Dimensionamento delle apparecchiature di diffusione dell’aria
Una volta scelta la tipologia di diffusione da adottare, il progettista deve raccogliere una serie di dati aggiuntivi indispensabili per il corretto dimensionamento:
- La planimetria definitiva dei locali, preferibilmente completa di layout degli arredi, per identificare la posizione delle postazioni di lavoro e di altre sorgenti di carico termico localizzato.
- Un disegno in sezione degli ambienti che mostri chiaramente le altezze utili.
- I valori della portata d’aria di mandata e di ripresa per ogni singolo locale.
- Le specifiche sui limiti massimi di rumorosità
Dopo aver selezionato i modelli di diffusore adatti per l’applicazione, il passo successivo consiste nell’utilizzare le tabelle di “selezione rapida” fornite dal costruttore. Queste tabelle, per ogni dimensione del diffusore, riassumono i dati prestazionali chiave come l’intervallo di portate operative, la relativa perdita di carico e il livello di rumore generato.
La fase di dimensionamento preliminare permette al progettista di:
- controllare la prevalenza richiesta all’unità di trattamento aria (UTA);
- effettuare una prima verifica del livello sonoro;
- stimare il numero di diffusori da installare, il loro modello e i costi preliminari.
A questa segue la fase di dimensionamento esecutivo, durante la quale il progettista si concentra su:
- controllare la velocità media finale nei punti critici, confrontandola con i dati di progetto (per questo, i produttori forniscono diagrammi specifici in funzione delle dimensioni del locale e della posizione del diffusore);
- controllare la perdita di carico del diffusore e dei suoi componenti accessori (es. serranda, captatore, deflettore);
- effettuare una verifica finale del livello sonoro.
Nei paragrafi seguenti, si illustra il processo di dimensionamento preliminare ed esecutivo applicato ai diffusori ad effetto elicoidale.
Questi diffusori, dotati di deflettori fissi o regolabili, sono particolarmente indicati per i sistemi di distribuzione dell’aria per miscelazione. Il loro funzionamento si basa sulla suddivisione del flusso d’aria in molteplici getti radiali, che generano un moto elicoidale (a vortice). Questo moto d’aria produce una veloce riduzione della velocità del getto, un rapido decremento del differenziale di temperatura (Δt) e un altissimo effetto induttivo. Grazie a queste proprietà, possono essere utilizzati in un ampio range di portate e con differenziali termici fino a ±10 K.
Questi diffusori sono in grado di garantire una diffusione dell’aria valida e ottimale anche in presenza di portate d’aria elevate, corrispondenti a 15-20 ricambi orari. Sono inoltre particolarmente indicati per gli impianti a portata variabile (VAV), poiché mantengono una distribuzione dell’aria accettabile anche quando la portata si riduce fino al 30-40% del valore nominale, evitando problemi di caduta del getto.
L’installazione più comune per questi diffusori è a filo soffitto, con un lancio dell’aria orizzontale. Questa configurazione permette di sfruttare al massimo l’effetto Coanda ed è ideale per locali con altezze comprese tra 2,7 e 4 metri.
In determinate circostanze, è possibile prevedere un’installazione a soffitto con un lancio in “campo libero“. Questo si può realizzare in due modi: collegando il collare del diffusore direttamente a una derivazione dal canale principale, oppure, in alternativa, utilizzando una specifica camera di raccordo (plenum) lasciata a vista.
Consideriamo un esempio pratico: si ha la necessità di immettere 2000 m³/h di aria in un locale, utilizzando diffusori ad effetto elicoidale installati a filo soffitto.
Per effettuare il dimensionamento preliminare, faremo riferimento ai dati presenti nella tabella di selezione rapida del costruttore.
Il dimensionamento esecutivo serve al progettista per verificare che le prestazioni reali dei diffusori corrispondano ai dati di progetto. Nello specifico, le verifiche da effettuare sono:
- La verifica della velocità media finale tra i diffusori (vH1).
- La verifica della velocità media finale alla parete (vP).
