Condizionatori di bordo
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Condizionatori di bordo
www.solovela.net Articolo pubblicato sulla rivista SoloVela di Nicodemo Angì revisioni del tempo per il weekend: pioggia, temperatura massima 7 gradi, minima 1 grado... Brrr, che freddo! E questi di SoloVela si mettono a parlare di condizionatori!” Chissà quanti sono i lettori che pensano, di questo articolo, che è palesemente fuori stagione. Ai dubbiosi possiamo dire che, per non trovarsi ancora una volta a esclamare (in una torrida giornate d’agosto e con una sfumatura di rimpianto nella voce): “ah, se avessi il condizionatore!”, bisogna pensare a installarlo ora, in pieno inverno. Occorre infatti scegliere la macchina giusta, ordinarla, attendere il suo arrivo e montarla (o farla montare). C’è, insomma, qualche mese di attesa prima di poter vedere la nostra amata barca arricchita dal prezioso impianto. E’ perciò il caso di muoversi per tempo. “P DA 8 A 30 METRI Lo schema costruttivo, con il suo doppio guscio e materiale coibente nell’intercapedine, rende le barche ben isolate dal punto di vista termico esponendole quindi al rischio di surriscaldamenti durante la stagione estiva. Un impianto di condizionamento è perciò molto indicato, anche perché il raffreddamento dell’aria, liBTU / hx1000 35 Condizionatori di bordo Oasi sottocoperta Quanto è importante il condizionatore d’aria? La domanda non ha una risposta facile, ma una cosa è certa: gli impianti che il mercato mette a disposizione sono in grado di risolvere in modo efficace praticamente ogni situazione. Perché non farci un pensierino? 38 Febbraio 2005 C 30 B 25 A 20 10 10 5 50 100 5 10 150 15 200 20 250 25 300 30 350 piedi 2 35 m 2 ■ A cabina sotto coperta ■ B dinette sotto coperta ■ C deck house Figura 1 Questo grafico consente una valutazione rapida della potenza richiesta per condizionare un locale in funzione del tipo e della superficie. Le linee colorate in azzurro si riferiscono all’esempio citato nel testo. Figura 2 Legenda della figura: A) Condizionatori monoblocco; B) Bocchette dell’aria fredda; C) Pannello di comando; D) Cablaggio; E) Presa a mare per l’acqua di raffreddamento; F) Scarico dell’acqua di raffreddamento bera quest’ultima di buona parte dell’umidità, attenuando molto la sensazione di afa che, ricordiamolo, dipende sia dalla temperatura che dall’umidità atmosferica. Gli impianti moderni hanno raggiunto un ottimo livello costruttivo e prestazionale: compatti e non molto avidi di energia, sono estremamente versatili e, con un minimo di manualità e buona volontà, possono essere installati anche in autonomia. Le gamme dei produttori sono molto ricche di componenti e la cosa, se da un lato mette il potenziale acquirente nelle migliori condizioni per trovare il prodotto giusto per le sue esigenze, dall’altro può metterlo in imbarazzo riguardo alla scelta. Riteniamo perciò tutt’altro che inutile aiutare i lettori a orientarsi fra i vari prodotti, fornendo loro una piccola guida. La prima cosa da valutare è l’energia “frigorifera” occorrente per condizionare la propria imbarcazione. Le unità di misura più usate sono le BTU (British Thermal Unit) e le calorie (simbolo Cal); queste ultime si adoperano comunemente nel loro multiplo di fattore 1.000, indicato con kCal. Il dimensionamento dell’impianto presuppone valutazioni riguardo la superficie delle cabine da climatizzare e il posizionamento delle stesse. Una dinette del tipo deck-house, posta in alto, riceverà molto più calore dal sole rispetto a una cabina sottocoperta. Per una valutazione precisa ci si può riferire al diagramma visibile in Figura 1, che fornisce le BTU necessarie al condizionamento in funzione della superficie e del tipo di cabina. Una volta calcolata la superficie da condizionare la si riporterà sull’asse orizzontale e, salendo in verticale a partire da esso, si incontrerà una delle tre rette relative al tipo di cabina da trattare. Una cabina di 15 mq sotto coperta, per esempio, avrà bisogno di circa 9.500 BTU/ora. Qui di seguito potrete trovare una tabella con una stima delle capacità frigorifere richieste per condizionare barche di diversa lunghezza. I valori sono puramente indicativi e servono solo a farsi un’idea