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Dimensionamento canali

approfondimento termotecnica

Impianti di ventilazione, climatizzazione e condizionamento con canali d’aria

I canali d’aria (o canalizzazioni aerauliche) costituiscono quella parte degli impianti di ventilazione, climatizzazione e condizionamento deputate al trasporto e alla distribuzione dell’aria.
Gli impianti di ventilazione si occupano del trasporto dell’aria di rinnovo negli ambienti o di estrazione dell’aria dagli ambienti, mentre negli impianti di climatizzazione e di condizionamento l’aria trasportata è preventivamente trattata per essere utilizzata come fluido termovettore.

render canali
Diversi sono gli aspetti da tenere in considerazione quando si progettano le reti aerauliche. In primis c’è la questione della destinazione d’uso dell’impianto, che definisce naturalmente alcuni importanti parametri per il dimensionamento canali di cui tenere conto. La progettazione dei canali d’aria si presenta dunque come l’insieme di elementi che sono più o meno numerosi in funzione del tipo di impianto considerato: lo spazio disponibile, le perdite di carico massime da considerare, la velocità dell’aria e il livello di rumorosità, le perdite dovute alla tenuta, lo scambio termico. Per questo motivo la progettazione di un impianto aeraulico deve necessariamente passare da un elenco di fasi ben definito che descrivono e circoscrivono la problematica rendendola più lineare e a costi contenuti. Queste fasi sono: CLASSIFICAZIONE; VELOCITA’, PRESSIONE, SPAZI DISPONIBILI E ASPETTO ESTETICO. Analizziamo singolarmente queste fasi.
CLASSIFICAZIONE:
Una prima classificazione riguarda la natura dell’utilizzo a cui sarà sottoposta la rete aeraulica, cioè se sarà utilizzata per “immettere” o per “prelevare” aria dagli ambienti. Quanto detto consente di effettuare la seguente classificazione, sostanzialmente ininfluente sulla tecnologia costruttiva:

  • Condotte di mandata
  • Condotte di ripresa

VELOCITA’:
Un altro aspetto da tenere fortemente in considerazione durante la fase di progettazione dei canali è la velocità dell’aria attraverso le condotte. Tutti gli impianti aeraulici vengono suddivisi, principalmente, in due categorie: ad alta e a bassa velocità e distinguendo tra impianti commerciali/residenziali e impianti industriali. Possiamo utilizzare questo schema semplificatorio:

Per condotte di mandata

Impianti commerciali e residenziali Bassa velocità: fino a 10 m/s (compresa tra 5 e 8)
Alta velocità: oltre 12 m/s
Impianti industriali Bassa velocità: fino a 12 m/s (compresa tra 7 e 12)
Alta velocità: da 12 m/s a 25 m/s

Per condotte di ripresa

Impianti commerciali e residenziali Bassa velocità: fino a 9 m/s (compresa tra 4.5 e 7)
Impianti industriali Bassa velocità: fino a 10 m/s (compresa tra 5 e 9)

La scelta della velocità è molto importante nella fase di progettazione e influenza significativamente altri parametri di cui tenere conto: la rumorosità e la classe di tenuta dei canali.

PRESSIONE
Relativamente alla pressione possiamo classificare in base a

  • Impianti a bassa pressione: fino a 900 Pa-> ventilatore classe I
  • Impianti a media pressione: da 900 a 1700 Pa-> ventilatore classe II
  • Impianti ad alta pressione: da 1700 a 3000 Pa-> ventilatore classe III

La pressione totale è la somma della pressione dinamica e di quella statica: ptot = pd+ps
Per sistemi ad alta pressione sono più indicate canalizzazioni circolari in quanto, a parità di superficie della sezione, hanno meno perimetro e dunque meno attrito da contatto. Per impianti di media e bassa pressione si utilizzano generalmente canali a sezione rettangolare.

