Generalità sugli Impianti di Climatizzazione

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Tecnica del Controllo Ambientale S.S.D. ING-IND/11

Generalità sugli

Impianti di Climatizzazione

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prof. Fabrizio Ascione P.A. 2/64

Università degli studi di Napoli Federico II 2/24

Laurea Magistrale in Architettura 5UE - Tecnica del Controllo Ambientale Laboratorio di Sintesi Finale in progettazione architettonica

Obiettivo di un IMPIANTO DI CLIMATIZZAZIONE destinato ad impieghi civili è quello di realizzare e mantenere in ambienti confinati un microclima tale da garantire alle persone che li occupano condizioni di benessere.

Si parla di impianti industriali quando la finalità prioritaria è quella di realizzare condizioni

microclimatiche ottimali per la buona riuscita di un processo o per la particolare destinazione dei

locali.

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• controllo ATTIVO: impianto

Il controllo termoigrometrico degli ambienti, prima che per gli impianti, passa per una corretta e vincolata progettazione dell’involucro.

Si può parlare di controllo termoigrometrico passivo e attivo:

• controllo PASSIVO: involucro

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• contenimento dei consumi energetici e buon sfruttamento degli apporti gratuiti (corretto isolamento e orientamento dell’edificio);

• realizzazione dell’involucro senza rischi di condensa;

• giusto tasso di ventilazione;

• risoluzione dei ponti termici.

In una corretta progettazione dell’involucro è necessario assicurare:

Tutto ciò, già introdotto a partire dalla 10/91, oggi è regolamentato da stringenti documenti legislativi, elencati nella slide seguente, emanati a partire dalla entrata in vigore della Direttiva Europea 2002/91/CE “Energy Performance of Buildings Directive”.

Corso di “Impianti di condizionamento” 4/24

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Direttiva Europea 2002/91/CE 16 Dicembre 2002

D.lgs 192/05 19 Agosto 2005

D.lgs 311/07 2 Febbraio 2007

D.lgs 115/08 30 Maggio 2008

DPR 59/09 2 Aprile 2009

Linee guida certificazione energetica 26 Giugno 2009

Leggi finanziarie 2007, 2008 e 2009

Direttiva Europea 2010/31/CE 2010

D. Lgs. 28/2011 Marzo 2011

Direttiva Europea EPBD Recast 2010/31/CE 19 Maggio 2010 D. Lgs. 63/2013 4 Giugno 2013 L. 90/2013 3 Agosto 2013 DM 26.06.2015 Requisiti Minimi Giugno 2015 Direttiva Europea EPBD Recast 844/2018 Luglio 2018 D. Lgs 48/2020 di recepimento UE 2018/2018 Luglio 2020

Brevi cenni di richiamo ad evoluzione legislativa in materia di efficienza energetica degli edifici

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EPBD – 2002/91/EU D.Lgs. 192/2005 D.Lgs. 311/2006 D.Lgs 115/2008

DPR 59/2009 DM 26.06.2009

DM 28/2011

EPBD Recast 2010/31/EU Reg. 244/2012

D.L. 63/2013 L. 90/2013 DM 26/06/2015

Indicatori

• U ≤ Ulim

• η_gl

• EP_i

• EP_e,invol

• S

• f_a

• Y_IE

• ACS

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PRESCRIZIONI PRESENTI (Edificio di Riferimento)

Confronto con l'edificio di riferimento, identico in termini di geometria (volumi, superficie calpestabile, superfici degli elementi costruttivi e dei componenti), orientamento, ubicazione territoriale, destinazione d’uso e situazione al contorno e avente caratteristiche termiche e parametri energetici predeterminati"

Dal 1 Gennaio 2021, tutti gli edifici devono essere Nearly Zero-Energy Building.

Recependo la Direttiva 2010/31/EC, infatti, la legge 90/2013 ha stabilito che:

a. dal 1 Gennaio 2021 tutti gli edifici di nuova costruzione siano edifici a energia quasi zero;

b. per gli edifici pubblici e/o ad uso pubblico, la prescrizione era già operativa dal 1° gennaio 2019.

