UTA – Unità Trattamento Aria

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.

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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