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TECNOLOGIA Quale scelta tra UTA e rooftop La tradizionale differenza tra le unità di trattamento d’aria (UTA), viste spesso come soluzioni artigianali e i poco flessibili condizionatori monoblocco autonomi rooftop, si sta via via assottigliando per lasciare il campo a macchine più evolute e complesse in grado di soddisfare quasi ogni condizione di benessere. Luca Ferrari La differenza fra unità di trattamento aria e rooftop è venuta progressivamente ad attenuarsi nel corso del tempo per effetto soprattutto all’innovazione di speciali tecnologie applicate alle macchine, al punto che oggi sono frequenti le UTA dotate di un completo circuito frigorifero, mentre i rooftop possono essere equipaggiati con batterie di riscaldamento idroniche, umidificatori, sistemi di recupero e ventilatori di estrazione. Le caratteristiche delle nuove UTA E’ indubbio che sia in atto una tendenza ad uniformare verso l’alto l’odierna richiesta di prestazioni per le nuove UTA. Se da un lato infatti è naturale che le strutture con esigenze specialistiche e gravose come il settore ospedaliero (igiene), le piscine coperte (deumidificazione), i laboratori (aria esterna), l’industria farmaceutica e altri specifici settori industriali e non, richiedano macchine, anche speciali, ad elevate prestazioni nei campi della contaminazione controllata, è invece sinonimo di una nuova cultura del benessere e sostenibilità ambientale, che le specifiche 46 RCI n.7/2015 per edifici ordinari raccomandino valori sempre più stringenti sull’inquinamento acustico, sui parametri di IAQ e soprattutto sul risparmio energetico. La risposta a queste nuove esigenze ha condotto allo sviluppo di tipologie specialistiche di queste macchine. Dall’innovazione tecnologica nasce così la possibilità di equipaggiare le nuove UTA con un proprio circuito frigorifero autonomo per poter realizzare in ogni momento i desiderati trattamenti dell’aria. In realtà, il circuito frigorifero è nella gran parte dei casi un sistema motoevaporante e richiede il collegamento a un condensatore remoto ad aria. Altri modelli di unità si differenziano da questa soluzione poiché comprendono solo una batteria a espansione diretta con valvola di espansione elettronica e prevedono il collegamento ad unità motocon- densanti remote, in sistemi VRF, come l’unità Modular “plug and play” di Daikin.. La versatilità di questa unità le permette di assecondare le molteplici condizioni degli impianti per aria primaria, normalmente con elevati valori di portata, potendo impiegare sia le batterie ad acqua alimentate da pompe di calore, sia la tecnologia dell’espansione diretta con batterie accoppiate appunto a sistemi VRV. La tecnologia “plug and play” della macchina avvicina i vantaggi nell’installazione e nel set-up, a quella dei rooftop, tramite un sistema di regolazione pre-cablato e pre-avviato. Inoltre, attraverso uno specifico software di selezione, partendo da un modulo base, si possono generare soluzioni personalizzate a seconda delle esigenze di progettazione residenziale, commerciale e industriale. La struttura La struttura delle UTA viene realizzata con un telaio a struttura portante mediante profilati estrusi in lega di alluminio ad alta resistenza (sezione 40x40 o 60x60). La zona di trattamento aria è completamente rivestita con pannelli del tipo sandwich a doppia parete con varie tipologie (plastificate, di alluminio, alluminio goffrato, peralluman, acciaio zincato, acciaio inox) con interposto isolamento ad iniezione di materiale poliuretanico dello spessore minimo di 30 mm (50 mm è comunque il valore consigliato). Le pareti dei pannelli possono essere realizzate in lamiera zincata, alluminio, AISI 304, lamiera preverniciata e lamiera plastificata. I pannelli stessi sono poi inseriti sul telaio portante con vari sistemi di fissaggio e di tenuta. La costruzione che ne risulta non solo si dimostra robusta e di grande rigidità, ma riduce sensibilmente le perdite o le rientrate di calore e