degli ordini di grandezza. Febbraio 2005 39 www.solovela.net Articolo pubblicato sulla rivista SoloVela MA I CONDIZIONATORI, COME FUNZIONANO? La danza delle molecole Per capir bene il funzionamento di un condizionatore occorre avere mettere a fuoco alcuni principi fisici, la cui conoscenza rende molto facile la comprensione dei meccanismi implicati. La prima nozione da approfondire è il concetto di calore e temperatura, entità ben distinte fra di loro. Apriamo il Vocabolario Treccani e leggiamo: “Il calore è la forma di energia (energia termica) posseduta da un corpo in virtù del moto microscopico delle molecole che lo compongono”. Sappiamo infatti che le particelle elementari delle quali è costituito un oggetto vibrano incessantemente e l’unica maniera per fermarle del tutto è portarle allo Zero Assoluto, temperatura pari a – 273,15 gradi centigradi. Aumentando la temperatura di un corpo l’”agitazione” media delle sua particelle si amplifica e perciò anche il calore contenuto in quel corpo aumenterà. La temperatura dà invece un’idea della qualità del calore: più è alta e più il calore sarà ”energetico”. La temperatura, a differenza del calore, è una proprietà intrinseca di un oggetto: essa non dipende dalle dimensioni o dalla quantità di materia caratteristiche dell’oggetto sesso. Facciamo qualche semplice esempio per chiarire meglio queste grandezze. Se scaldiamo uno spillo sul fornello potremo facilmente portarlo all’incandescenza mentre per rendere incandescente una sbarra di ferro di qualche tonnellata dovremo ricorrere ad un impianto siderurgico. Le temperature dei due oggetti saranno uguali (circa 900°) ma le quantità di calore possedute saranno molto ma molto diverse, proporzionali alle loro masse. La pasta e la piscina Pensiamo poi ad una bella piscina piena d’acqua a 28°: il calore totale posseduto dall’acqua sarà molto grande eppure non riusciremo a cuocerci un etto di pasta. L’operazione potrà invece essere condotta a termine con un fornelletto ed una pentola con un litro d’acqua, mettendo in gioco una quantità di calore che è una frazione piccolissima di quello contenuto nella piscina. La questione è che il calore della piscina non ha la temperatura (la qualità) necessarie per la cottura mentre l’acqua bollente ce l’ha. Una proprietà importantissima del calore è che si trasferisce invariabilmente dai corpi a temperatura più alta a quelli a temperatura più Lunghezza della barca e spazi interni BTU/h 9 mt con un solo spazio sottocoperta 7.000 12 mt con cabina armatoriale a prua, cabina ospiti doppia e salone 16.000 15 mt con cabina armatoriale a prua, due cabine ospiti doppie e salone 21.000 20 mt con due cabine matrimoniali, due cabine ospiti doppie, salone e cabina equipaggio 44.000 40 Febbraio 2005 bassa. La fiamma del fornello (più calda) riscalda l’acqua (più fredda) come la Coca Cola riscalda il ghiaccio che, infatti, si scioglie. Durante lo scioglimento il cubetto di ghiaccio assorbe però una grande quantità di calore dalla bevanda: il risultato è che il sistema Coca Cola + ghiaccio arriverà ad una temperatura intermedia fra quella iniziale del liquido e quella del ghiaccio. Ci manca un altro “pezzo” per capire bene il meccanismo d’azione del condizionatore (e del frigorifero, visto che i due sono parenti strettissimi): il legame fra temperatura, pressione e stati fisici della materia. Abbiamo visto che la temperatura è funzione dell’attività vibratoria delle molecole: se io comprimo un corpo diminuisco lo spazio a disposizione per la loro “agitazione” e quest’ultima diventerà, in un certo qual modo, più intensa; la temperatura salirà. Provate a gonfiare un gomma con una banale pompa per biciclette: il tubicino che porta l’aria alla valvola si scalderà, e non sarà per l’attrito del pistone che va su e giù (quest’ultimo è infatti troppo lontano). La causa del riscaldamento va cercata nella compressione alla quale l’aria è stata sottoposta. Se la temperatura scende molto e/o la compressione è forte, le molecole potrebbero avvicinarsi a tal punto da cambiare stato e un gas potrebbe, per esempio, diventare liquido in un fenomeno che viene chiamato condensazione. 