Le UTA del Politecnico

Si voglia inizialmente descrivere brevemente le varie sezioni di un’unità di tratta-mento aria tipica, presente a servizio delle aule della sede centrale di Corso Duca e si procede con lo studio della figura proposta3.1, macchinario che asserve una delle quattro aule della ex-centrale termica del Politecnico. Questa è solamente portata come esempio: infatti ogni aula ha associata un’unità di trattamento aria propria (solo alcune hanno degli impianti multizona) simili, ma non identiche. Infine questa

Figura 3.1: Schema funzionale di una UTA del Politecnico

UTA è di recente costruzione (rispetto ad altre della sede centrale) e presenta tutte le sezioni di cui si è ampiamente discusso alla parte precedente. Nello specifico (seguendo il percorso dell’aria trattata):

• Viene rappresentata graficamente la presa di aria esterna con conseguente pa-rapioggia. È indicata la portata nominale di aria che in condizioni ideali la attraverserebbe e viene riportato il fatto che in quel punto è presente una griglia medio fine che dà inizio ad un filtraggio molto grossolano di elementi esterni. Questa macchina è posizionata all’interno di un locale tecnico sul tet-to dell’edificio e la presa d’aria esterna è facilmente raggiungibile da roditet-tori e volatili. Ci si rifà alla figura 3.2. Si può chiaramente vedere come le griglie di mandata ed espulsione sono poste lontane tra di loro onde evitare il corto circuito di aria in uscita. Tale configurazione è una premessa degli studi che seguono e dei protocolli che precedono, in quanto si prevede sempre (come già più volte ripetuto) che l’aria esterna sia priva di carica virale attiva. Ciò perderebbe di validità qualora parte della portata in uscita dovesse malaugu-ratamente rientrare dalla mandata (si verrebbe a creare una sorta di ricircolo naturale). Allo stesso modo all’interno degli ambienti

• La prima sezione è un filtro pieghettato che dà un primo approccio al filtrag-gio. Questo è molto grossolano e trattiene solo le particelle di polvere o gli inquinanti esterni più grandi che potrebbero portare problemi alla sezione di recupero del calore. Questo è rappresentato in maniera molto esplicativa con una spezzata a zig-zag

• Una delle parti più importanti, ed uno dei motivi per cui è stato scelto que-sto tra i numerosi macchinari dell’università, è la presenza della sezione di recupero del calore per mezzo di scambiatore rotativo entalpico. Questo viene rappresentato in maniera molto chiara con un disegno della ruota stessa che abbraccia sia la parte alta di mandata, che quella bassa di ritorno. È neces-saria la presenza di piccoli pre-filtri come già spiegato al punto precedente.

L’importanza di questa sezione può essere letta nella prima parte ai capitoli 2.3.3 e 2.4.3. Con riferimento specifico alla seconda possiamo notare come l’arrangement seguito sia il numero 1 in quanto l’aria attraversa il recuperato-re prima di esserecuperato-re accelerata da un ventilatorecuperato-re sia in mandata che in ritorno.

Segue che va effettuato uno studio sulle infiltrazioni e sulle pressioni a valle e monte, oppure lo scambiatore va fermato

• Segue un’altra importante sezione discussa più volte ai precedenti capitoli (2.3.1 e 2.4.3) ovvero quella adibita al recupero energetico per mezzo di ri-circolo di aria interna. Anche questa abbraccia mandata e ritorno ed è rap-presentata in altezza pari alla macchina intera. Le serrande vengono indicate tramite i loro nomi (Se per quella di mandata aria esterna, Su per la serranda di uscita aria all’esterno e Sr per il ricircolo). Questi tre elementi sono col-legati tra di loro di modo tale da garantire sempre l’apporto di aria trattata necessaria all’ambiente. Nello specifico Se ed Su si aprono e chiudono in ma-niera congiunta ed opposta ad Sr. Questo garantisce molte configurazioni dove agli estremi si ha il funzionamento in sola aria esterna (le prime due aperte al massimo e il ricircolo escluso), oppure il funzionamento a tutto ricircolo (è necessario garantire sempre un apporto di aria esterna per cui Se ed Su non verranno mai chiuse completamente, ma possono essere ruotate per lasciare trafilare meno portata). In figura 3.3 si può vedere la parte bassa della ruota entalpica (quindi la parte attraversata dalla portata in arrivo dall’ambiente) e la serranda di ricircolo in chiusura. La quota parte di aria che viene riportata in mandata non attraversa lo scambiatore

