I parametri in gioco nella diffusione dell’aria

Progettazione di un sistema di diffusione dell’aria

La progettazione di un impianto per la diffusione dell’aria inizia con la definizione preliminare della strategia da impiegare (miscelazione o dislocamento) e con la selezione dei terminali di mandata e ripresa. Questi ultimi hanno il compito di immettere l’aria di mandata ed estrarre quella di ripresa, in modo tale che:

• la distribuzione dell’aria avvenga in modo controllato e prevedibile, anche grazie all’impiego degli specifici diagrammi forniti dal produttore;
• vengano evitate zone morte o indesiderati effetti di stratificazione;
• all’interno della zona occupata non si verifichino velocità dell’aria troppo alte, che possano generare una sgradevole sensazione di corrente.

La selezione e il dimensionamento dei dispositivi di diffusione dell’aria, a dispetto delle apparenze, non sono operazioni semplici e sono influenzate da numerosi fattori, tra i quali si includono:

• l’entità e la localizzazione dei carichi interni;
• la presenza e la posizione di eventuali sorgenti inquinanti;
• la posizione degli occupanti;
• la portata d’aria da immettere;
• la differenza di temperatura tra l’aria fornita e la temperatura media dell’ambiente;
• la disposizione degli arredi.

Di fondamentale importanza, sia in fase progettuale che realizzativa, è la disponibilità di una documentazione tecnica che permetta di identificare, per ciascun apparecchio, i valori di funzionamento. Tali dati, ottenuti da prove di laboratorio, devono essere il più possibile vicini alle condizioni reali, così da poter essere confermati in fase di collaudo dell’impianto.

Parametri fondamentali per la scelta di un sistema di diffusione dell’aria

Vengono qui di seguito illustrati i parametri essenziali per la selezione dei dispositivi di diffusione dell’aria, nonché per il loro corretto dimensionamento e posizionamento.

Qn – Portata d’aria nominale: Si tratta della portata volumica che deve essere immessa nell’ambiente, misurata in m³/h o l/s. Dividendo questo valore per il numero dei terminali, si ottiene la portata specifica per ogni singolo diffusore.

ΔTm – Massima differenza di temperatura: Indica la massima differenza, espressa in °C o K, tra la temperatura dell’aria fornita e la temperatura media presente nella zona occupata.

Vmedia – Velocità media dell’aria: È la velocità puntuale all’interno della zona occupata, espressa in m/s e mediata nel tempo per non considerare le fluttuazioni dovute alla turbolenza. La normativa di settore stabilisce, per ogni applicazione, il limite massimo accettabile per questa velocità. L’esperienza pratica individua i punti critici, ovvero quelli con la velocità presumibilmente più alta, a un’altezza di 1,8 m dal pavimento, a 0,6 m dalle pareti e/o sulla linea mediana tra due diffusori. La verifica della velocità in questi punti, effettuata tramite le tabelle dei costruttori, consente di dimensionare l’impianto in modo che i limiti normativi siano rispettati in tutta la zona occupata.

Volume occupato. Si definisce “volume convenzionalmente occupato” lo spazio in cui le persone stazionano. Corrisponde, in linea generale, al volume dell’ambiente fino a un’altezza di 1,8 m dal pavimento e a una distanza di 0,6 m dalle pareti e dai terminali dell’impianto.

L’obiettivo di qualsiasi strategia di immissione dell’aria è quello di raggiungere e conservare le condizioni di comfort desiderate proprio all’interno di questo volume.

Questo risultato si può ottenere immettendo aria trattata secondo diverse modalità, che prevedono l’installazione dei terminali all’interno o all’esterno della zona di controllo.

In caso di immissione esterna alla zona di controllo, l’aria viene fornita dall’alto (a soffitto o a parete) e l’impianto viene configurato come sistema a miscelazione.

Quando l’immissione avviene internamente o molto vicino alla zona di controllo, l’aria viene immessa dal basso (a parete o a pavimento) e il sistema è di tipo a dislocamento o a miscelazione localizzata. Quest’ultima si definisce come una miscelazione che avviene interamente nella zona controllata, senza richiamare aria dall’esterno di tale volume.

Se la zona da controllare si estende all’intero locale, ai sistemi a miscelazione si può aggiungere l’opzione dei sistemi a movimentazione indotta.

Prendendo come riferimento la Figura 1, relativa a un sistema con diffusori a soffitto, è possibile identificare i punti di maggiore interesse per la valutazione della velocità dell’aria, che sono specificamente quelli prossimi alla parete e quelli sulla linea di mezzeria tra due diffusori.

Vp – Velocità media dell’aria alla parete: È la velocità media dell’aria, misurata in m/s, rilevata a un’altezza di 1,8 m dal pavimento e a una distanza dalla parete compresa nell’intervallo tra 75 e 150 mm.

I test di laboratorio evidenziano che se si raddoppia la distanza del punto di misurazione dalla parete, il valore della velocità Vp si riduce di circa il 35%.

Per esempio, una velocità Vp di 0,5 m/s misurata a 100 mm dalla parete, scenderà a un valore compreso tra 0,14 e 0,21 m/s all’ingresso della zona occupata (a 600 mm dalla parete). Questo dimostra come velocità alla parete che possono sembrare alte si traducano in valori del tutto accettabili al confine della zona occupata.

Nel caso di installazioni in cui i diffusori non sono posizionati simmetricamente, la velocità Vp di riferimento è quella generata dal diffusore più vicino alle pareti.

VH1 – Velocità media dell’aria tra due diffusori: Questo parametro, espresso in m/s, è il valore che i costruttori forniscono per il punto di misura localizzato sulla linea mediana (mezzeria) tra due diffusori adiacenti, a una quota di 1,8 m dal pavimento. Il suo valore è influenzato dalla portata d’aria, dalla distanza reciproca tra i diffusori e dall’altezza del locale.

I – Rapporto di induzione: Questo valore rappresenta il rapporto tra la portata d’aria immessa e la portata d’aria ambiente che viene messa in movimento dal getto. Qualora un costruttore dichiari un valore per il rapporto di induzione, tale dato è significativo solo se viene specificato anche il punto esatto di misurazione (ad esempio, al termine della corsa del lancio).

L’induzione, definita anche come il volume d’aria movimentato dal volume unitario, è un parametro adimensionale. Dato che non esistono strumenti in grado di misurarla direttamente, il valore di induzione dichiarato per un diffusore non ha un significato pratico, poiché non è verificabile. Per questo motivo, l’efficacia dell’induzione viene valutata indirettamente, controllando il grado di uniformità termica raggiunto nell’ambiente tramite misure di temperatura.

Rapporto ΔtL / Δt0

Questo rapporto è definito dai seguenti termini:

• ΔtL: Rappresenta la differenza tra la temperatura del getto d’aria in un punto specifico (a distanza L dal diffusore) e la temperatura media dell’ambiente.
• Δt0: Rappresenta la differenza tra la temperatura del getto d’aria misurata all’uscita dal diffusore e la temperatura media dell’ambiente.

Questo rapporto è un indicatore chiave del livello di distribuzione della temperatura. Un valore basso del rapporto segnala un’elevata uniformità delle temperature nell’ambiente, che si traduce direttamente in migliori condizioni di benessere termico.

Per fare un esempio pratico, ipotizziamo che in un dato punto si registrino i seguenti valori: ΔtL / Δt0 = 0,05 e Δt0 = -10 K.

• Di conseguenza, la differenza di temperatura nel punto L sarà: ΔtL = 0,05 x (-10 K) = -0,5 K

Questo risultato significa che nel centro del getto, alla distanza L, la temperatura differisce di soli 0,5 K rispetto alla media dell’ambiente. Un valore così basso indica che è stata ottenuta un’ottima miscelazione, garantendo così elevate condizioni di benessere termico.

Aeff – Sezione effettiva di passaggio dell’aria: Questo parametro, espresso in m², indica l’area reale di passaggio del flusso. Il suo calcolo non è semplice per due motivi principali:

1. Le geometrie complesse dei diffusori.
2. Gli effetti fluidodinamici che rendono la sezione misurabile geometricamente non adatta a calcolare il rapporto tra portata e velocità dell’aria.

Per questa ragione, i produttori forniscono direttamente il valore della sezione effettiva per ogni modello di terminale per cui tale dato sia rilevante in fase di dimensionamento.

La sezione effettiva si calcola con la seguente formula:

Aeff = Ageom x K

dove:

• Ageom è la sezione geometrica.
• K è il fattore di contrazione dei filetti fluidi, i cui valori tipici sono:
  • Mandata: 0,7 – 0,9
  • Ripresa: 0,5 – 0,7

Questi valori di K sono ottenuti sperimentalmente attraverso prove aerauliche di laboratorio. Sebbene la documentazione tecnica dei prodotti di solito fornisca direttamente il valore di Aeff, qualora questo dato mancasse è possibile utilizzare i coefficienti indicati sopra per ottenerne una stima.

Lancio: si definisce “lancio” la distanza convenzionale, misurata in metri, tra un terminale di diffusione e un punto dell’ambiente in cui si intende verificare una determinata velocità dell’aria.

Attenzione: poiché la definizione di questa grandezza può variare notevolmente tra i diversi costruttori, è fondamentale consultare sempre la documentazione tecnica specifica di ogni prodotto.

In termini più semplici, il lancio corrisponde alla somma del percorso orizzontale e di quello verticale compiuti dall’aria, dal punto di uscita fino al punto in cui si misura la sua velocità residua.

Effetto Coanda: Conosciuto anche come “effetto soffitto”, è il fenomeno per cui un getto d’aria immesso orizzontalmente da un’apertura su una parete verticale (posta a meno di 0,3 m dal soffitto) tende a deviare verso l’alto e ad aderire al soffitto stesso. Ciò accade a causa di una zona di depressione che si forma tra il getto e l’angolo parete-soffitto.

Questo effetto può essere vantaggiosamente sfruttato per ottimizzare la diffusione dell’aria, a condizione che siano rispettati alcuni parametri:

• L’inclinazione delle alette deve formare un angolo non superiore a 40° con il soffitto.
• La velocità di uscita dell’aria dal terminale deve essere maggiore di 2 m/s.

La letteratura tecnica moderna raccomanda, per un efficace lancio da parete, di mantenere una distanza tra il soffitto e il bordo superiore del diffusore inferiore o uguale a 0,2 m.

Se questa distanza supera i 0,3 m, l’effetto Coanda non si verifica e il getto d’aria si comporta come un “getto in campo libero“. In questo caso, il flusso non aderisce al soffitto ma devia verso l’alto (se l’aria è più calda di quella ambiente) o verso il basso (se è più fredda), un fenomeno conosciuto come “caduta del lancio”.

Perdita di carico: Questo dato è un parametro fondamentale per il calcolo della perdita di carico complessiva dell’intera rete aeraulica. Generalmente, ogni costruttore fornisce al progettista delle tabelle o dei diagrammi che indicano la perdita di carico del terminale in funzione della portata d’aria. A questi valori si possono poi sommare quelli relativi ad elementi accessori, come le serrande di bilanciamento e il plenum.

Livello sonoro: I terminali di diffusione dell’aria hanno una duplice funzione acustica: da un lato generano rumore, dall’altro aiutano ad attenuare quello proveniente dal resto dell’impianto. È quindi essenziale conoscere il livello sonoro prodotto dal solo apparecchio, definito tecnicamente “rumore autogenerato”.

Poiché il rumore autogenerato è una potenza sonora, il modo corretto di esprimerlo è come “livello di potenza sonora”, utilizzando come unità di misura dB, dB(A) o NR.

Talvolta, i costruttori esprimono questo valore in termini di pressione sonora. Questo dato, però, non rappresenta il valore assoluto della sorgente, in quanto include già un’attenuazione standard di 4 dB, corrispondente a un locale con 10 m² di unità assorbenti.