1 Arri A Aria ria ria ia ccald alld lda da 4 2 3 Acqu Ac qu uaa di di rraffr aafffre ed ddaam dd ddam me m en e nto n tto o Nello schema semplificato di un condizionatore possiamo distinguere il compressore (1) che invia il fluido refrigerante al condensatore (2) raffreddato dall’acqua del mare. Il refrigerante incontra poi una speciale valvola (3) che lo fa espandere e raffreddare; a questo punto va all’evaporatore (4) e lì giunto sottrae calore all’aria ambiente che lo attraversa. Un altro parametro molto importante da valutare è la reversibilità del ciclo, ovvero la possibilità, per l’impianto, di funzionare al “contrario”, riscaldando invece di raffreddare; in questo modo la nostra barca sarà sempre confortevole e potremo usarla tutto l’anno (o quasi). Occorre tener conto che l’efficienza degli impianti a pompa di calore decresce grandemente, nel modo riscaldamento, se la temperatura del mare è più bassa di 10 gradi centigradi. Anche il consumo energetico dell’impianto è molto importante, scalda. Il gas perviene nuovamente al compressore e lì si conclude il La pressione mi cambia lo stato L’evento contrario avverrà diminuendo la pressione: se io lascio espan- ciclo. dere un gas o un liquido le sua molecole avranno più spazio e la loro Notiamo che il processo richiede una certa quantità di energia (non agitazione diminuirà. L’effetto finale sarà una diminuzione della tem- piccola) che serve a mantenere una situazione “contro natura”, ovvero peratura. Proviamo a caricare un accendino: all’interno della bombo- a conservare una porzione di spazio – l’interno della nostra barca – ad letta c’è lo stesso gas nelle due fasi liquida e gassosa. La bomboletta una temperatura stabilmente inferiore rispetto a quella dell’ambiente viene riempita con gas liquido ed una sua parte evaporerà pressuriz- circostante. Quella famosa legge fisica vorrebbe infatti che la barca si zando il contenitore (sigillato): la pressione elevata arresterà il pro- riscaldasse gradualmente, ricevendo calore dall’aria esterna, fino a ragcesso di evaporazione ed il resto del gas rimarrà in forma liquida. Nel giungerne la temperatura (non tenendo conto dell’effetto dell’irraggiamomento in cui apriamo la valvola per trasferire il gas, esso si espan- mento solare). La maggior parte dell’energia consumata dal condizioderà bruscamente e il risultato sarà una repentina diminuzione della natore serve a mantenere in funzione il compressore, il lavoro del quatemperature, nettamente avvertibile al tatto. Durante un’espansione, le consente al fluido refrigerante di trasferire il calore dall’evaporatore cioè nel passaggio da un ambiente con una data pressione ad un altro al condensatore. In pratica, il calore asportato dalle cabine va a “ria pressione inferiore la temperatura si abbassa e questo è l’altro feno- scaldare” l’acqua del mare. meno coinvolto nel processo di raffreddamento. Uscita Vediamo ora come è composto un impianto di refrigedell’aria razione, immaginando di percorrere un ciclo di traVentilatore condizionata Compressore sporto del freddo. Il cuore del sistema è un compressore, azionato da un motore elettrico, che comprime un fluido speciale; quest’ultimo passa facilmente fra dallo stato di vapore aquello liquido e viceversa. La compressione riscalda il fluido, già allo stato di vapore, e lo spinge in una specie di radiatore, detto conAspirazione densatore, raffreddato con acqua di mare. Nel condendell’aria satore ritroviamo quella legge fondamentale della terambiente modinamica enunciata prima: il vapore (caldo) cede il suo calore all’acqua (più fredda). Il gas raffreddato condensa, ritorna allo stato liquido e viene inviato nella parte più fredda della macchina: l’evaporatore. Al suo interno c’è una speciale valvola che lascia espandere il liquido che ritorna allo stato gassoso raffreddandosi notevolmente; il condensatore, Evaporatore diventato a questo punto molto più freddo dell’amscambiatore Condensatore biente, viene fatto attraversare dall’aria che deve essere condizionata. Anche in questo caso c’è una cesParti del condizionatore sione di calore da parte dell’aria ambiente (più calda) La foto di una macchina monoblocco consente di vedere come si al gas (più freddo): l’aria si raffredda ed il gas si ripresentano nella realtà gli organi di un condizionatore. ma a questo punto occorre aprire una parentesi. La maggior parte degli impianti funziona con un’alimentazione a 220 V in corrente alternata, dato che un impianto anche piccolo assorbe più di 1 kW e non è quindi proponibile una sua alimentazione tramite le batterie di bordo. Un piccolo generatore o le colonnine della banchina risolveranno ogni problema. Nel dimensionamento del generatore occorre tenere ben presente che la corrente assorbita all’avviamento è molto più alta di quella richiesta per il funzionamento a regime. Un raddoppio dell’as- sorbimento, e anche qualcosa di più, è sempre da mettere a preventivo. SEPARATI IN BARCA È possibile reperire gli impianti per il condizionamento in diversi tipi. Quelli meno potenti e più compatti si possono trovare nella versione monoblocco o in quella divisa, chiamata split. Nel primo caso il gruppo compressore-condensatore (vedi il box con le spiegazioni tecniche) e l’evaporatore sono Febbraio 2005 41 www.solovela.net Articolo pubblicato sulla rivista SoloVela montati su un unico telaio, sul quale si effettuano tutti gli allacci: tensione di alimentazione, acqua di raffreddamento, uscita dell’aria climatizzata e collegamenti con il pannello di controllo. In Figura 2, possiamo vedere due gruppi di questo tipo, ognuno dei quali tratta una cabina (è possibile trattarne più di una). Il diametro massimo dei tubi per l’aria (cm.17,5 circa) impedisce però di realizzare impianti molto più complicati di quello appena visto. Gli impianti split (Fig. 3) prevedono una separazione fra la parte che tratta l’aria (l’evaporatore-scambiatore, che possono essere anche più di uno) dal compressore-condensatore. I vantaggi sono diversi: l’ingombro complessivo è diviso fra due blocchi che sono, perciò, più facilmente posizionabili e le perdite di pressione nei tubi dell’aria sono eliminate dato che il ventilatore è vicinissimo alle bocchette di uscita. Lo svantaggio è che occorre distribuire il fluido frigorifero lontano dal compressore, in tubazioni di rame che possono rivelarsi piuttosto delicate. Questa configurazione non permette inoltre di mettere più compressori in parallelo: ognuno di essi è infatti collegato a un singolo circuito di evaporatori. L’evoluzione di questo tipo d’impianto è il condizionatore ad acqua refrigerata: l’evaporatore raffredda (o riscalda) l’acqua che, circolando in un circuito chiuso, raggiunge i diversi scambiatori (fan coil) installati nelle cabine. L’impianto di distribuzione dell’acqua è molto meno critico rispetto a quello del fluido refrigerante ed è facile cambiare la potenza dell’impianto mettendo in parallelo più gruppi frigoriferi e usando solo quelli che servono (Fig. 4). Un cenno infine ai fan coil: si tratta di componenti del tutto simili ai radiatori delle auto, costituiti da una serpentina di tubi uniti da tante alette sottili. L’acqua passa nei tubi e raffredda anche le alette a essi collegate; l’aria, aspirata dalle griglie poste in basso, attraversa le già nominate alette, si raffredda e viene emessa dalle bocchette poste in alto (Fig. 5). La massima efficacia nel condizionamento la si ha facendo uscire l’aria dall’alto o indirizzandone il getto verso la parte superiore della cabina: essa, essendo più densa dell’aria calda, tenderà poi a ricadere verso il basso, attraversando tutta l’altezza del locale. CLIMATIZZATORI A CONFRONTO Per passare dalla grammatica alla pratica pubblichiamo qui di seguito una rassegna dei prodotti messi in commercio dalle aziende più importanti CWS 2463S Tipo condizionatore ad acqua refrigerata Alimentazione 400 V Assorbimento (Ampere) 44 Capacità in BTU/h 286.000 in modalità freddo Dimensioni 159 x 72 x 70 cm Peso 390 kg ■ CLIMMA Si tratta di un’azienda italiana che ha in catalogo moltissimi prodotti: impianti monoblocco, split e con compressori centralizzati oltre ad una nutrita serie di accessori quali l’unità di pretrattamento dell’aria Mistral. La gamma delle potenze varia da 4.700 BTU alle quasi 300.000 erogate dai gruppi più grossi. www.climma.it ■ COMPACT 12 RC Tipo Alimentazione Assorbimento (Ampere) Fig 3 – Impianto Split Nello schema di un impianto split si distinguono: in basso a sinistra la pompa per l’acqua di raffreddamento con la sua presa a mare, in alto il