La distribuzione dei fluidi ha grande importanza nell’ambito degli impianti termotecnici perché all’interno dell’edificio trasporta l’energia termica alle unità terminali degli impianti e come sia altrettanto importante la distribuzione dell’aria serva al controllo dell’umidità relativa e della qualità dell’aria.
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Vediamo alcune nozioni di base utili per il dimensionamento di una rete di distribuzione, contenute nel volume Progettazione degli impianti di climatizzazione, di Livio De Santoli e Francesco Mancini, edito da Maggioli Editore.
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Progettazione di una rete di distribuzione
Comunemente, occorre progettare non un singolo tratto di condotto ma una rete complessa composta di più circuiti. Il primo passo da compiere è la determinazione geometrica della rete e della sua collocazione in relazione all’edificio.
Non esiste una regola per questa fase; dipende dalla sensibilità del progettista la collocazione delle apparecchiature principali e la configurazione della rete; uniche avvertenze da seguire sono:
- una collocazione delle centrali contenenti le apparecchiature di distribuzione (pompe e ventilatori) possibilmente baricentrica all’edificio al fine di limitare l’estensione delle reti; tale collocazione non dovrà, ovviamente, occupare spazi “pregiati” dell’edificio;
- la corretta collocazione delle apparecchiature più pesanti, al fine di non compromettere la stabilità delle strutture dell’edificio, eventualmente impiegando sistemi di ripartizione dei carichi;
- la giusta attenzione al problema del rumore e delle vibrazioni trasmessi dalle apparecchiature agli ambienti limitrofi, eventualmente impiegando barriere fonoisolanti e sistemi ammortizzatori.
Il secondo passo da compiere è la determinazione della portata per ogni tratto di circuito, procedendo con la ripartizione delle portate in funzione delle esigenze di ogni ambiente. Si dovrà prestare attenzione alla giusta ripartizione qualora la stessa rete sia preposta ad assolvere a più requisiti contemporaneamente o in stagioni diverse.
È il caso, ad esempio, di una rete di canalizzazioni che distribuisce aria per controllare contemporaneamente qualità dell’aria, umidità relativa e temperatura. È anche il caso di una rete di tubazioni per ventilconvettori a due tubi, attraverso la quale dovrà transitare in inverno la portata necessaria a compensare il carico invernale ed in estate la portata per compensare il carico estivo.
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Il terzo passo è la determinazione delle dimensioni della sezione di ogni tratto di circuito e l’individuazione dei punti singolari del circuito. In questa fase saranno anche determinate le perdite di carico concentrate e distribuite di ogni tratto o punto singolare del circuito. Si procede, innanzitutto, individuando i diversi circuiti, a partire dall’apparecchiatura principale fino all’elemento terminale di impianto, eventualmente considerando il circuito di ritorno per sistemi chiusi; ogni circuito sarà ritenuto indipendente dagli altri, salvo le congruenze di portate e pressioni.
Si è detto del legame tra la portata del fluido, la sezione, la velocità e la perdita di carico: due sole di tali variabili sono indipendenti e possono essere scelte in maniera arbitraria per individuare le altre.
I circuiti potranno essere dimensionati a partire dalla portata e da una variabile a scelta tra velocità e perdita di carico distribuita. Di solito, il calcolo inizia dal circuito più sfavorito, che, con buona probabilità, è quello di maggiore sviluppo in lunghezza. Dopo il dimensionamento di questo circuito molti rami della rete sono già dimensionati e sono note le pressioni in corrispondenza dei nodi comuni al circuito più sfavorito e pertanto si possono
dimensionare gli altri circuiti (in genere la parte restante dei rami non comuni dei vari circuiti) con gli stessi criteri.
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Le perdite di carico
Conclusi i dimensionamenti, si calcolano le perdite di carico di ognuno dei circuiti, sommando le perdite di carico distribuite e concentrate. Ben difficilmente si otterranno perdite di carico uguali per i diversi circuiti, come richiesto dall’unicità dell’apparecchiatura di circolazione; di solito i circuiti più corti hanno perdite di carico complessivamente minori.
Il risultato di questa incongruenza è facilmente intuibile: il circuito che offre minore resistenza totale avrà una portata maggiore degli altri circuiti. Nasce, quindi, la necessità di equilibrare la rete di distribuzione, cioè di fare in modo che le cadute totali di pressione in tutti i percorsi dei vari circuiti siano eguali e pari a quelle di progetto. Per fare ciò, si dovranno introdurre opportune valvole di taratura che provocano perdite di pressione localizzate (note e regolabili) in punti ben precisi della rete (diramazioni principali, terminali).
L’ultimo passo è la scelta dell’apparecchiatura necessaria a sostenere il moto del fluido (pompa o ventilatore), che dovrà inviare alla rete la portata richiesta e che dovrà fornire la prevalenza necessaria a vincere le perdite di carico della rete. Eventualmente, potranno essere adoperate più apparecchiature, in parallelo o in serie a seconda delle necessità.
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