le fughe d’aria, nonché l’emissione di rumore all’esterno dell’unità. Condizione essenziale di una valida UTA resta comunque quella che tutti i componenti inseriti all’interno della macchina siano facilmente estraibili e ispezionabili. sione, facilmente lavabili e disinfettabili, e con spigoli interni raccordati per evitare l’accumulo di sporcizia. Ma pur essendo realizzate per ambienti specifici (settore ospedaliero, alimentare, chimico, farmaceutico, ecc.) onde minimizzare i rischi di sviluppo interno di contaminanti biologici, le nuove centrali di trattamento dell’aria dotate di uno speciale trattamento antibatterico, sono via via proposte come valida innovazione anche per settori tradizionalmente meno esigenti. Infatti accertato che se non inibito, l’impianto di climatizzazione è sempre più coinvolto nei processi di diffusione microbica, negli ultimi anni è stata perfezionata una metodologia basata sul processo di ionizzazione di metalli pesanti ad azione battericida e batteriostatica. Ad esempio, con il trattamento mediante la ionizzazione rame e argento si è in grado di ridurre drasticamente le colonie di Legionella Pneumophila, inattivandone fenomeni di ricontaminazione. Sulla stessa lunghezza d’onda è possibile parlare della disinfezione delle unità di trattamento d’aria mediante raggi ultravioletti. Le lampade a raggi ultravioletti, se installate in modo idoneo, possono aiutare a mantenere sterili le batterie di scambio termico, migliorando di conseguenza la sanità dell’aria distribuita negli ambienti dall’impianto di climatizzazione. Di norma la sezione UVGI (Ultraviolet Germicidal Irradiation) viene posizionata a valle della camera di miscela della centrale di trattamento d’aria. In alternativa è possibile una sua sistemazione direttamente sulla presa di ricircolo dell’aria, questo soprattutto quando devono essere trattate zone ad alto rischio di contagio (reparti infettivi), mentre più raramente viene inserita nei soli condotti di espulsione o di mandata dell’aria, quasi mai sulla ripresa di aria esterna. L’unità Air Knight di Air Control, collocata in un’apposita sezione, unisce in un unico corpo la reazione del modulo alle le- Maggiore igiene Le nuove unità di trattamento dell’aria, come l’unità l’X-CUBE di Trox conforme alla norma DIN 1946/4 dedicata al settore ospedaliero, al fine di evitare la proliferazione di agenti biologici, vengono realizzate con superfici interne lisce, evitando bordi, fessure, e impiegando materiali resistenti alla formazione di cricche, alla scheggiatura, allo sfaldamento, all’abraLa standardizzazione delle UTA parte da un modulo base con recuperatore entalpico rotativo, a cui accoppiare dei moduli batteria ad espansione diretta e ad acqua, una camera di miscelazione a tre vie e altri accessori. Nella foto l’UTA Modular “plug and play” di Daikin. 47 RCI n.7/2015 La particolare realizzazione in moduli con sportelli ispezionabili con maniglie esterne e cerniere a 180°, telaio rivestito esternamente e superfici interne lisce, fanno dell’X-CUBE una UTA versatile idonea anche per applicazioni critiche quali le strutture ospedaliere (Trox). I moduli Air Knight posizionati nelle sezioni delle UTA, grazie alla produzione naturale di ioni ossidanti sono in grado di eliminare le sostanze inquinanti nell’aria e sulle superfici (Air Control). Tab.1 - Classificazione Eurovent delle centrali di trattamento dell’aria. CLASSE Velocità massima* Fattore di potenza assorbita Recupero di calore (aria esterna ≤ 9 °C) [m/s] [fclass-Pref] F[%] DP[Pa] AN / A ≤ 1,8 ≤ 0,90 ≥ 75 ≤ 280 BN / B ≤ 2,0 ≤ 0,95 ≥ 67 ≤ 230 CN / C ≤ 2,2 ≤ 1,00 ≥ 57 ≤ 170 DN / D ≤ 2,5 ≤ 1,06 ≥ 47 ≤ 125 ≤ 2,8 ≤ 1,12 ≥ 37 ≤ 100 EN / E FN / F Non richiesto Legenda: - da AN a EN per unità con il 100% di ricircolo o con temperatura dell’aria esterna > 9 °C; - da A a E per unità con temperatura dell’aria esterna ≤ 9 °C e recupero di calore; - *massima velocità dell’aria attraverso la sezione filtrante. 