gruppo compressore-condensatore e a destra l’evaporatore-scambiatore ■ Capacità in BTU/h Dimensioni Peso ■ MISTRAL 370 Tipo Capacità in Btu/h Portata aria Assorbimento (ampere) unità di pretrattamento e deumidificazione aria 45.000 750 mc/h in modalità freddo 16 in modalità caldo 1,55 condizionatore monoblocco 220 V 3,4 in modalità freddo 3,7 in modalità caldo 10.100 in modalità freddo 12.500 in modalità caldo 53 x 24 x 10 cm 24 kg ■ PANNELLO M4659A Fig 4 Nella foto possiamo vedere un grosso condizionatore a più compressori. Dalla sua uscita è possibile prelevare acqua fredda da mandare a dei fan coil separati che, a loro volta, raffredderanno l’aria 42 Febbraio 2005 Fig 5 Nello schema di un fan coil si distingue facilmente - in basso - il gruppo scambiatore-ventilatore con la griglia d’ingresso per l’aria ed i tubi per l’ingresso e l’uscita dell’acqua e quello per lo scarico della condensa. La bocchetta di uscita dell’aria fredda è posta in alto ed è collegata con un tubo isolato termicamente Il pannello M4659A ha le stesse dimensioni dei prodotti elettrici AVE ed è dotato di termostato e regolazione della velocità del ventilatore. Febbraio 2005 43 www.solovela.net Articolo pubblicato sulla rivista SoloVela ■ CONDARIA Ancora una presenza italiana con una gamma di prodotti in grado di coprire un ventaglio di capacità amplissimo: da 7.000 a 900.000 BTU/h. La maggior parte dei gruppi é di tipo centralizzato ma sono presenti anche macchine monoblocco e split. La gamma Frosty DXC-M prevede macchine monoblocco con potenze che vanno da 7.000 a 16.000 BTU/H mentre i modelli DXC-SP sono split con potenze da 16.000 a 18.000 BTU/h. Condaria propone inoltre Fan Coil, con capacità tra i 2.500 e i 16.000 BTU/h, e molti pannelli di controllo. ■ FROSTY DXC-M 2501 Tipo Alimentazione Assorbimento (Ampere) Capacità in BTU/h Dimensioni Peso condizionatore monoblocco 220 V 6,3 10.000 in modalità freddo 11.400 in modalità caldo 50 x 31 x 31 cm 38 kg ■ PCWM/FCL Tipo Alimentazione condizionatore ad acqua refrigerata 220 o 380 V 15,4 a 22 V monofase Assorbimento (Ampere) 5,55 a 380 V trifase 24.000 in modalità freddo Capacità in BTU/h 30.000 in modalità caldo Dimensioni 66 x 45 x 40 cm Peso 95 kg 44 Febbraio 2005 fan-coil per acqua refrigerata 220 V 218 m3/h 2.500 BTU/h in modalità freddo L’azienda tedesca è un gigante del settore e produce riscaldatori e condizionatori per ogni tipo di veicolo, a ruote o acquatico che sia; anche la produzione di tetti apribili per automobili è importante. La linea dei condizionatori prevede impianti monoblocco (con capacità da 5.000 a 30.000 BTU/h) o ad acqua refrigerata fino a 572.000 BTU/h. I modelli più piccoli sono disponibili anche con alimentazione a 12 o 24 V ed è possibile abbinare facilmente un riscaldatore a gasolio per ottenere, con un minimo consumo, un’efficiente riscaldamento della barca, anche in mari molto freddi. ■ WBCC 5 Tipo Alimentazione Assorbimento (Ampere) Capacità in BTU/h Dimensioni ■ FROSTY DXC-SP 4001 Tipo Alimentazione Assorbimento (Ampere) Capacità in BTU/h Dimensioni Peso ■ FAN-COIL MINI Tipo Alimentazione Portata aria massima Capacità massima ■ WEBASTO condizionatore monoblocco 220 V 2,2 5.000 in modalità freddo 29,5 x 28,5 x 10 cm condizionatore split 220 V 9 16.000 in modalità freddo 18.200 in modalità caldo 40 x 26 x 33 cm 38 kg ■ RISCALDATORE A GASOLIO Alimentazione Capacità in BTU/h Consumo l/h Dimensioni Peso gasolio 6.200 – 26.000 0,19 – 0,9 35,5 x 13,3 x 23,2 cm 4, ■ WBCL0007 Tipo fan coil con ventilatore centrifugo Portata aria 430 m3/h Capacità in BTU/h 9.000 Assorbimento elettrico (Watt) 130 Dimensioni 55 x 41 x 15,5 Peso 10 kg ■ WBCL000763 Tipo ■ WBCP 40 Tipo Alimentazione Assorbimento (Ampere) Capacità in BTU/h Dimensioni Peso condizionatore ad acqua refrigerata 220 V 18 40.000 in modalità freddo 41,5 x 48 x 50 cm 75 kg fan coil con ventilatore tangenziale Portata aria 250 m3/h Capacità in BTU/h 9.000 Assorbimento elettrico (Watt): 46 Dimensioni 44 x 41 x 15,5 Peso 8,5 kg ■ BEZEL BTICINO Questo pannello di controllo, prodotto dalla BTicino, consente di controllare in maniera automatica gli impianti ad acqua refrigerata. E’ possibile impostare una temperatura che verrà mantenuta costante. Febbraio 2005 45