importante considerare anche le principali aree in cui si osservano elevate perdite di calore.

Nei calcoli vengono obbligatoriamente considerati i fattori chiave che influenzano l'apporto e la dispersione termica:

• le caratteristiche climatiche della zona;
• i materiali con cui è costruito l'edificio;
• lo spessore delle pareti e la presenza di isolamento;
• il numero di camere nel vetrocamera e l'efficienza energetica complessiva della struttura finestrata;
• l'orientamento dell'edificio rispetto ai punti cardinali;
• la presenza di apparecchiature e macchinari che producono calore durante il funzionamento;
• il numero di persone che abitano o soggiornano regolarmente nell'ambiente;
• il numero di stanze nell'appartamento o nella casa, ecc.

Sulla base di ciò, è facile intuire che solo un professionista esperto può affrontare in modo estremamente preciso e competente la progettazione del futuro sistema di climatizzazione, poiché nel processo di preparazione del progetto è necessario prevedere un numero troppo elevato di aspetti specifici.

Fasi della progettazione

La redazione del piano dei lavori necessari avviene in due fasi consecutive, che includono la preparazione di tutti i calcoli necessari, del preventivo, delle specifiche tecniche per i professionisti dei settori correlati e la selezione della gamma di modelli di apparecchiature adatti.

Fase #1 — preparazione dei calcoli e dei compiti

La preparazione consiste nell'esame dell'edificio, della sua ubicazione, delle caratteristiche costruttive e di altri fattori.

I professionisti redigono un'analisi tecnico-economica, sulla base della quale viene approssimativamente selezionato il tipo di sistema di climatizzazione. Quest'ultimo viene descritto in forma semplificata.

Nello schema semplificato sono indicati i componenti fondamentali del sistema di climatizzazione, i moduli di distribuzione del refrigerante e i principali moduli di controllo delle apparecchiature climatiche.

Il professionista propone apparecchiature potenzialmente efficienti, che soddisfano le esigenze dell'ambiente in termini di caratteristiche fondamentali:

• la potenza;
• di capacità di raffreddamento, riscaldamento e portata d'aria.

In seguito, viene stilato il preventivo dei lavori futuri. Se il progetto basato sullo studio di fattibilità soddisfa il proprietario dell'edificio o dell'appartamento, la fase preparatoria passa alla fase esecutiva.

Fase #2 — selezione dell'attrezzatura adeguata

In questa fase, la progettazione si basa su calcoli precisi che considerano il carico termico interno ed esterno e le proprietà termotecniche dell'edificio. I calcoli vengono eseguiti individualmente per ogni locale, dopodiché si conoscono esattamente gli eccessi di calore in ciascuna zona. Sulla base di questi dati, si seleziona l'attrezzatura necessaria per compensare i carichi termici.

Dopo la selezione delle apparecchiature, si inizia a progettare le posizioni di installazione dei condizionatori, si fornisce lo schema di distribuzione dei condotti d'aria e si prepara il piano dei lavori tecnici per la squadra di montaggio e gli elettricisti.

Tutti i materiali preparati vengono consegnati al cliente e al fornitore dell'attrezzatura climatica. Dopo l'installazione, è consigliabile eseguire le operazioni di messa in servizio, che aiuteranno a regolare il funzionamento dell'attrezzatura.

Quali sono i rischi della progettazione fai-da-te?

Senza l'esperienza e le conoscenze adeguate, è piuttosto difficile redigere personalmente un progetto di un sistema di climatizzazione.

Se non si tiene conto di almeno un fattore, ad esempio l'orientamento dell'appartamento verso nord o la presenza di vetri termici con bassa efficienza di conservazione del calore, l'intero sistema di climatizzazione funzionerà in modo inefficace.

Gli indicatori di risparmio energetico degli infissi in metallo-plastica dipendono da molti fattori: numero di camere, presenza di rivestimenti speciali, ecc. Pertanto, è piuttosto difficile calcolare in modo autonomo le perdite e gli apporti di calore.

Inoltre, l'attrezzatura climatica può essere sottoposta a carichi più elevati, poiché durante il processo di climatizzazione l'apparecchiatura dovrà compensare costantemente gli apporti termici non considerati dal progettista.

In generale, qualsiasi difetto nel progetto redatto può portare a seri problemi:

• funzionamento ingiustificato del condizionatore in un locale mentre la maggior parte dei familiari si trova in altre stanze;
• al consumo eccessivo di energia elettrica, che viene spesa per sopprimere il calore non contabilizzato proveniente da illuminazione o apparecchiature;
• impossibilità di regolazione zonale della temperatura;
• acquisto di attrezzatura troppo potente o poco performante;
• a un'usura rapida o alla rottura dei componenti del sistema split a causa di un carico eccessivo, ecc.

Pertanto, la redazione di uno schema di climatizzazione, anche per una piccola abitazione o un ufficio, dovrebbe essere affidata a dei professionisti.

Il risparmio sui costi di progettazione può tradursi in spese ingiustificate durante l'uso dell'attrezzatura.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Cinque tipi di sistemi di climatizzazione più comuni, le loro caratteristiche, differenze e possibilità sono descritti in dettaglio dal relatore nel video seguente:

Il funzionamento di base dei sistemi di climatizzazione e i consigli per scegliere il tipo adatto sono forniti da un ingegnere specializzato in ventilazione e climatizzazione:

Un approccio professionale alla climatizzazione degli edifici consente di garantire la temperatura, la purezza, l'umidità e la circolazione dell'aria necessarie, da cui dipendono il benessere e la produttività delle persone, il funzionamento di apparecchiature complesse, la conservazione dei mobili o di determinati materiali.

Il processo di progettazione è piuttosto complesso e laborioso, pertanto è necessario affrontarlo con estrema responsabilità. Per questo motivo, non bisogna occuparsi della pianificazione in autonomia, ma scegliere in anticipo un team di professionisti che abbiano esperienza, una reputazione positiva e l'autorizzazione per eseguire tali calcoli.

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