48 RCI n.7/2015 ghe metalliche con raggi UV ottenendo un’ossidazione ionica, in grado di produrre agenti attivi decontaminanti idonei a neutralizzare batteri, virus, muffe allergeni e odori. Non va poi dimenticato l’impiego di filtri elettronici (filtri al plasma) completamente automatici con efficienza non inferiore ad H10, che consentono di abbattere le polveri sottili ed anche alcuni tipi di virus e batteri con perdite di carico decisamente ridotte. L’efficienza di questi filtri rimane costante durante tutto il ciclo di funzionamento, mentre la durata delle celle è normalmente pari alla vita stessa della macchina. Attualmente il filtro al plasma è indiscutibilmente il metodo più efficace di filtrazione, in grado di rimuovere con efficacia particelle anche più piccole di un micrometro. Poiché i tradizionali filtri a tasche non sono rigenerabili e grazie alla vita praticamente infinita dei filtri elettronici, il costo iniziale di questi ultimi viene ammortizzato in tempi brevissimi. Maggiore economia Naturalmente è il settore del risparmio economico quello che interessa a maggior ragione produttori e committenti. La normativa europea EN 13053 definisce lo standard per valutare l’efficienza energetica delle centrali di trattamento aria. Con riferimento ad essa la Certificazione Eurovent introduce nel 2010, 5 classi energetiche dalla A (più elevata) alla E (tabella 1). La classificazione energetica Eurovent per le centrali di trattamento aria prende in considerazione parametri come la velocità dell’aria, la potenza elettrica assorbita dal motore del ventilatore e l’efficienza del recupero di calore. Sul fronte delle innovazioni si segnalano due prevalenti conferme/novità: la prima Le unità della serie Energy, appositamente studiate per il trattamento dell’aria primaria, sono state dotate di un doppio sistema di recupero, statico e attivo, in grado di consentire una versatilità di utilizzo con importanti risparmi energetici (Aermec). Il rooftop WTA combina un sistema di recupero attivo con uno statico, sfruttando l’aria di espulsione come sorgente energeticamente vantaggiosa per il funzionamento del circuito termodinamico. Studiata per impianti ad aria primaria, la portata d’aria può essere messa in relazione dinamica con le sonde di qualità dell’aria (Climaveneta). riguardo un miglior utilizzo del ciclo di economia (free cooling) sulle centrali di trattamento dell’aria, anche attraverso l’impiego di una serranda dedicata alla sola presa di aria esterna, l’altra riferita a nuovi sistemi di recupero del calore attraverso innovativi sistemi termodinamici a pompa di calore. Free cooling Nelle nuove centrali, il free cooling non viene più controllato solamente dalla posizione delle serrande collegate a un sensore di temperatura, ma anche attraverso opportune scelte di regolazione (valvola a tre vie della batteria fredda) e di selezione nella camera di miscela dell’unità di trattamento aria. Inoltre nelle soluzioni più sofisticate, è presente una stazione di misura direttamente integrata con la serranda di regolazione. La serranda è controllata in questo caso da una sonda di pressione differenziale posta a cavallo della serranda stessa. Questo permette anche a basse velocità (fino a 0.75 m/s) di ottenere misurazioni accurate. La quantità di aria esterna in- trodotta in questo caso può essere controllata entro un ampio intervallo di valori che variano tra l’apertura completa della serranda fino alla posizione di minima, sempre di aria esterna. Il sistema può lavorare quindi sia come serranda principale di aria esterna sia come serranda di minima. Con questa soluzione è inoltre possibile comunicare alla centralina di regolazione l’esatto valore di aria esterna introdotta, situazione molto utile quando l’impianto è asservito ad ambienti soggetti ad occupazione temporanea o a frequenza variabile (ad esempio teatro/cinema dotato di un sistema di controllo del numero di biglietti venduti), in quanto diviene possibile inviare la sola quantità di aria esterna necessaria. Infatti quando si verifica che la temperatura dell’aria esterna risulta inferiore a quella degli ambienti interni, è possibile inviare una quantità superiore di aria esterna convenientemente fredda nell’unità, risparmiando parte dell’energia frigorifera. 