FUTURO PROSSIMO (Net Zero-Energy Building) e Comunità Energetiche

In un «nearly ZEB», la domanda energetica, estremamente bassa, è coperta in gran parte dall’uso di fonti energetiche rinnovabili disponibili in loco o nelle vicinanze.

Ancora, oltre a soddisfare i requisiti dell’edificio di riferimento (vedere DM 26/06/2015), devono essere soddisfate anche le prescrizioni del D. Lgs. 28/2011 in materia di integrazione da fonte rinnovabile, termica ed elettrica.

Net Zero Energy Building (ZEB) e Comunità Energetiche Rinnovabili: edifici connesso ad una infrastruttura energetica territoriale (rete elettrica, rete gas, teleriscaldamento..…) e che, nell’arco temporale di un anno solare, presentano una somma algebrica dei flussi energetici in ingresso e in uscita di valore pari a zero.

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Nella primavera/estate 2018, la Commissione ed il Parlamento Europeo hanno emanato la nuova versione della EPBD: Nuova Direttiva UE 2018/844sull’efficienza energetica. La nuova direttiva europea doveva essere recepita dagli stati membri entro il 20 Marzo 2020.

Entro tale data stato richiesto a tutti gli Stati Membri un conforme adeguamento della propria legislazione nazionale. Questi dovranno quindi adeguare leggi, regolamenti e procedure amministrative.

L’Italia ha legiferato con lieve ritardo, emanando nel luglio 2020, il D.Lgs. 48/2020

• Introduzione di un “indicatore di predisposizione degli edifici all’intelligenza”, al fine di sensibilizzare proprietari e gli occupanti sul valore dell’automazione e della gestione intelligente dell’energia.

• Adozione di misure volte a favorire la mobilità elettrica, e quindi la diffusione e l’obbligo dei punti di ricarica.

Rispetto ai livelli del 1990, al 20150 il parco edilizio dovrà essere fortemente de- carbonizzato (-80-95% delle emissioni), con step intermedi al 20130 e 2040.

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E’ importante sottolineare che la Direttiva Europea 2018/844 non ha effetti immediati sui progettisti e/o cittadini, ma deve essere recepita dalla legislazione nazionale, con appositi leggi e

decreti.

In questo caso, il D.Lgs. 48/2020

Altri aspetti di novità rispetto alla precedente EPBD 2010/31/EU sono:

- Promuovere le ristrutturazioni energetiche del patrimonio edilizio, per ridurre del le emissioni di circa 80-95% rispetto al 1990, con obiettivi intermedi sia al 2030 che al 2040.

- Installazione, presso gli edifici, di postazione di ricarica della mobilità elettrica sostenibile.

- Avere un parco edilizio pressoché zero-carbon al 2050.

- Rendere certi e misurabili i risparmi energetici conseguiti agli interventi di riqualificazione energetica, anche supportando finanziariamente, in modo da promuovere gli investimenti privati e rendere più trasparenti i metodi di calcolo.

- Ridurre la povertà energetica, il numero di persone che non accede all’energia, rende gli utilizzatori ed i cittadini maggiormente consapevoli (11% dei cittadini europei).

- Predisposizione degli edifici all’intelligenza, in modo da poter governare l’impiantistica in modo smart ed efficiente.

Considerando il tasso di turn-over dell’edilizia italiana, è necessario lavorare su 2 obiettivi:

Nuove edificazioni ad altissima efficienza energetica Riqualificazioni energetiche dell’edilizia esistente

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10/64 prof. Fabrizio Ascione P.A.

Un impianto di climatizzazione, per garantire condizioni di benessere termoigrometrico all’interno di un ambiente, deve controllare diversi parametri.

