Distribuzione dell’aria nei sistemi HVAC

Gli spazi condizionati e non condizionati offrono condizioni di comfort che variano a seconda dell’ambiente in cui ci troviamo. Questa sensazione è legata a diversi fattori fisici dell’aria: l’umidità, la temperatura, la velocità dell’aria e il livello di rumore.

I primi due fattori vengono gestiti attraverso il condizionamento dell’aria, cioè con l’unità di trattamento (fan coil, unità di trattamento aria, ecc.), mentre gli altri due si gestiscono con le unità terminali (diffusori, griglie). Queste ultime si calcolano e si selezionano in base a uno standard, per distribuire l’aria negli ambienti con velocità ottimali e il minor livello di rumore possibile, tramite la tecnica chiamata “diffusione dell’aria”. Una corretta distribuzione è parte integrante di qualsiasi sistema HVAC ben progettato.

Diffusione dell’aria

Per immettere aria in un ambiente è necessario ricorrere alla “diffusione dell’aria”, il cui obiettivo primario è distribuire l’aria in modo corretto, evitando di generare zone di ristagno che comporterebbero aree non ventilate e con una maggiore concentrazione di CO2. Si tratta di zone caratterizzate da una qualità dell’aria non uniforme, che possono impedire di ottenere un ambiente a temperatura omogenea e con una buona qualità dell’aria interna in tutta la zona occupata.

Nella diffusione dell’aria, il fattore che influenza direttamente il comportamento dell’aria è la velocità. Prima di attraversare un elemento di diffusione (griglia o diffusore l’aria avanza a una certa velocità, detta velocità al collo; quando attraversa le alette si parla di velocità effettiva; una volta uscita dalle alette si parla di velocità di uscita. Queste velocità conferiscono all’aria l’impulso necessario per raggiungere determinate distanze (lanci) e generare livelli di rumore accettabili per le diverse applicazioni. Inoltre, permettono di creare ambienti confortevoli quando si raggiunge la velocità terminale, quella che influisce direttamente sugli occupanti ed è responsabile di un buon comfort termico.

Velocità terminale

Le velocità generate quando l’aria attraversa un elemento di diffusione permettono di creare ambienti confortevoli attraverso la velocità terminale. È la velocità presente nelle zone occupate ed è quella a diretto contatto con gli occupanti. Di norma esiste un valore obiettivo da raggiungere per ottenere un buon comfort termico: per applicazioni commerciali si aggira tra 0,2 m/s e 0,3 m/s.

Come si raggiungono queste velocità? Gran parte della diffusione si concentra sul comportamento dell’aria all’uscita del diffusore o della griglia. Esistono elementi che immettono l’aria generando diversi schemi di distribuzione e deflessioni della vena d’aria; queste deflessioni indicano come l’aria entrerà negli ambienti condizionati.

Quando l’aria viene immessa in verticale (senza deflessione), bisogna considerare che la velocità con cui si muove può influire sulla velocità terminale: l’altezza gioca quindi un ruolo importante. Quando invece si immette aria con deflessione orizzontale, è possibile sfruttare il cosiddetto “effetto Coanda”, ossia il comportamento dell’aria quando si trova a una distanza inferiore a 30 cm dal soffitto o dal controsoffitto. Questo effetto è utile con altezze inferiori a 4 m, perché permette di miscelare l’aria al di sopra della zona occupata e di ottenere una temperatura omogenea in tutto l’ambiente.

Applicazione dell’effetto Coanda

Per sfruttare l’effetto Coanda è indispensabile conoscere il comportamento dell’aria in tali condizioni. L’effetto si genera solo in presenza di un soffitto o controsoffitto a una distanza inferiore a 30 cm; non si produce quando queste condizioni non sono soddisfatte, come nel caso delle installazioni a vista.

Quando si genera l’effetto Coanda, l’aria avanza aderente al soffitto diminuendo progressivamente la velocità e aumentando la temperatura, cioè si miscela con l’aria dell’ambiente fino a staccarsi dal soffitto ed entrare nella zona occupata con le condizioni necessarie per un buon comfort termico. Il punto in cui l’aria si stacca dal soffitto è indicato nelle schede tecniche dei produttori, che di norma forniscono i valori di selezione come portata d’aria, perdita di carico, velocità, livelli di rumore e lancio; quest’ultimo è il valore che consente di ottenere velocità terminali confortevoli e il comportamento dell’effetto Coanda.

I produttori indicano abitualmente tre valori di lancio, riferiti a diverse velocità dell’aria. Ad esempio, lancio X1-X2-X3: il primo valore (X1) si riferisce a una velocità dell’aria di 0,75 m/s, il secondo (X2) a 0,5 m/s e l’ultimo (X3) a 0,25 m/s. Quando l’aria avanza con l’effetto Coanda genera il cosiddetto “punto critico”, ossia il momento in cui si stacca dal soffitto: ciò avviene quando l’aria scende a una velocità di 0,5 m/s, cioè in corrispondenza del lancio X2. Superato questo punto, l’aria che scende continua a miscelarsi fuori dalla zona occupata, fino a raggiungere valori di temperatura e velocità compatibili con le condizioni di comfort.

Effetto Coanda

L’effetto Coanda è molto utile per distribuire correttamente l’aria all’interno di un ambiente condizionato, nel rispetto di alcune condizioni: un controsoffitto o soffitto a una distanza non superiore a 30 cm e altezze superiori a 3,5-4 m.

Quando l’effetto Coanda non si genera, i valori di lancio forniti dai produttori si riducono di circa il 25% rispetto a quelli riportati nelle tabelle: non potendo avanzare aderente al controsoffitto, l’aria scende prima di completare il lancio indicato (installazioni a vista, condotti spiroidali, ecc.). Questa è considerata una correzione del lancio in assenza di effetto Coanda.

Esiste però un’altra correzione, legata al delta T dell’aria. Ad esempio, quando l’aria di mandata ha un delta T di 11 °C rispetto all’aria ambiente (23 °C in ambiente e 12 °C di mandata) si parla di lancio non isotermico. In questo caso, se l’aria di mandata è più fredda di quella ambiente, il lancio si riduce dell’1,5% per ogni °C di differenza di temperatura; se invece è più calda, il lancio aumenta del 2% per ogni °C di differenza.

Conclusioni

La diffusione dell’aria deve avere come obiettivo principale generare un buon comfort termico e garantire una corretta movimentazione dell’aria. La progettazione o l’installazione degli elementi di rivestono un ruolo fondamentale per il comfort percepito dagli occupanti: se non si generano sensazioni di comfort all’interno degli ambienti condizionati, aumenta il numero di persone insoddisfatte, il che si traduce in una cattiva diffusione dell’aria.

È importante ricordare che il comportamento dell’aria può essere influenzato dall’effetto Coanda e dalla temperatura di immissione: per questo occorre studiare e analizzare le correzioni che possono emergere nella selezione degli elementi terminali come griglie e diffusori.

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