49 RCI n.7/2015 Recupero energetico I sistemi tradizionali di recupero di calore, per la maggior parte statici, non consentono di adattare l’efficienza del sistema alle estremamente mutevoli condizioni climatiche ed ai differenziali tra le temperature esterne ed interne dei locali serviti. I nuovi sistemi attivi di recupero di energia a pompa di calore reversibile, particolarmente indicati per UTA a sola aria esterna, viceversa consentono una temperatura di uscita dal recuperatore dinamico molto più vicina al set point rispetto alla temperatura d’uscita dal recuperatore statico, ne consegue che, nelle stagioni intermedie, si verifica con frequenza la possibilità di sopperire ai carichi termici dei locali serviti unicamente con il recupero, mantenendo in stand-by la/e batteria/e principale/i. L’unità di trattamento dell’aria Energy di Aermec con il doppio sistema di recupero di calore (statico ed attivo) ed umidificazione adiabatica permette di portare l’aria nelle volute condizioni di immissione in ambiente con il minimo dispendio di energia. Il recupero di calore termodinamico attivo si basa sull’utilizzo di un circuito frigorifero reversibile (con valvola di inversione di ciclo a quattro vie) con una delle due batterie (condensatore o evaporatore a seconda della stagione) a monte della serranda di espulsione, e la seconda inserita in parallelo alle batterie interne principali. Il recupero può essere anche attivato dal solo controllo della qualità dell’aria. Il nuovo sistema di recupero permette di limitare la potenza dei ventilatori, particolarmente gravata invece nel caso di sistemi di recupero di calore statici. Maggiore IAQ Si è già detto che le nuove centrali, in virtù delle esigenze sempre più spinte di IAQ, vengono realizzate per soddisfare costantemente i valori stabiliti di aria esterna negli ambienti. Senza dunque entrare nel merito sulla architettura della macchina, se dedicata al solo mantenimento dei ricambi esterni o viceversa anche al fabbisogno termico, va detto che le nuove sonde di CO2 attivano tramite una centralina di controllo il movimento delle serrande di ripresa ed espulsione della UTA. A questo si aggiungono le considerazioni di tenuta delle nuove macchine che attraverso anche il preciso accoppiamento telaio - pannellatura consentono di raggiungere valori di trafilamento d’aria dell’involucro rientranti almeno nei valori della classe B della norma UNI EN 1886. Ventilazione Il maggior consumo di energia delle UTA è imputato direttamente all’unità ventilante ed quindi sempre doveroso occuparsi di aumentare l’efficienza del ventilatore. Anche per questo motivo, i nuovi ventilatori centrifughi del tipo plug-fan senza coclea a pale rovesce azionati da motori a corrente continua “brushless” a controllo elettronico direttamente accoppiati, stanno diventando lo standard di riferimento in alternativa ai classici ventilatori a trasmissione con pulegge. L’avviamento è progressivo, senza picchi di assorbimento allo spunto. La camera ventilante viene dunque messa per intero in “pressione” dal ventilatore ed quindi possibile innestare direttamente la canalizzazione, verticale o orizzontale, al pannello della UTA senza preoccuparsi di particolari collegamenti. Si ottengono inoltre minori velocità dell’aria in uscita, con conseguente benefico aumento della pressione statica. Questi ventilatori garantiscono il massimo L’utilizzo di filtri elettronici consente al rooftop Zephir3 un efficace impiego come unità di aria primaria. Inoltre il recupero termodinamico attivo, che abbatte gli sprechi eliminando le elevate perdite di carico dei recuperatori passivi, e il postriscaldamento gratuito a recupero di gas caldo aumentano ulteriormente l’efficienza (Clivet). 