Unità Trattamento Aria: breve guida per un vero risparmio energetico
Quali sono le diverse tecnologie per il recupero del calore e come scegliere quella più adatta ad ogni progetto
I sistemi per il rinnovo dell’aria o Unità Trattamento Aria (UTA) all’interno degli ambienti, sono elementi impiantistici ormai conosciuti e ampiamente diffusi, soprattutto perché giocano un ruolo fondamentale per quanto riguarda la salubrità dell’aria interna denominato Indoor Air Quality IAQ.
Purtroppo, però, questi sistemi sono gli elementi che comportano il maggiore dispendio energetico, soprattutto considerando che gli stessi sono inseriti in contesti edilizi dove l’efficienza dell’involucro è massima, e pertanto le perdite di calore per trasmissione attraverso le strutture opache o vetrate, sono sempre più basse.
È pertanto necessario che i sistemi di trattamento dell’aria vengano dotati di nuove tecnologie atte a ridurre la richiesta di energia. È proprio da tale assunto che il progettista e l’installatore, devono ampliare il loro campo visivo e adottare nuove soluzioni da integrare, oltre ai sistemi di recupero del calore già ampiamente diffusi e conosciuti nell’ambito impiantistico.
Già da anni il mercato impiantistico offre sistemi di recupero del calore da installare nelle normali Unità Trattamento Aria, tra cui si possono citare i recuperatori statici a flussi incrociati, i recuperatori rotativi, a doppia batteria e recuperatori del tipo heat pipe. Ma a questo punto la domanda più normale da porsi è se e quali siano ulteriori accorgimenti che possono essere adottati per ridurre ulteriormente la richiesta di energia.
La risposta si può trovare nell’applicazione di alcune semplici, ma ad oggi ancora poco conosciute, tecnologie, che sono:
- Raffreddamento adiabatico indiretto;
- Recuperatori di calore rigenerativi;
- Recuperatori di calore termodinamici;
- Pozzi provenzali o canadesi.
Ovviamente ognuna di queste soluzioni richiede un’attenta analisi, perché l’inserimento di ulteriori sezioni o
sistemi di recupero possono, se applicati in modo indiscriminato e senza alcuna analisi preliminare, portare ad ottenere risultati opposti rispetto alle aspettative, trasponendo il risparmio illusorio prevedibile, in costi di altro tipo.
Questo significa che molte volte è più vantaggioso equipaggiare l’
unità trattamento aria con recuperatori di calore con efficienza più bassa, perché il risparmio ottenibile da tale elemento, può essere completamente perso a causa dell’aumento di assorbimento elettrico del ventilatore, che si trova a dover sopperire all’aumento di perdita di carico interna della macchina stessa.
Pertanto, nuovi sistemi che possono ridurre ulteriormente i
consumi energetici, non vanno visti come elementi a sé stanti, ma vanno collocati e contestualizzati all’interno di complesso edificio-impianto globale.
Recuperatori di calore a flussi incrociati
I recuperatori di calore a flussi incrociati sono
sistemi di recupero di tipo statico, ossia non hanno alcun elemento in movimento.
Sono caratterizzati dall’
accoppiamento di piastre solitamente metalliche, anche se esistono recuperatori con piastre di carta, opportunamente trattate per irrigidirle e renderle autoestinguenti.
Nel caso di
recuperatori a flussi incrociati con piastre metalliche, è possibile trovare in commercio unità con piastre in alluminio naturale, alluminio rivestito con speciali vernici epossidiche nel caso di utilizzo in ambienti corrosivi, ma anche con piastre in acciaio inox utilizzate in tutte quelle situazioni dove è richiesta la massima igienicità interna della macchina o dove l’aria che lo attraversa ha temperature particolarmente elevate (200°C).
In alcuni casi, infine, per ridurre i costi o nel caso di ambienti aggressivi, possono essere utilizzate materie plastiche o anche vetro.
La
spaziatura tra la piastre è variabile a seconda del tipo di impiego. Il trasferimento di calore all’interno di un recuperatore a flussi incrociati, avviene attraverso il passaggio di calore per convezione, su entrambe le facce della piastra, e per conduzione attraverso lo spessore della piastra stessa. Dato che i
coefficienti convettivi risultano essere molto più piccoli rispetto alla conducibilità termica delle piastre stesse, ne deriva che l’efficienza dello scambio termico non è sostanzialmente influenzata dallo spessore e dal materiale con cui e realizzato il recuperatore.
Solitamente i recuperatori a piastre sono equipaggiati con una
serranda di bypass che esclude dal trattamento di recupero una parte o tutta l’aria esterna. Questo metodo di riduzione della portata, si impiega anche in caso di rischio di brina nel periodo invernale, o molto più semplicemente per sfruttare il
free-cooling o
direct-cooling, ossia in tutte quelle situazioni in cui l’aria esterna ha condizioni di temperatura tale da poterla utilizzare direttamente per riscaldare o raffrescare gli ambienti, senza necessitare di alcun ulteriore trattamento.
Sono sistemi che permettono
rendimenti compresi del 40-70%, con possibilità di raggiungere anche valori pari all’80% nel caso di utilizzo di recuperatori di calore con flussi d’aria in controcorrente.
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VANTAGGI
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SVANTAGGI
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Bassi costi d'installazione e di esercizio;
Completa separazione dei flussi;
Assenza di parti in movimento;
Facile adattabilità a ogni impiego;
Prodotti con materiali adeguati alle caratteristiche dei diversi ambienti;
Basse perdite di carico;
Alta efficienza;
Facile pulizia e minima manutenzione;
Azione efficace per lo smorzamento dei rumori.
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Non può essere completamente esclusa la possibilità di contaminazione tra i flussi e pertanto sono da evitare dove è richiesta la massima asepsi;
Notevole ingombro richiesto per l’installazione;
Il trasferimento di calore latente avviene solo se la temperatura della superficie del recuperatore scende sotto il punto di rugiada di una delle due correnti d’aria, condensandone l’umidità presente.
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Recuperatori di calore rotativi
I
recuperatori di calore rotativi sono costituiti da un rotore cilindrico caratterizzato da migliaia di micro canali che garantiscono una superficie complessiva di scambio molto elevata, da un telaio di contenimento completo di guarnizioni a spazzola per minimizzare il trafilamento fra i flussi d'aria di immissione e di espulsione e da un sistema di azionamento formato da un motore elettrico che può essere munito di un regolatore di velocità.
Nei recuperatori di calore rotativi lo scambio avviene per
accumulo di calore nel rotore. Il ciclo di scambio avviene tramite la rotazione del cilindro nel quale l'aria di espulsione attraversa una metà dell'involucro e cede calore alla matrice del rotore che lo accumula. L'aria di rinnovo, che attraversa l'altra metà, assorbe il calore accumulato. Proseguendo la rotazione, le parti che assorbono e cedono calore si invertono continuamente, ed il processo può continuare in maniera infinita.
In
regime estivo è l'aria esterna a essere raffreddata e deumidificata; in regime invernale l'aria entrante, fredda e secca, assorbe calore dal rotore ed eventualmente umidità, negli apparecchi predisposti con superfici igroscopiche.
La regolazione della velocità di rotazione permette di escludere il surriscaldamento dell’aria soprattutto nelle stagioni intermedie, garantendo al contempo di massimizzare il recupero energetico dell’unità. La quantità di calore recuperata, infatti, aumenta all'aumentare della velocità di rotazione ed è per questo motivo che la velocità viene regolata sulla rilevazione della temperatura dell’aria.
Questo tipo di recuperatore permette
rendimenti fino a valori pari a 85%.
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VANTAGGI
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SVANTAGGI
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Rese particolarmente elevate;
Possibilità di recupero dell'umidità oltre che del calore;
Minore ingombro rispetto ai recuperatori di tipo a flussi incrociati.
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Contaminazione tra i due flussi per trascinamento e per trafilamento.
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Cudicio Maurizio – Libero Professionista www.proenco.it
Anatomia di una UTA: come si valuta una macchina
Intervista all’ing. Massimo Nicoli, responsabile R&D Cetra, Galletti Group
La ricerca e sviluppo delle UTA Cetra è mirata al raggiungimento dei più alti standard di efficienza energetica e di qualità dell’aria indoor (IAQ), lo dimostra l'appartenenza al programma Eurovent per le centrali di trattamento aria.
Dal punto di vista del risparmio energetico, Cetra offre otto diverse tipologie di involucro con caratteristiche di isolamento termico via via crescenti per minimizzare le dispersioni di calore verso l’esterno, oltre a una vasta serie di accessori di ultimissima generazione.
Tra questi vale la pena citare i ventilatori plug-fan (rigorosamente made in Germany), con motore a magneti permanenti ed elettronica integrata, sui quali il Gruppo Galletti, di cui l'azienda fa parte, sta puntando ormai da diversi anni.
Ing. Nicoli, quali sono i vantaggi più interessanti che derivano dall’installazione di una UTA di ultima generazione e quali innovazioni tecnologiche avete introdotto negli ultimi anni?
«Una delle nostre linee guida è la massimizzazione dei rendimenti di ventilazione che, da un punto di vista meramente quantitativo, comportano le maggiori riduzioni dei consumi di energia elettrica attuabili all’interno di una centrale di trattamento aria. Parallelamente, la nostra azienda è da sempre molto attenta ad adottare soluzioni mirate a ridurre a 360° i costi di gestione e l’impatto ambientale. Ad esempio, abbiamo ormai abbandonato tecnologie di controllo umidità, quali il pacco bagnato o il lavatore adiabatico: oltre a causare grandi sprechi di acqua potabile, queste soluzioni potevano infatti causare oneri di manutenzione che, se non adempiuti, avrebbero potuto generare importanti problemi sanitari. Per questa ragione, nelle nuove UTA si utilizzano quasi esclusivamente dispositivi di umidificazione ad altissima efficienza, quali i produttori a ultrasuoni e a elettrodi immersi.
Al termine di questo breve excursus, non dobbiamo trascurare il fatto che ogni UTA deve necessariamente interagire con altre unità di produzione di energia termica (e/o frigorifera), motivo per cui abbiamo sviluppato, all’interno del gruppo, un sistema proprietario di supervisione di impianto (sia a livello software che hardware) in grado di massimizzare l’efficienza di tutto l’impianto, per esempio composto da Pompa di calore, UTA e fancoils. Esso permette la gestione contemporanea di tutti gli organi dell’impianto, garantendo in ogni istante il massimo comfort e risparmio energetico. In questo senso, a mio avviso, le UTA di nuova generazione non possono prescindere dall’integrazione con il resto dell’impianto all’interno del quale vanno a collocarsi, e noi stiamo lavorando molto in questa direzione».
Tipicamente in quali tipologie di edifici si installa una UTA?
«Quasi ogni tipologia di edificio può essere condizionata tramite una centrale di trattamento aria; per questo motivo parlare di UTA come un unico prodotto è riduttivo. Cetra offre, infatti, quattro diverse gamme di prodotti per assecondare le richieste specifiche di altrettanti settori che hanno necessità solitamente ben definite. Sulla base di quanto riporta il nostro sito, mi riferisco ai seguenti settori:
Settore farmaceutico: si tratta di centrali trattamento aria progettate per garantire la massima tenuta delle sezioni filtranti ad alta efficienza, con particolare attenzione al posizionamento delle sezioni ventilanti. Vanno menzionate inoltre le applicazioni con rotore di essiccazione e unità di processo/rigenerazione, per il rigoroso mantenimento dei parametri di temperatura/umidità ambientale e per garantire le condizioni di sterilità e purezza richieste dalle aziende chimiche e dalle aziende farmaceutiche.
Settore Alimentare: per questo settore abbiamo elaborato centrali trattamento aria con struttura priva di sporgenze interne, nelle quali tutte i componenti interni sono accessibili ed estraibili per permettere con estrema facilità il lavaggio e il drenaggio dei prodotti di igienizzazione. Qui si installano ventilatori plug-fans verniciati a polvere per garantire il minimo di spigoli vivi ed assicurare la massima resistenza alla corrosione nel tempo.
Settore ospedaliero: le centrali trattamento aria per questo settore sono progettate per garantire le massime condizioni di igiene interna, hanno come peculiarità la facilità di pulizia e di sanificabilità di tutte le sezioni, con particolari accorgimenti nelle vasche e sotto-vasche di raccolta condensa/drenaggio fluidi di sanificazione, con doppie inclinazioni e pilette di scarico. CTA con telaio in alluminio, i principali componenti che caratterizzano la costruzione di questi prodotti sono in acciaio inox AISI 304 o AISI 316.
Settore piscina: per questo campo di applicazione le CTA sono progettate per garantire la massima durata della componentistica soggetta a usura veloce, in quanto sottoposta a condensa di vapori carichi di cloro. Si presta particolare attenzione alle verniciature/trattamenti anticorrosivi, nonché all’impiego di batterie e ventilatori appositamente selezionati. Su queste centrali trattamento aria è necessario che venga “prodotta” aria secca che sia in grado di deumidificare la piscina, funzione fondamentale per evitare danneggiamenti strutturali all’edificio.
Oltre alle macchine progettate appositamente per i settori sopra elencati, possiamo realizzare macchine completamente customizzate per incontrare qualsiasi esigenza, come resistenza a temperature estreme, resistenza all’aggressione di agenti chimici, sterilità delle sezioni, etc. Come dicevo, il mondo UTA si presta praticamente a qualsiasi campo di applicazione nel campo del condizionamento e trattamento dell’aria».
Oltre al grado di recupero del calore, quali sono gli altri parametri che consentono di valutare l’efficienza globale di una macchina?
«Come risulta da tutte le nostre schede tecniche, vengono tenuti in considerazione i seguenti aspetti:
Trafilamento dell’involucro a pressione, che indica qual è la portata di aria che trafila dalla carpenteria verso l’esterno a una pressione di prova di 700Pa;
Fattore di ponte-termico, che indica qual è la potenza termica dissipata attraverso i ponti termici presenti sulla struttura;
Trasmittanza termica dell’involucro, che indica qual è la trasmittanza termica dell’involucro dell’UTA con considerazioni molto simili a quelle che vengono solitamente fatte in ambito civile per caratterizzare la classe energetica degli involucri edilizi;
By-pass filtri: indica qual è il fattore di by-pass delle sezioni filtranti.
Oltre ai suddetti parametri di efficienza energetica, in ogni nostra scheda tecnica viene indicata la classe di resistenza meccanica dell’involucro, realizzabile da Cetra su specifica del cliente con diverse tipologie di profilati e sistemi di giunzione per soddisfare tutte le necessità della committenza.
Tornando a un concetto che esprimevo in precedenza, tutti questi parametri sono controllati e garantiti dall’ente Eurovent che certifica le prestazioni delle nostre macchine».
Non condivido le tue idee, ma darei la vita per vederti sperculeggiare quando le esporrai.