I ventilconvettori canalizzabili a soffitto (FCU) sono tra i dispositivi terminali più comuni nei sistemi HVAC aria-acqua. Sono ampiamente utilizzati negli edifici per uffici, negli hotel, negli ospedali, nei complessi commerciali e in applicazioni simili. Una FCU non genera capacità di raffreddamento da sola. Invece, l'acqua refrigerata circola attraverso la serpentina e una ventola spinge l'aria interna o l'aria primaria attraverso la superficie della serpentina per lo scambio di calore sensibile e latente, ottenendo così raffreddamento e deumidificazione. Pertanto, la scelta della FCU non può basarsi semplicemente sulla stima della superficie. Dovrebbe essere determinato in modo completo sulla base di calcoli dettagliati del carico di raffreddamento, parametri del sistema di acqua refrigerata, condizioni di progettazione interna, flusso d'aria, caduta di pressione dell'acqua, pressione statica esterna e requisiti di controllo.
Questo articolo spiega sistematicamente i principi di selezione e i parametri tecnici chiave delle FCU nascoste nel controsoffitto da un punto di vista professionale, con l'obiettivo di fornire riferimenti tecnici utilizzabili per progettisti HVAC, appaltatori, gestori di strutture e personale addetto agli approvvigionamenti.
1. Ruolo delle FCU nei sistemi HVAC
Una FCU è un dispositivo terminale in un sistema aria-acqua. La sua capacità di raffreddamento proviene da una fonte di raffreddamento centrale, come un refrigeratore o un impianto di refrigerazione modulare, e viene fornita al terminale attraverso tubazioni di alimentazione e ritorno di acqua refrigerata. Le temperature tipiche di mandata e ritorno dell'acqua refrigerata sono 7°C/12°C, o 6°C/12°C e 7°C/13°C, a seconda della progettazione del sistema. Una FCU non contiene un compressore o un circuito frigorifero. Pertanto, la sua efficienza energetica non può essere valutata mediante EER o SEER. Gli indicatori di performance di una FCU comprendono principalmente:
Capacità di raffreddamento nominale (capacità sensibile + capacità totale)
Rapporto del calore sensibile (SHR)
Portata acqua refrigerata e perdita di carico dell'acqua
Portata del flusso d'aria (alta/media/bassa velocità)
Pressione statica esterna
Livello di rumore
Consumo energetico per flusso d'aria unitario
2. Fattori chiave che influenzano la scelta della FCU
2.1 Calcolo del carico di raffreddamento interno
Il nocciolo della scelta della FCU è la determinazione del carico di raffreddamento dell'ambiente o della zona, compresi il carico sensibile e il carico latente. Il carico di raffreddamento deve essere calcolato mediante un software di calcolo del carico professionale secondo ASHRAE o standard locali. Gli input principali includono:
Trasferimento di calore dell'involucro, inclusi pareti, tetto, finestre, tipo di vetro e coefficiente di ombreggiamento
Guadagno di calore derivante dalla radiazione solare, incluso orientamento, rapporto finestra-parete e ombreggiatura esterna
Guadagno di calore e umidità da parte degli occupanti, compreso il calore sensibile e latente
Guadagno di calore dell'illuminazione e delle apparecchiature
Carico d'aria esterna, se il sistema gestisce l'aria esterna
Guadagno di calore per infiltrazione o apertura della porta
La stima basata sull'area, come i watt per metro quadrato, può essere utilizzata solo per una stima preliminare e non può sostituire il calcolo dettagliato. Negli edifici commerciali, il rapporto di calore sensibile varia notevolmente tra le diverse stanze, quindi i calcoli devono essere eseguiti separatamente.