CLASSI DI TENUTA
Relativamente alle classi di tenuta ne distinguiamo principalmente 3 categorie, in funzione delle esigenze e della destinazione d’uso a cui sono destinati gli impianti:

  • Classe di tenuta A: perdite per fughe d’aria ammessa pari a 2,4 l/s x m2 (con pressione di prova a 1000 Pa). Impianti di ventilazione con esigenze standard quali sale riunioni, aule, laboratori, uffici, altro…
  • Classe di tenuta B: perdite per fughe d’aria ammessa pari a 0,8 l/s x m2 (con pressione di prova a 1000 Pa). Impianti di ventilazione con esigenze più elevate come ambienti sterili (camere bianche)
  • Classe di tenuta C: perdite per fughe d’aria ammessa pari a 0,28 l/s x m2 (con pressione di prova a 1000 Pa). Impianti di ventilazione con le massime esigenze di tenuta come per ambienti di industrie nucleari etc…

SPAZI DISPONIBILI E ASPETTO ESTETICO
La progettazione dei canali d’aria non può prescindere dal considerare un altro importante aspetto, le dimensioni. Spesso a impianti “importanti” sono associate notevoli dimensioni dei canali che possono creare problemi di installazioni non indifferenti. Nelle applicazioni industriali generalmente lo spazio per la collocazione dei canali è perlopiù disponibile date le notevoli dimensioni dei capannoni e fabbricati industriali, ma nelle applicazioni civili (residenziali, alberghi, uffici etc) questo può essere un problema anche in ragione del fatto che la forma delle canalizzazioni riveste un ruolo importante anche per quel che riguarda l’aspetto economico. C’è poi l’aspetto estetico, elemento quest’ultimo che ha visto crescere, e non di poco, la sua importanza negli ultimi anni insieme alla presa di coscienza che gli impianti aeraulici sono, sempre più spesso, indispensabili. La ricerca di soluzioni costruttive adeguate dal punto di vista estetico e degli spazi disponibili riveste, pertanto, un ruolo molto importante nella progettazione.

MATERIALI
Sebbene i materiali con cui si costruiscono le canalizzazioni siano diversi, possiamo affermare che quelli principalmente usati sono i seguenti:

  • Lamiera zincata: è sicuramente il materiale più utilizzato grazie alla sua versatilità. È facilmente tagliabile e modellabile, inoltre dispongono già di varie tipologie di pezzi speciali che permettono le transizioni tra le varie forme. Sono normalmente rivestiti di altri materiali per ridurre perdite di calore e prevenire formazioni di fenomeni di condensa.
  • Alluminio pre-isolato: ottima alternativa alla lamiera zincata, sono molto leggeri e più adatti per le installazioni esterne.
  • Tubo flessibile: data la sua caratteristica principale di tubo flessibile, viene spesso utilizzato per unire i terminali (bocchette/diffusori) ai canali rigidi principali. Tuttavia determina perdite di carico maggiori rispetto alle tipologie rigide e pertanto i progettisti tendono a limitarne l’uso il più possibile.

OTTIMIZZAZIONE DI UNA RETE AERAULICA
L’ottimizzazione di una rete aeraulica passa attraverso degli accorgimenti, alcuni dei quali sono di seguito elencati:

  • Riduzione del numero di pezzi speciali (curve, riduzioni, derivazioni, cambiamenti e raccordi di sezione): i cambi di forma o direzione introducono perdite localizzate, quindi maggiori problemi di bilanciamento, ventilatori più potenti e costi maggiori per la realizzazione dei pezzi speciali.
  • Utilizzazione dei plemun: per contenere il numero di riduzioni tipicamente in prossimità dei terminali;
  • Conseguimento del rapporto di forma k per le condotte rettangolari preferibilmente minore di 2 e comunque mai maggiore di 4: in caso di utilizzazione di canali rettangolari il rapporto di forma ideale A/B (dove A è il lato maggiore) è pari ad 1 (A=B). All’aumentare di A aumenta il materiale da impiegare poiché aumenta il perimetro, aumenta il peso poiché si deve utilizzare materiale più spesso, aumenta quindi anche il costo degli ancoraggi. Non solo, poiché per rapporti di forma tendenti a 4 aumentano anche le perdite di carico, al fine di ottenere il medesimo risultato in termini di portate garantite, si renderebbe necessario aumentare anche la potenza dei ventilatori, con un conseguente aumento dei costi energetici.
  • Poiché si progetta in base al diametro equivalente (De), in caso di canale rettangolare è auspicabile scegliere il rapporto di forma più vicino a 1 che abbia il De equivalente desiderato.

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