Il dimensionamento delle canalizzazioni che convogliano l’aria è stato affrontato nel numero 62 di Idraulica. Successivamente analizzeremo come applicare questi criteri alle due principali tipologie di distribuzione negli impianti VMC.
IL DIMENSIONAMENTO DEI SISTEMI DI DISTRIBUZIONE A PLENUM
In questa tipologia di distribuzione, l'immissione e la ripresa dell’aria sono realizzate tramite delle cassette di distribuzione (plenum) alle quali sono collegate le canalizzazioni che servono le bocchette di mandata e di ripresa, secondo la schematizzazione rappresentata in Fig. 26.
Il dimensionamento di questa tipologia di distribuzione si effettua secondo i seguenti passaggi principali:
1. Portata d'aria bocchetta
Calcolare la portata d'aria di ciascuna bocchetta ambiente (di immissione o estrazione).
2. Numero e lunghezze canalizzazioni
Calcolare il numero e le lunghezze delle canalizzazioni secondarie che collegano le bocchette ai plenum di distribuzione.
3. Portata d'aria e lunghezze canalizzazioni primarie
Si individuano le portate d'aria e le lunghezze delle canalizzazioni primarie di immissione e ripresa, ovvero quelle che collegano l'unità di ventilazione ai plenum e all'ambiente esterno.
4. Dimensionamento canalizzazioni
Tramite l'utilizzo di diagrammi specifici (Idraulica n. 62, pag. 30–31) si dimensionano e si calcolano le perdite di carico delle canalizzazioni primarie e secondarie. Per queste ultime va tenuto conto che nel medesimo impianto VMC viene solitamente mantenuto un unico diametro per semplicità di realizzazione. Perciò, in caso di portate elevate, è possibile suddividerle su più tubazioni in parallelo.
5. Calcolo perdite di carico rete di immissione
Si calcolano le perdite di carico complessive (distribuite e concentrate*) della rete di immissione sommando i seguenti tratti:
- canalizzazioni primarie di immissione;
- tratto di canalizzazione secondaria di immissione con la maggiore perdita di carico.
6. Calcolo perdite di carico rete di estrazione
Si calcolano le perdite di carico complessive (distribuite e concentrate*) della rete di estrazione sommando i seguenti tratti:
- canalizzazioni primarie di estrazione;
- tratto di canalizzazione secondaria di estrazione con la maggiore perdita di carico.
7. Verifica perdita di carico e prevalenza
Si verifica che la perdita di carico complessiva sia inferiore alla prevalenza disponibile dei ventilatori della macchina di ventilazione, mantenendo un margine di sicurezza che consideri l'inevitabile sporcamento dei filtri durante il normale utilizzo. A questo scopo, è possibile tenere in considerazione che la prevalenza disponibile dalle unità di ventilazione è generalmente di almeno 150–200 Pa. In alternativa, è possibile effettuare una verifica accurata delle prestazioni effettive della macchina scelta.
8. Nuovo dimensionamento
Nel caso le perdite di carico risultino eccessive si procede ad un nuovo dimensionamento con canalizzazioni di diametro maggiore.
*Il calcolo delle perdite concentrate può essere effettuato analiticamente oppure, per questa tipologia di impianti, può essere approssimato secondo la seguente formula:
ΔPC = 0,7 · ΔPD
Esempio
Si dimensioni una distribuzione a plenum per l’abitazione rappresentata in Fig. 27 (la medesima considerata per il calcolo delle portate di immissione ed estrazione riportate nell'articolo "Il dimensionamento degli impianti di ventilazione meccanica controllata"). Per questa abitazione si è stabilito di posizionare la macchina di ventilazione nel disimpegno e di alimentare le bocchette ambiente tramite una distribuzione a controsoffitto. In Fig. 27 sono riassunte in tabella le portate e le lunghezze delle canalizzazioni secondarie tra le bocchette e il plenum per ogni ambiente servito.