50 RCI n.7/2015 rendimento aeraulico, danno la possibilità di regolare la portata senza penalizzare l’efficienza del motore, minimizzano le vibrazioni e di fatto annullano le costose operazioni di manutenzione. Le innovazioni nei rooftop I condizionatori autonomi rooftop variano in un campo di potenze che, partendo da pochi kilowatt, possono raggiungere i 500, con portate d’aria (nel caso di solo raffreddamento) che arrivano fino a 90.000 m/h, sebbene i modelli maggiormente utilizzati presentino limiti sensibilmente inferiori. Nella sostanza, i rooftop vengono considerati delle unità di trattamento d’aria a zona singola adatti per tutti quegli impieghi in cui non vi siano particolari condizioni ambientali da soddisfare. Sotto il profilo costruttivo, i condizionatori rooftop sono composti da due sezioni contenute in un’unica copertura che, secondo i modelli, può essere realizzata in lamiera semplice o in doppia pannellatura, come per le UTA: - sezione motocondensante che comprende un compressore (o più), una batteria di condensazione a pacco ed elettroventilatori elicoidali per il raffreddamento della batteria stessa; - sezione evaporante che comprende una batteria di raffreddamento a espansione diretta, una valvola di espansione termostatica o elettronica (o più secondo il numero di circuiti frigoriferi), uno o due ventilatori centrifughi o plug fan per la ripresa e mandata dell’aria clima- tizzata, una valvola a 4 vie di inversione del ciclo e un accumulatore sull’aspirazione del gas (per circuito) nelle unità a pompa di calore, filtri d’aria e altri componenti minori, oltre a un quadro elettrico e a una centralina di regolazione e controllo. L’aria primaria e il recupero energetico Fino a poco tempo fa una evidente limitazione di queste macchine era dovuta al fatto, che nella maggior parte dei casi, non erano idonee ad effettuare il trattamento della sola aria esterna; viceversa oggi sono disponibili sul mercato macchine come la nuova WTA di Climaveneta per il trattamento, il rinnovo e la depurazione dell’aria primaria. L’unità è in grado di integrarsi con sistemi di climatizzazione quali chiller con terminali idronici o impianti ad espansione diretta, risultando così una soluzione particolarmente indicata per specifiche applicazioni quali uffici, centri direzionali, scuole, ospedali e centri commerciali. Tra le novità più interessanti di questo rooftop risulta la combinazione di un doppio sistema di recupero, attivo e statico, in grado di riutilizzare tutta l’energia contenuta nell’aria ambiente di espulsione, soluzione energeticamente vantaggiosa in quanto questa presenta, di norma, una temperatura più favorevole. Questo consente alla macchina di lavorare con temperature di condensazione ed evaporazione ideali aumentando notevolmente l’efficienza del circui- to frigorifero. Zephir3 è invece il nome dell’analogo sistema Clivet per il rinnovo dell’aria. Il rooftop estrae l’aria viziata ed immette aria di rinnovo climatizzata e purificata mediante filtri elettronici ad alta efficienza, in grado quindi di neutralizzare PM10, batteri, pollini. Anche in questo caso, la tecnologia della pompa di calore reversibile dotata di un compressore comandato da un inverter con regolazione continua di capacità, permette il recupero termodinamico attivo dell’aria viziata, utilizzata dunque come sorgente termica, con vantaggio del ciclo termodinamico e dell’efficienza energetica. Il sistema di ventilazione a controllo elettronico consente il funzionamento a portata costante, oppure variabile in base alla qualità dell’aria rilevata. Il tutto senza l’impiego di combustibili fossili, linee gas e in ultima analisi con una riduzione di oltre il 50% delle emissioni di CO2. Va in questa direzione anche il rooftop HE di Blue Box che recupera anch’esso il carico energetico dell’aria espulsa. Nel recupero termodinamico, l’aria espulsa viene convogliata sugli scambiatori sorgente in modo da ottimizzare le prestazioni energetiche dell’unità frigorifera, mentre il recupero a flussi incrociati a pia- HE è un condizionatore d’aria autonomo solo freddo o pompa di calore aria/aria con compressori scroll in versione rooftop (Blue Box). 51 RCI n.7/2015 Climatizzatore autonomo di tipo rooftop ad espansione diretta ad alta efficienza per ambienti a medio affollamento ClivetPack CSRN-XHE2. stre di alluminio consente di riprendere fino al 65% dell’energia dell’aria ambiente, altrimenti sprecata in atmosfera. Con questi nuovi rooftop la potenza termica e frigorifera generata sostituisce gran parte della potenza prodotta dalla centrale termica e frigorifera, così da poterne ridurre la potenza ed eliminare l’intero circuito di distribuzione dei fluidi caldo e freddo per l’aria primaria. Configurazioni e efficienza energetica La unità rooftop non sono macchine a composizione modulare, bensì prodotti standard, sebbene personalizzabili con i diversi optional offerti dai rispettivi costruttori. Al vantaggio dunque di avere macchine collaudate in fabbrica e quindi con garanzia di prestazioni, si contrappone proprio i limiti dei trattamenti standard dell’aria offerti dal progetto della macchina. Per esempio un limite significativo sta nel fatto che non sono adatte per trattare ambienti caratterizzati da carichi latenti elevati come si possono produrre in alcuni settori dell’industria. Ciò non toglie che i condizionatori rooftop si siano affermati in applicazioni anche molto diverse: dai supermercati ai cinema multisale, dagli show room agli 52 RCI n.7/2015 edifici industriali ecc. Nel campo dell’efficienza energetica, che fa il pari con quelle delle UTA, si è già detto del doppio recupero energetico, è possibile menzionare l’innovativo doppio circuito frigorifero con compressori scroll ottimizzato per il funzionamento a carico parziale dei rooftop dei nuovi modelli ClivetPack CSRTXHE2 e CSRN-XHE. Le unità sono dotate di controllo automatico della qualità dell’aria con sonda CO2 e VOC, che regola in modo dinamico, in base all’effettivo bisogno di rinnovo dell’aria, la ventilazione a portata d’aria variabile. Analogo sistema viene adottato dalle unità KRSAY di A.C.M. Kälte Klima, composte da 2, 4 e 6 compressori distribuiti su due circuiti frigoriferi indipendenti per ottimizzare le rese frigorifere e portate dell’aria ai carichi parziali, tramite l’utilizzo valvole termostatiche elettroniche. Naturalmente, come per l’unità UTA, è l’utilizzo del free cooling che consente importanti vantaggi energetici all’impianto. La gestione intelligente e coordinata del free cooling e by-pass del recuperatore statico elimina inoltre tutti gli inutili sprechi di energia. Nel funzionamento con by-pass del recuperatore, l’unità WTA di Climaveneta tratta l’aria esterna, che si trova a condizioni favorevoli, per inviarla in ambiente in condizioni neutre, senza il contributo del recupero a flussi incrociati. La serranda di by-pass viene aperta per ottimizzare il funzionamento dell’unità; il trattamento dell’aria viene garantito dal compressore inverter che regola la potenza erogata fino allo spegnimento nelle condizioni di free cooling, dove l’aria esterna viene direttamente immessa in ambiente. Per fare un esempio in una città come Milano, l’utilizzo di un sistema di free cooling intelligente (totale o misto), permetterebbe un risparmio energetico nell’ordine del 35%, non si sta dunque parlando di percentuali trascurabili. Nei costi di gestione degli impianti, un’importante voce di spesa è rappresentata dal consumo elettrico per la ventilazione, mentre la ricerca delle corrette condizioni di funzionamento sugli impianti costringe a lunghe ed onerose tarature in opera dell’unità ventilante. La nuova tecnologia di ventilazione, basata come per le UTA, su ventilatori plug fan direttamente accoppiati a motori brushless a controllo elettronico, consente di abbattere entrambi questi costi operativi. Tra gli optional disponibili nell’unità rooftop si ricorda: batterie di riscaldamento, filtri ad alta efficienza, ventilatore di estrazione; sistemi di riscaldamento con bruciatore a gas, la gestione remota da parte di Building Automation Systems (BMS). © RIPRODUZIONE RISERVATA