• Procedendo lungo la parte alta segue la sezione di filtraggio vera e propria. I filtri sono di tipologia "a tasche" dove la sezione di passaggio dell’aria viene ridotta per aumentare l’effetto filtrante. Questi sistemi non sono in grado di rimuovere efficacemente la concentrazione di virus nel flusso d’aria e dunque non può essere fatto affidamento solo a questi per la limitazione del contagio.

Come già indicato, non sono filtri assoluti (HEPA) e dunque, contribuiscono

solo in maniera limitata alla riduzione del rischio. Il loro effetto potrà esse-re pesse-reso in considerazione secondo l’utilizzo del parametro di ricambi d’aria esterna equivalente al prossimo capitolo. I fenomeni che descrivono il processo di filtrazione sono spiegati in 2.4.4.

• Le successive due zone attraversate dal flusso sono le batterie termiche che operano attivamente il trattamento di riscaldamento o raffrescamento. Sono collegate all’impianto ad acqua e alla centrale termica che si occupa di portare il fluido alle temperature adatte per il funzionamento corretto della macchina e per l’abbattimento del carico termico in ambiente. Viene inserito anche un ter-mostato antigelo per evitare eventuali inceppi per formazione di ghiaccio. Alla sezione della batteria fredda, seppur non rappresentata in figura, è associata certamente una bacinella di raccolta della condensa: infatti nel processo di condizionamento dell’aria in raffreddamento questa raggiunge l’umidità relati-va del 100% ed è inevitabile la formazione di goccioline d’acqua sulle tubature.

Queste piovono verso il basso e vengono raccolte ed espulse

• A seguire si trova il separatore di gocce. Sempre per le motivazioni spiegate al punto precedente è inevitabile la formazione di goccioline d’acqua in raf-frescamento ed è plausibile che a determinate velocità avvenga il trasporto di parte di queste nel flusso d’aria. Il separatore di gocce evita l’introduzione in ambiente di fastidiose droplets che andrebbero a modificare sostanzialmen-te l’umidità e la sostanzialmen-temperatura raggiunsostanzialmen-te con il condizionamento. Il fenomeno della separazione è molto simile a quello dell’impatto spiegato in 2.4.4: l’aria è sottoposta a brusche variazioni di percorso che le goccioline d’acqua in so-spensione non possono seguire per via della loro inerzia maggiore. L’efficacia aumenta in funzione della velocità di attraversamento della sezione

• L’aria è dunque accelerata e le perdite di carico della mandata sono vinte da un ventilatore che si preoccupa di spingere in ambiente il flusso. Al motore è collegato un inverter che permette la gestione comoda dei giri al minuto.

È controllato tramite sistemi di telecontrollo che verranno discussi in seguito.

Sono presenti anche due sonde: un controllo di temperatura e pressione (Tm

e Pm stanno appunto per temperatura e pressione di mandata). Viene dun-que valutata l’efficacia del condizionamento e del ventilatore per scongiurare eventuali malfunzionamenti all’impianto

• Prima di entrare nelle condotte che porteranno l’aria trattata fino in ambiente è posizionato un silenziatore a setti. Questi sono pannelli di materiale fonoas-sorbente in grado di ridurre il rumore generato dall’impianto di climatizzazione che può essere canalizzato e trasmesso fino alla stanza. La principale fonte di rumore è sicuramente il ventilatore, ma anche il recuperatore entalpico ed even-tuali infiltrazioni, nonché il passaggio dell’acqua e dell’aria possono contribuire ad un livello di decibel troppo elevato

• Dopo essere entrato in ambiente, il flusso è ripreso e riportato nell’UTA. Ven-gono indicate portate di mandata e ripresa in metri cubi orari e la prima sezione che viene attraversata è nuovamente il silenziatore a setti. Nella stessa camera sono presenti alcuni sensori: le sonde di pressione (Pr sta per pressio-ne di ripresa), di CO2, di temperatura e di umidità (T H). La prima valuta le perdite di carico in ambiente ed è un’informazione utile per l’impostazione dei ventilatori. La seconda concerne invece la qualità dell’aria nella stanza come conseguenza dell’occupazione (e dunque della quantità di anidride car-bonica emessa dalle persone) e dell’entità della portata di aria esterna (pulita) immessa in ambiente. Viene regolata sulle parti per milione ed è stata inseri-ta nell’ambito dell’emergenza della pandemia negli ultimi documenti tratinseri-tati in 2.5.1 e 2.5.2. Infine l’ultima valuta le condizioni climatiche nell’ambiente e modifica coerentemente l’apporto di potenza termica e recupero entalpico.

Un filtro piano evita l’introduzione nello scambiatore di oggetti e particolati estranei allo stesso modo che in precedenza

• Dopo aver attraversato ricircolo e recupero energetico l’aria è espulsa per messo di una griglia grazie all’operato di un secondo ventilatore. La presenza di due apparecchi è vista necessaria in seguito alle perdite di carico lungo il percorso nonché alla necessità del controllo stretto delle pressioni attraverso il macchinario (infiltrazioni)

Figura 3.2: Posizione e tipologia della griglie di presa ed espulsione esterne

Figura 3.3: Parte bassa della ruota entalpica e serranda di ricircolo in chiusura

Si riporta ora anche un secondo esempio in figura3.4con qualche piccola differenza che può aiutare a capire la diversità e l’eterogeneità delle macchine presenti in un contesto così ampio e complesso come quello di uno dei più grandi atenei italiani.

Si evidenziano dunque le seguenti differenze con la precedente:

• Il flusso è incrociato: è dunque un po’ più complesso seguire il moto dell’aria che entra dalla presa di aria esterna posta in alto a sinistra e viene mandata in ambiente all’estrema destra. Conseguentemente la ripresa dall’ambiente è posta a sinistra e l’espulsione è rappresentata in alto a destra

• La complessità di questo secondo modo di disegnare lo schema funzionale è a seguito della presenza di un recuperatore di calore statico, disegnato come un rombo al centro della macchina dove i due flussi (mandata e ritorno) si intersecano. Questa tipologia di scambiatore è più efficiente dal punto di vista della pandemia in quanto le due portate sono rigorosamente indipendenti e non vi sono rischi di contaminazione (a meno di evidenti danni strutturali).

Il flusso termico nasce dunque per contatto (convezione forzata per mezzo di lamine di metallo). In ogni caso molte macchine sono dotate di apposita serranda di bypass. Questa, seppur non rappresentata in figura, prevede che il recuperatore possa essere escluso e il condizionamento avvenga solamente nelle batterie termiche.

Figura 3.4: Schema funzionale di una UTA del Politecnico

• È inoltre presente la serranda di ricircolo, rappresentata immediatamente sotto il recuperatore. Questa evita che la parte di aria "ricircolata" attraversi il recuperatore e venga espulsa, ma invece fa sì che "continui" il percorso diritto nella macchina e riprenda la strada del condizionamento verso le batterie calda e fredda e la sezione di filtraggio

• Si può notare infine nella parte bassa della batteria fredda il classico simbolo del raccoglitore di condensa che mancava nell’altra rappresentazione (era però sempre presente fisicamente)

• Sono presenti anche tutte le altre sezioni già descritte (silenziatori a setti, separatore di gocce, filtro a tasche, ecc. . . )

Figura 3.5: Recuperatore di calore a flusso incrociato