La Tabella 6 riassume il dimensionamento dei singoli tratti della distribuzione. Per semplicità di installazione si è mantenuto un diametro costante delle canalizzazioni secondarie pari a Øe 90 mm aumentando il numero di canali dove necessario. In questo caso, le perdite di carico delle canalizzazioni secondarie di immissione ed estrazione più sfavorite risultano essere rispettivamente quelle delle studio (60 Pa) e quella del bagno 1 (90 Pa). A queste vanno sommate le perdite di carico dei tratti principali di immissione ed espulsione (9 Pa), calcolati per la portata totale di rinnovo di 185 m3/h. Possiamo quindi concludere che il dimensionamento è corretto in quanto le perdite di carico complessive delle reti di immissione (60 Pa + 9 Pa) ed estrazione (90 Pa + 9 Pa) consentono un ampio margine di sicurezza dal confronto con le prevalenze disponibili delle macchine di ventilazione (150–200 Pa).
IL DIMENSIONAMENTO DEI SISTEMI DI DISTRIBUZIONE RAMIFICATI
In questa tipologia di distribuzione, l'immissione e la ripresa dell’aria sono effettuate derivando i rami secondari che alimentano le bocchette ambiente dai tratti principali, come schematicamente rappresentato in Fig. 28.
Il dimensionamento di questa tipologia di distribuzione si effettua secondo i seguenti passaggi principali:
1. Portata d'aria bocchetta
Calcolare la portata d'aria di ciascuna bocchetta ambiente (di immissione o estrazione).
2. Lunghezze canalizzazioni
Calcolare le lunghezze delle canalizzazioni secondarie che collegano le bocchette ai tratti principali di distribuzione.
3. Portata d'aria e lunghezze canalizzazioni primarie
Si individuano le portate d'aria e le lunghezze delle canalizzazioni dei tratti principali di immissione e ripresa. Partendo dall'ultima bocchetta ambiente servita, per ciascun tratto principale la portata viene calcolata sommando progressivamente le portate dei singoli rami secondari collegati.
4. Dimensionamento canalizzazioni
Tramite l'utilizzo di diagrammi specifici (Idraulica n. 62, pagg. 30–31) si dimensionano e si calcolano le perdite di carico di tutti i tratti principali, compresi quelli di collegamento all'ambiente esterno, e dei rami secondari.
5. Calcolo perdite di carico rete di immissione
Si calcolano le perdite di carico complessive (distribuite e concentrate*) della rete di immissione individuando il percorso più sfavorito contraddistinto dalla maggior caduta di pressione (in genere quello della bocchetta di immissione più lontana).
6. Calcolo perdite di carico rete di estrazione
Si calcolano le perdite di carico complessive (distribuite e concentrate*) della rete di estrazione individuando il percorso più sfavorito contraddistinto dalla maggior caduta di pressione (in genere quello della bocchetta di estrazione più lontana).
7. Verifica perdita di carico e prevalenza
Si verifica che la perdita di carico complessiva sia inferiore alla prevalenza disponibile dei ventilatori della macchina di ventilazione, mantenendo un margine di sicurezza che consideri l'inevitabile sporcamento dei filtri durante il normale utilizzo. A questo scopo, è possibile tenere in considerazione che la prevalenza disponibile dalle unità di ventilazione è generalmente di almeno 150–200 Pa. In alternativa, è possibile effettuare una verifica accurata delle prestazioni effettive della macchina scelta.
8. Nuovo dimensionamento
Nel caso le perdite di carico risultino eccessive si procede ad un nuovo dimensionamento con canalizzazioni di diametro maggiore.
*Il calcolo delle perdite concentrate può essere effettuato analiticamente oppure, per questa tipologia di impianti, può essere approssimato secondo la seguente formula:
ΔPC = 0,7 · ΔPD
Esempio
Si dimensioni una rete di distribuzione ramificata per l'abitazione rappresentata in Fig. 29 (la medesima considerata per il calcolo delle portate di immissione ed estrazione riportate nell'articolo "Il dimensionamento degli impianti di ventilazione meccanica controllata").
Per questa abitazione si è stabilito di posizionare la macchina di ventilazione nel disimpegno e di alimentare le bocchette ambiente tramite una distribuzione ramificata a controsoffitto. In Fig. 29 sono riassunte le portate e le lunghezze della distribuzione ramificata.
La Tabella 7 riassume il dimensionamento dei singoli tratti della distribuzione. Come è possibile vedere dalla tabella di calcolo la perdita di carico della rete di immissione, calcolata sul ramo più sfavorito risulta pari a 99 Pa. Il tratto a maggior perdita di carico della rete di estrazione presenta una perdita di carico pari a 68 Pa. Possiamo quindi concludere che il dimensionamento è corretto in quanto la perdita di carico complessiva più alta (rete di immissione) risulta essere di 99 Pa; valore che confrontato con le prevalenze disponibili delle macchine di ventilazione (150-200 Pa) consente un ampio margine di sicurezza.
IL DIMENSIONAMENTO DELLE BOCCHETTE DI EMISSIONE E RIPRESA
Le bocchette di immissione e ripresa vanno calcolate in base alla portata che deve transitare in uscita o in immissione. A tal proposito i produttori forniscono specifici grafici che riportano le perdite di carico al variare della portata (Fig. 30).
In genere è possibile un dimensionamento che consente di limitare le perdite di carico entro valori che non superano i 10–15 Pa.
Un aspetto importante da considerare nel dimensionamento e nella scelta delle bocchette è la presenza di elementi filtranti. Infatti, tale accessorio è indispensabile per le bocchette di ripresa, in quanto protegge la rete di estrazione e il recuperatore di calore da polvere e impurità.
Per questo motivo le perdite di carico associate alle bocchette di ripresa sono generalmente più elevate. Può quindi essere utile, laddove sia possibile o necessario, suddividere la portata di estrazione su più bocchette.
LA VERIFICA E IL BILANCIAMENTO DEL SISTEMA
Una volta effettuato il dimensionamento di tutti i componenti è necessario prevedere opportuni sistemi di bilanciamento. Questi dispositivi risultano necessari per poter regolare le portate d'aria alle singole bocchette. Quelle più sfavorite, in assenza di bilanciamento, lavorerebbero infatti con portate minore di quelle previste. Questa situazione può essere più o meno marcata a seconda della tipologia e delle lunghezze delle canalizzazioni della rete di distribuzione (Fig. 31). In genere, le reti di distribuzione a plenum soffrono in misura minore di problematiche di bilanciamento rispetto a quelle ramificate.
Sono da evitare operazioni di aumento generale della portata totale d'aria di rinnovo per far fronte a problematiche di bilanciamento, in quanto comporterebbero un peggioramento dell'efficienza della macchina, oltre che possibili funzionamenti rumorosi.
Un ulteriore aspetto legato al bilanciamento corrisponde ad eventuali differenze di portata tra il flusso d'aria di immissione rispetto a quello di ripresa. Ad esempio (Fig. 32), nel caso in cui il flusso di estrazione sia maggiore rispetto a quello di immissione, si possono originare infiltrazioni d'aria che comportano perdite energetiche e, nei mesi più freddi, possibili correnti d'aria fredda a discapito del comfort percepito.
Per far sì che l’impianto di ventilazione sia equilibrato si può ricorrere a dispositivi di bilanciamento, che hanno lo scopo di introdurre nella rete di distribuzione opportune perdite di carico sui rami più favoriti, in modo da diminuirne la portata agevolando il flusso verso i terminali aeraulicamente più svantaggiati.
A questo proposito si può ricorrere a diversi dispositivi anche se ogni sistema di bilanciamento va comunque tarato e calibrato in campo una volta terminata l’installazione.
Serrande di regolazione. Sono organi formati da una o più pale che possono essere opportunamente ruotate in senso ortogonale al flusso. La rotazione delle pale modifica la sezione libera di passaggio del flusso d'aria, variando, di conseguenza, le perdite di carico necessarie per il loro attraversamento. Le serrande di regolazione presentano il vantaggio di essere tarabili in modo continuo e preciso. Inoltre la loro taratura è modificabile nel tempo. Sono tipicamente impiegate nelle distribuzioni di tipo ramificato.
Dispositivi di taratura ad anelli. Sono dispositivi che consentono di essere configurati rimuovendo uno o più anelli concentrici, diminuendone di conseguenza le perdite di carico secondo necessità. Sono di facile utilizzo ed efficaci allo stesso tempo, che, in virtù anche della loro economicità, trovano impiego specialmente negli impianti di tipo residenziale.