VMC e deumidificazione per impianto radiante

Mentre l’installazione dell’impianto radiante di riscaldamento è per esigenze di risparmio energetico solitamente accompagnata da recuperatori statici, l’impianto radiante di raffrescamento non può prescindere dall’installazione di specifiche apparecchiature con funzioni di deumidificazione. Tali apparati possono svolgere diverse funzioni termodinamiche che devono però essere ben definite già in fase progettuale.

In tale ambito il mercato offre varie soluzioni tecnologiche, progettate per svolgere specifiche funzioni. Prima di scegliere quale soluzione adottare è quindi opportuno chiedersi quali sono i compiti che essa dovrà svolgere, nel caso specifico se prosciugare dall’umidità l’aria esterna di rinnovo da immettere in ambiente, oppure se assorbire anche il carico latente che si produce in ambiente, o infine se contribuire alla riduzione del carico sensibile in concomitanza con i pannelli dell’impianto radiante. La decisione presuppone la definizione delle condizioni di comfort invernali ed estive che sulla base delle disposizioni del D.P.R. 74 / 2013 vengono generalmente assunte come di seguito.

Funzionamento dell’impianto radiante in inverno

– Temperatura interna 20°C con tolleranza di + 2°C

– Umidità relativa compresa tra il 50% – 55%

Nel regime invernale, l’impianto radiante a pavimento, generalmente portato a funzionare a temperatura superficiale di 26°C – 27°C induce il fenomeno di irraggiamento tale da produrre in ambiente la temperatura di 22°C – 24°C uniformemente distribuita e quindi con buon grado di comfort compatibile con la fisiologia del corpo umano, che presenta temperatura decrescente dalla testa ai piedi.

Funzionamento dell’impianto radiante in estate

– Temperatura interna 26°C con tolleranza di – 2°C

– Umidità relativa compresa tra il 50 % – 60 %

Nel regime estivo, l’acqua di mandata ai pannelli radianti è prodotta da gruppi frigoriferi o qualche volta, direttamente prelevata dalla falda mediante l’interposizione di uno scambiatore. Bisogna precisare che i sistemi radianti sono caratterizzati da migliori valori della temperatura operante e quindi si possono ammettere in ambiente anche temperature fino a 27°C.

La temperatura di mandata dell’acqua alle spire dei pannelli, dipende dalla temperatura di rugiada dell’ambiente e cioè dal valore del contenuto di vapore Xi espresso in grammi di vapore per kg di aria secca. Ad esempio, per Xi = 13 g/kg e Ti = 26°C (Ur =) si ha una temperatura di rugiada Tr di 18°C, se invece abbassiamo Xi a 12 g/kg con Ti = 26°C (Uri = 58%) si ha Tr = 17°C. Il problema è calcolare il valore di carico latente QL presente in ambiente per effettuare il controllo in base ai valori sopra indicati.

Esempi relativi alle caratteristiche di un impianto radiante

Facciamo ora alcuni esempi per individuare le caratteristiche di un apparato standard secondo lo schema funzionale di figura 1. Si considera un appartamento climatizzato con impianto a pannelli radianti avente le seguenti caratteristiche:

– Superficie = 100 m2

– Altezza soffitto = 2,75 m

– Volume climatizzato = 275 m3

Si considera una portata di rinnovo pari a 100 m3/h (superiore ai 0,3 Vol / h prescritti dalla norma) proveniente dall’esterno (EXT):

– Text = 32°C ; URext = 48% ; Xext = 14,6 gv/kgas ; Hext = 16,6 kcal/kg;

Supponiamo in queste condizioni di avere un recuperatore di calore statico con efficienza pari al 50 %. Come si può vedere dai diagrammi psicrometrici (vedi galleria) e dalle tabelle seguenti le condizioni di uscita dal recuperatore statico sono individuate nel punto A:

– TA = 30°C ; URA = 55% ; XA = 14,6 gv/kgas ; HA = 16,1 kcal/kg

Le trasformazioni A-B-C di seguito rappresentate, dovranno essere effettuate dalla batteria di pre-raffreddamento alimentata ad acqua e dall’evaporatore del circuito interno a gas refrigerante. Per quanto sopra detto, la resa frigorifera della batteria di raffreddamento è strettamente vincolata alla temperatura di alimentazione dell’acqua secondo le seguenti formule relative allo scambio termico:

– K = coefficiente globale di scambio termico W/ m2 °C

– A = Superficie di scambio m2

– ΔTm = media logaritmica della differenza di temperatura tra due fluidi a seconda che siano equi-corrente o contro-corrente

Nel caso in cui i fluidi (acqua ed aria) siano contro-corrente, note le temperature di ingresso (Tp1 e Ts1) ed uscita (Tp2 e Ts2) dei due fluidi, il ΔTm si calcola come segue.

Più bassa sarà la temperatura dell’acqua e maggiore sarà la potenza frigorifera asportata dalla portata di aria. Un’altra importante variabile riguarda le condizioni igrotermiche dell’aria all’uscita all’evaporatore (punto B) e la potenza dissipata dal condensatore del ciclo a gas refrigerante con funzioni di post-riscaldamento della portata d’aria. È stato riscontrato che in alcuni casi gli apparati immettono nell’impianto radiante aria a temperatura superiore rispetto a quella ambientale, ovvero generando un ulteriore carico termico sensibile che l’impianto radiante dovrà dissipare. In questi casi deve essere di soccorso un’ulteriore batteria acqua/gas refrigerante con la funzione di condensatore e conseguentemente attenuare la funzione di post-riscaldamento, ovvero garantire una immissione in ambiente dell’aria a temperature compatibili. Tale batteria alimentata ad acqua può essere posizionata in serie o in parallelo (soluzione più efficace) rispetto alla batteria di pre-raffreddamento.

Si rappresentano le seguenti casistiche complete di diagramma psicrometrico di trattazione dell’aria e tabelle di individuazione punti e calcolo potenze frigorifere e termiche.

CASO 1 – Trattamento solo della portata d’aria di rinnovo senza abbattimento dei carichi termici latenti interni all’ambiente

CASO 2 – Trattamento solo della portata d’aria di rinnovo con abbattimento dei carichi termici latenti interni all’ambiente.

Si considerano i seguenti carichi latenti interni all’ambiente:

– n. 4 persone = 240 W

– vapori cucina e bagno = 110 W

– Totale Carico Latente = 350 W = 31,7 kcal / h

Secondo la seguente formula è possibile calcolare la differenza di umidità specifica (delta x) tra ambiente e aria immessa per garantire l’asportazione dei carichi latenti interni.

0,6 = calore di vaporizzazione dell’acqua [ kcal / g ]

m = portata massica aria [ kg / h ]

x = differenza di umidità specifica [ gv/kgas ]

CASO 3 – Trattamento della miscela tra aria di rinnovo esterna e ripresa ambiente senza abbattimento dei carichi termici latenti interni all’ambiente.

Un caso che si presente di frequente è che l’aria di rinnovo forma una miscela con la portata di aria ripresa in condizioni ambiente (Tamb, Xamb). Nel caso in oggetto si considera una portata di ripresa dall’ambiente pari a 200 m3/h. La miscela tra la portata di rinnovo (100 m3/h) e la portata di ripresa (200 m3/h) deve avvenire sulla bocca aspirante del ventilatore. Purtroppo in alcuni casi si riscontra che il punto di miscela avviene sulla bocca premente del ventilatore.

CASO 4 – Trattamento della miscela tra aria di rinnovo esterna e ripresa ambiente con abbattimento dei carichi termici latenti interni all’ambiente.

(Realizzato con il contributo di Antonio De Marco e Samuele Borgonovo, Deal Progetti Srl)