2.2 Area della stanza e altezza del soffitto
L'area della stanza influisce sul carico di raffreddamento, ma non è l'unico fattore. L'altezza del soffitto influisce sul volume dell'aria, ma il suo impatto sul carico di raffreddamento è solitamente inferiore a quello dell'involucro, delle finestre, degli occupanti e delle apparecchiature. A meno che l'altezza del soffitto non sia eccezionalmente ampia, come negli ingressi o negli atri, in genere non è necessario applicare una semplice regola come aumentare la capacità di raffreddamento del 10% per ogni metro in più. Invece, il volume effettivo e il tasso di ricambio d'aria dovrebbero essere incorporati nel calcolo del carico.
2.3 Temperatura e portata di mandata e ritorno dell'acqua refrigerata
La capacità di raffreddamento dell'FCU diminuisce all'aumentare della temperatura di fornitura dell'acqua refrigerata e aumenta all'aumentare della differenza di temperatura tra mandata e ritorno. Durante la selezione dovrà essere chiaramente definito:
Temperatura di fornitura dell'acqua refrigerata, ad esempio 7°C
Differenza di temperatura mandata-ritorno, ad esempio 5°C
Portata acqua refrigerata, in L/s o m³/h
Caduta di pressione dell'acqua, in kPa
Pressione di esercizio del sistema
La capacità di raffreddamento dello stesso modello di FCU può differire di oltre il 20% a diverse temperature dell'acqua. Pertanto la scelta non può basarsi esclusivamente sul valore nominale riportato a catalogo.
2.4 Portata d'aria e pressione statica esterna
Il flusso d'aria determina la distribuzione dell'aria e l'uniformità della temperatura. Le FCU nascoste nel soffitto solitamente hanno velocità della ventola alta, media e bassa. Durante la selezione, la portata d'aria deve essere determinata in base ai requisiti di distribuzione dell'aria nell'ambiente e la pressione statica esterna deve essere controllata per confermare se è sufficiente a superare la resistenza dei condotti di alimentazione, dei condotti di ritorno, delle prese d'aria e dei filtri. Se la pressione statica esterna è insufficiente, il flusso d'aria effettivo sarà inferiore al valore nominale, con conseguente riduzione della capacità di raffreddamento e distribuzione non uniforme della temperatura.
2.5 Rapporto del calore sensibile (SHR)
Il rapporto di calore sensibile è il rapporto tra la capacità di raffreddamento sensibile e la capacità di raffreddamento totale. Camere diverse hanno valori SHR diversi:
Uffici e sale computer: SHR relativamente alto, 0,85–0,95
Sale conferenze, ristoranti e aree densamente occupate: SHR relativamente basso, 0,70–0,85
Reparti ospedalieri e laboratori: determinati in base alle esigenze di processo
Durante la selezione, l'SHR della FCU dovrebbe corrispondere all'SHR del carico della stanza. In caso contrario, potrebbero verificarsi condizioni come "la temperatura soddisfa il setpoint ma l'umidità supera il limite" o "deumidificazione eccessiva che porta al consumo di energia di riscaldamento".
2.6 Requisiti relativi al rumore
Le FCU sono installate sopra il soffitto e il rumore viene trasmesso nella stanza attraverso le bocchette dell'aria di mandata, le bocchette dell'aria di ripresa e l'irraggiamento del soffitto. Durante la selezione è necessario prestare attenzione a:
Livello di pressione sonora dell'unità, dB(A)
Rumore a velocità media della ventola
Se è necessaria una scatola a pressione statica fonoassorbente
Isolamento delle vibrazioni e connessioni flessibili all'interno del vuoto del soffitto
Per gli spazi sensibili al rumore come ospedali, hotel, biblioteche e studi di registrazione, dovrebbero essere selezionati modelli a basso rumore e dovrebbero essere previste misure di isolamento dalle vibrazioni.
2.7 Controllo e integrazione di sistema
Il moderno controllo della FCU solitamente include:
Controllo della ventola a tre velocità
Valvola acqua motorizzata, a due o tre vie
Termostato interno con impostazione della temperatura, selezione della velocità della ventola e cambio di modalità
Collegamento in rete con sistemi di building automation (BAS/BA)
Modalità di risparmio energetico, avvio/arresto programmato e blocco della presenza
Durante la selezione è necessario verificare che l'interfaccia di controllo sia compatibile con il sistema di automazione del progetto e che siano riservate valvole motorizzate, termostati e cavi di rete.
3. Procedura di selezione della FCU
Raccogliere le condizioni di progettazione: temperatura interna a bulbo secco, umidità relativa, temperatura di fornitura e ritorno dell'acqua refrigerata, parametri dell'aria esterna e requisiti di rumore.
Calcolare il carico di raffreddamento: calcola il calore sensibile, il calore latente, il calore totale e l'SHR per ogni stanza.
Determinare la portata del flusso d'aria: determinare in base alla distribuzione dell'aria, al tasso di ricambio dell'aria e alla differenza di temperatura dell'aria di mandata.
Selezionare preliminarmente il modello FCU: selezionare inizialmente in base alla capacità di raffreddamento totale, alla capacità di raffreddamento sensibile, all'SHR, alla portata d'aria e alla pressione statica esterna.
Controllare i parametri lato acqua: verificare se la portata dell'acqua refrigerata, la caduta di pressione dell'acqua e la differenza di temperatura tra mandata e ritorno corrispondono al sistema.
Controlla il rumore: garantire che il rumore a velocità media della ventola soddisfi i requisiti della stanza.
Conferma lo schema di controllo: valvola motorizzata, termostato e metodo di rete.
Esaminare le condizioni di installazione: spazio nel soffitto, pannello di accesso, pendenza di drenaggio della condensa e isolamento.
Finalizzare modello e quantità.
4. Errori comuni di selezione
Stima della capacità di raffreddamento solo per area: ignorando l'orientamento, il rapporto finestra-parete, gli occupanti, le apparecchiature e l'aria esterna.
Utilizzo di EER/SEER per valutare le FCU: Le FCU non hanno compressore, quindi questi indicatori non sono applicabili.
Ignorando la correzione della temperatura dell'acqua refrigerata: le capacità di raffreddamento del catalogo si basano generalmente su condizioni standard e devono essere corrette quando le temperature effettive dell'acqua differiscono.
Ignorando la caduta di pressione e la portata dell'acqua: porta ad una prevalenza della pompa insufficiente o ad uno squilibrio idraulico.
Ignorando la pressione statica esterna: flusso d'aria insufficiente quando la resistenza del condotto è elevata.
Ignorando la corrispondenza SHR: provocando la perdita di controllo dell'umidità o il consumo di energia per il riscaldamento.
Ignorando l'isolamento dal rumore e dalle vibrazioni: influiscono sul comfort interno.
Ignorare lo scarico della condensa: causando perdite d'acqua e formazione di muffe sopra il soffitto.
Ignorare la compatibilità dei controlli: impossibilità di connettersi al sistema BA.
5. Conclusione
La scelta delle FCU nascoste nel soffitto è un compito tecnico sistematico. Dovrebbe basarsi su calcoli dettagliati del carico di raffreddamento e considerare in modo esaustivo la temperatura dell'acqua refrigerata, la portata, la caduta di pressione dell'acqua, la portata del flusso d'aria, la pressione statica esterna, il rapporto termico sensibile, il rumore, il controllo e le condizioni di installazione. La stima basata sull'area può essere utilizzata solo per schemi preliminari e non può sostituire il calcolo del carico professionale. Una FCU di per sé non genera capacità di raffreddamento e la sua efficienza energetica non viene valutata tramite EER/SEER. Invece, si dovrebbe prestare attenzione ai parametri lato acqua, ai parametri lato aria e all’efficienza energetica complessiva del sistema.
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Riferimento
- Manuale ASHRAE - Fondamenti. Società americana degli ingegneri del riscaldamento, della refrigerazione e del condizionamento dell'aria.
- Manuale di progettazione dei sistemi HVAC. McGraw-Professionista della collina.