- La verifica dell’effetto induttivo, tramite il rapporto ΔtX / Δtm.
- La verifica della perdita di carico (Δp) e del livello di potenza sonora (LWA).
Basandosi sui dati di progetto e ipotizzando un’installazione standard per diffusori a soffitto, si definiscono i seguenti parametri:
- Si prevedono n°4 diffusori di grandezza nominale 600, disposti su 2 file distanti 3 m (X) e con un interasse di 3 m (Y) per ogni fila.
- La portata per ogni singolo diffusore sarà di 500 m³/h (Q).
- La distanza minima dalla parete sarà di 1,6 m (L).
- L’altezza di installazione dal pavimento sarà di 3 m (H), e di conseguenza il valore di H1 (altezza di riferimento per la velocità) sarà H1 = 3 m – 1,8 m = 1,2 m.
- Il differenziale di temperatura tra aria di mandata e aria ambiente sarà di -10°C (Δtm).
Per calcolare la velocità alla parete (vP), si procede come segue:
- Si calcola il lancio di riferimento (P), dato dalla somma della distanza dalla parete (L) e dell’altezza di riferimento (H1): P = L (1,6 m) + H1 (1,2 m) = 2,8 m
- Sul diagramma di selezione del costruttore , partendo da un lancio di 2,8 m, ci si muove in orizzontale fino a intersecare la curva corrispondente alla portata di 500 m³/h.
- Da questo punto di intersezione, si prosegue in verticale fino a incontrare la retta che rappresenta la distanza tra i diffusori (3 m).
- Leggendo il valore corrispondente sull’asse appropriato, si ricava la velocità alla parete: vP = 0,24 m/s.
È fondamentale ricordare che questa velocità è misurata molto vicino alla parete (a 75 mm). La velocità effettiva al limite della zona convenzionalmente occupata (ad esempio a 300 mm dalla parete) sarà inferiore. Applicando i fattori di riduzione tipici, il valore scende a circa 0,12 m/s.
Il calcolo della velocità media finale tra i diffusori (vH1) si effettua seguendo questi passaggi sul diagramma di selezione:
- Si parte dal valore della distanza tra i diffusori, Y = 3 m, e ci si muove in orizzontale fino a intersecare la curva della portata d’aria, pari a 500 m³/h.
- Dal punto di intersezione, si prosegue in verticale fino a raggiungere la linea orizzontale che corrisponde all’altezza di riferimento H1 = 1,2 m.
- Infine, da quest’ultimo punto, si segue la linea guida inclinata per le velocità finali per leggere il risultato. Si ottiene così un valore di vH1 = 0,15 m/s.
Test sperimentali su questa tipologia di diffusori hanno evidenziato una particolarità: la velocità residua dell’aria tra due diffusori (vH1) raggiunge il suo valore minimo quando l’interasse è di circa 1 metro. Aumentando la distanza la velocità raggiunge un picco a circa 1,8 m, per poi diminuire di nuovo a valori bassi con un interasse superiore a 2,4 metri. Questa caratteristica può essere sfruttata per gestire carichi termici concentrati.
Per conoscere l’effetto induttivo del diffusore in un punto della zona occupata, si usano i diagrammi che forniscono il rapporto ΔtX / Δtm. Partendo dal lancio P = 2,8 m, si individua sul diagramma il valore corrispondente al rapporto, che in questo caso è 0,07. Di conseguenza, il calcolo è:
ΔtX = 0,07 x Δtm = 0,07 x (-10°C) = -0,7°C
Ciò significa che al limite della zona occupata la differenza di temperatura del getto rispetto all’ambiente è di soli -0,7°C, a dimostrazione di un’ottima miscelazione.
Infine, utilizzando il diagramma “Perdita di Carico – Potenza Sonora” e la nostra portata Q = 500 m³/h, si ricavano i seguenti valori:
- La perdita di carico (Δp) è di circa 15 Pa (con serranda completamente aperta).
- Il livello di potenza sonora (LWA) generato dal diffusore è di circa 33 dB(A) (sempre con serranda aperta).