Parametro controllato Simbolo Unità di misura

Temperatura dell’aria T

_a

°C

Umidità relativa

(grado igrometrico) U.R.a (

_a

) %

Purezza dell’aria

(area esterna di ricambio) V

_ae

m

³

/s o m

³

/h

Velocità dell’aria w

_a

m /s

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Per determinare le caratteristiche di un impianto di climatizzazione, è quindi necessario definire i parametri che influenzano le condizioni di benessere.

Questi sono:

• il livello del metabolismo energetico dell’uomo (dipendente a sua volta dall’attività svolta)

• la resistenza termica dell’abbigliamento;

• la temperatura di bulbo asciutto dell’aria;

• l’umidità relativa;

• la velocità media dell’aria;

• la temperatura media radiante del locale.

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SE VI FOSSERO DUBBI E/O INCERTEZZE,

RIGUARDARE LA LEZIONE

N. 3

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Anche la qualità dell’aria negli ambienti confinati, che è funzione della concentrazione di contaminanti che possano arrecare danno alla salute e causare condizioni di malessere per gli occupanti, è un elemento che condiziona lo stato di benessere.

Per garantire una soddisfacente qualità dell’aria, nella climatizzazione vengono realizzati opportuni ricambi di aria esterna ed impiegati filtri ed assorbenti chimici.

Gli impianti di climatizzazione sono

pertanto finalizzati al controllo di

quattro proprietà termo-dinamiche

dell’aria interna (temperatura di

bulbo asciutto, temperatura media

radiante, umidità relativa, velocità)

ed a garantire una buona qualità

dell’aria in ambiente allo scopo di

assicurare condizioni di

benessere.

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I principali componenti di un impianto di climatizzazione sono:

1. apparecchiature per la produzione dei fluidi termovettori (caldaie, gruppi frigoriferi, pompe di calore);

2. apparecchiature per il trattamento dell'aria (batterie per il riscaldamento e per il raffreddamento, umidificatori, talvolta tutti accorpati in un'unica apparecchiatura detta "unità di trattamento dell'aria" - U.T.A);

3. apparecchiature per la distribuzione dei fluidi termovettori, quali canali e ventilatori (per l’aria), tubazioni e pompe (per l’acqua);

4. unità terminali: terminali aeraulici (bocchette, diffusori e griglie di estrazione) ed idronici (radiatori, ventilconvettori – pannelli e piastre radianti);

5. organi di regolazione.

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Possibili classificazioni degli impianti di climatizzazione

Gli impianti di climatizzazione sono spesso classificati in base al tipo di fluido termovettore che arriva in ambiente.

1. Impianti a tutt’aria: negli ambienti è distribuita la sola aria trattata nell'U.T.A. ed inviata mediante canali nei locali, in cui è immessa con opportuni terminali di diffusione.

sezione di

U.T.A. ^LOCALE

immissioneAria di

Aria

espulsa esterna Aria

CENTRALE TERMICA

aria di ricircolo

acqua

Aria di ripresa miscela

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Componenti dell’Unità di Trattamento dell’Aria

sezione di

U.T.A. ^LOCALE

immissioneAria di Aria

espulsa esterna Aria

aria di ricircolo

acqua

Aria di ripresa miscela

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I COMPONENTI

DEGLI IMPIANTI DI

CLIMATIZZAZIONE

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I COMPONENTI DEGLI IMPIANTI DI CLIMATIZZAZIONE

Room Impianti a tutt’aria:

• terminali di immissione dell’aria (bocchette, griglie, diffusori a soffitto)

• rete aeraulica di distribuzione e ripresa dell’aria

• unità di trattamento dell’aria (UTA)

• centrale termica e frigorifera.

• sistemi di controllo e regolazione

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2. Impianti misti aria-acqua, in cui l'aria ("primaria") è solo aria esterna, in misura strettamente necessaria alle esigenze di rinnovo, mentre l'acqua è inviata ad unità terminali idrauliche presenti nei locali.

LOCALE 1

immissioneAria di Aria di immissione

LOCALE 2

immissione Aria esterna

Acqua

Aria di U.T.A.

Acqua immissione

RADIATORE / FAN-COIL RADIATORE / FAN-COIL

Aria di

RADIATORE / FAN-COIL

espulsa Aria

LOCALE n

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Impianti misti aria-acqua:

1. terminali di immissione dell’aria (bocchette, diffusori, etc.) 2. rete di di distribuzione dell’aria (canali)

3. terminali idronici ad acqua (ventilconvettore, radiatori, pannelli radianti)

4. rete di distribuzione dell’acqua (tubazioni) e sistemi di controllo/regolazione 5. unità di trattamento dell’aria primaria (SOLO ESTERNA)

6. centrale termica e frigorifera

Aria esterna

di rinnovo immissione Aria di

Volume di controllo

Aria espulsa TERMICA r

FAN-COIL

CLIMATIZZATO LOCALE

e i r

U.T.A.

CENTRALE

Nelle prossime lezioni, singolarmente, ciascuno di questi componenti sarà descritto

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3. Impianti ad acqua che veicolano nei locali solo acqua: talvolta solo acqua calda in inverno (è il caso di impianti a radiatori, a pannelli radianti, a termoconvettori, ad aerotermi, ecc.), altre volte anche acqua fredda in estate (come avviene per gli impianti a "fan- coil")

RADIATORE / FAN-COIL RADIATORE / FAN-COIL

LOCALE n LOCALE 2

Acqua CENTRALE

TERMICA

LOCALE 1

RADIATORE / FAN-COIL

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Impianti solo riscaldamento (o anche raffrescamento) a fluido termo-vettore acqua

• terminali di scambio termico, convettivi (fan coil) e/o radiativi (pannelli radianti, termosifoni, etc.)

• rete di tubazioni per l’adduzione del fluido termo-vettore

• sistemi di controllo e regolazione

• centrale termica ed eventualmente frigorifera

I COMPONENTI

DEGLI IMPIANTI DI

CLIMATIZZAZIONE

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4. Impianti a fluido frigorigeno più comunemente detti "ad espansione diretta", in cui il fluido termovettore è costituito direttamente dal fluido frigorigeno che attraversa la macchina frigorifera/pompa di calore (tipo split system).

refrigerante Fluido

INTERNA UNITA'

ESTERNA

LOCALE UNITA'

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I COMPONENTI DEGLI IMPIANTI DI

CLIMATIZZAZIONE

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Impianti ad espansione diretta di fluido frigorigeno (Split systems, Multi-Split, Impianti VRF)

• scambiatore interno (condensatore in inverno, evaporatore in estate)

• rete di distribuzione del refrigerante e sistemi di controllo e regolazione

• unità esterna moto-evaporante in inverno, moto-condensante in estate

I COMPONENTI DEGLI IMPIANTI

DI CLIMATIZZAZIONE

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È utile ricordare quali sono i parametri microclimatici controllati dai vari tipi di impianto:

1. solo velocità e qualità dell’aria, quali gli impianti di ventilazione/estrazione forzata;

2. solo temperatura dell’aria nella stagione invernale, quali i tipici impianti di riscaldamento ad acqua calda;

3. solo temperatura e talvolta velocità dell’aria, quali gli impianti ad espansione diretta e gli impianti a fan- coil;

4. temperatura, umidità relativa e velocità dell’aria (solo in inverno), quali gli impianti a radiatori ed aria primaria o a pannelli radianti ed aria primaria;

5. temperatura, umidità relativa e velocità dell’aria, sia in inverno che in estate, quali gli impianti misti a fan- coil ed aria primaria, gli impianti ad aria per singola zona ed a portata costante e gli impianti ad aria a servizio di più zone (IMPIANTI DI CLIMATIZZAZIONE propriamente detti).

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E’ importante evidenziare, nel caso di più locali da servire, gli impianti che hanno la capacità di controllare le condizioni termo-igrometriche separatamente locale per locale: