L'acqua offre un modo più efficiente dal punto di vista energetico di distribuire l'energia sotto forma di riscaldamento e raffreddamento intorno a un edificio rispetto ai sistemi "tutta ad aria" a causa della sua elevata capacità termica specifica e conduttività termica.
Questa sezione ha lo scopo di fornire una panoramica dei seguenti sistemi a base acqua:
- Chilled ceilings (including Ceilings and Rafts / Sails).
- Chilled beams (including Active and Passive).
- Other systems (including Multi-service Chilled Beams ‘MSCBs’ and four way discharge cassette chilled beams).
Chilled beams and chilled ceilings require a relatively modest cooling water temperature (14–17°C), which can be obtained using natural cold water storage or free cooling from outside air over periods of the year depending on climate.
Also, when mechanical cooling is used, a better energy performance can be achieved because of the higher chiller CoP (coefficient of performance). Where chilled beams are used for heating, the situation is similar in that it is possible to use low temperature heat sources or heat pumps with water flow temperatures of typically 30–45°C.
Soffitti freddi radianti
I soffitti freddi radianti solitamente incorporano una batteria o un elemento ad acqua refrigerata nella parte posteriore del materiale di finitura del soffitto. In genere, ciò significa una matrice di tubi di rame sul retro di pannelli o pannelli per controsoffitti metallici. L'isolamento viene solitamente applicato sulla superficie superiore del soffitto freddo, poiché il raffreddamento utile è richiesto nello spazio sotto il soffitto.
Quando l'acqua refrigerata passa attraverso la batteria, questa offre una superficie fresca del soffitto che fornisce il raffreddamento dell'ambiente sia per irraggiamento che per convezione.
Il "raffreddamento radiante" comporta l'assorbimento diretto del calore irradiato dalle superfici calde all'interno della stanza, che si verifica quando ci sono superfici più fredde visibili alle superfici più calde. Questo tipo di sistema determina una bassa velocità dell'aria con una distribuzione uniforme della temperatura nella zona occupata, fornendo così ottimi livelli di comfort.
I soffitti freddi radianti forniscono una superficie architettonicamente accettabile, nella quale è possibile inserire una serie di servizi. Di solito possono anche essere sistemati con soffitti vuoti poco profondi, quindi sono adatti quando lo spazio verticale è limitato. È necessario un sistema di ventilazione separato per fornire aria fresca allo spazio.
La figura seguente mostra una prospettiva della superficie inferiore con uno spaccato che mostra gli elementi del soffitto raffreddato incollati alla superficie posteriore del pannello/pannello.
La figura seguente mostra come gli elementi dell'acqua refrigerata sono interconnessi e collegati alle tubazioni di distribuzione del flusso e del ritorno dell'acqua. Lo stesso principio può applicarsi sia ai pannelli/piastrelle “Incollati” che “Lay-in”.
Radiant chilled ceilings (plaster finish)
Nella moderna progettazione HVAC, l'uso di serpentine capillari in plastica di piccolo diametro sta diventando sempre più popolare per l'integrazione dei sistemi di riscaldamento e raffreddamento radianti nelle strutture degli edifici. Queste bobine sono meticolosamente fissate al soffitto o alla parete, consentendo una distribuzione uniforme della temperatura su tutta la superficie. Per massimizzare l'efficienza di questi sistemi, come finitura viene applicato uno speciale intonaco sottile. Ciò non solo migliora l'aspetto estetico ma minimizza anche l'impatto della minore conduttività termica dell'intonaco. Selezionando un intonaco con proprietà ottimali, i progettisti garantiscono un efficace trasferimento di calore, promuovendo un controllo climatico efficiente dal punto di vista energetico e contribuendo al comfort generale all'interno dello spazio.
Zattere/vele fredde radianti e convettive
Radiant and convective chilled rafts or sails incorporate a chilled water coil or element onto the rear of large flat panels which are suspended below the soffit or ceiling. There is no insulation fitted to the rear of the panel as the cooling device is within the room space and all cooling (radiation and convection) is useful cooling (see Figure below).
Mentre l'acqua refrigerata scorre attraverso la serpentina, la superficie inferiore della zattera o della vela agisce esattamente allo stesso modo di un soffitto freddo radiante con raffreddamento sia radiante che convettivo. anche L'aria sopra la zattera o la vela viene raffreddata e questo fornisce un'ulteriore uscita convettiva mentre scorre verso il basso sopra i bordi delle zattere o delle vele.
La forma e le dimensioni delle zattere o delle vele possono essere variate per soddisfare le esigenze architettoniche ed i servizi possono essere facilmente integrati. Poiché lo spazio richiesto sopra la zattera o le vele è piccolo, sono adatti dove lo spazio verticale è limitato. Le vele possono essere utilizzate anche per un efficiente riscaldamento radiante.
Sistemi a soffitto freddo convettivo
These systems typically comprise a framework of angled fins (usually aluminium) with a chilled water pipe or water way (usually copper) integrated into the centre of each angled fin (see Figure below).
C'è un trasferimento termico dall'acqua al rame all'alluminio, raffreddando così le alette. Di conseguenza, una percentuale maggiore di raffreddamento viene ottenuta dalla convezione dell'aria attraverso le alette angolate piuttosto che dall'irraggiamento diretto. Questo tipo di sistema può fornire livelli di raffreddamento superiori rispetto ad un normale sistema radiante, ma inferiori rispetto ad una Trave Fredda Passiva.
Prestazioni e caratteristiche
Un riepilogo delle caratteristiche dei sistemi a soffitto freddo è riportato nella tabella seguente. La tabella si basa su:
- A) BS.EN14240
- B) Differenza di temperatura ambiente rispetto alla temperatura media dell'acqua 8°K
- C) Differenza temperatura ritorno acqua mandata 2°K
- D) Temperatura ambiente 24°C
- E) Temperatura media dell'acqua 16°C
- F) Area del soffitto attivo come percentuale dell'area totale del Soffitto: 80% Eccetto zattere E vele che Rappresentano il 67%
| Caratteristica | Radiant ceiling Lay-in / bonded (Section 3.1) | Plaster finish (Section 3.2) | Radiants/convective rafts/sails (Section 3.3) | Convective systems (Section 3.4) |
|---|---|---|---|---|
| Capacità di raffreddamento potenziale * | ||||
| W/m² di superficie attiva | 60/90 | 55/65 | 80/120 | 110 |
| W/m² di superficie | 48/72 | 44/52 | 54/80 | 88 |
| Pannelli del controsoffitto | Alluminio/acciaio forato | Intonaco speciale | Alluminio/acciaio forato o liscio | Lamelle aperte in alluminio/acciaio |
| Design | Da utilizzare con piastrelle a posa tradizionale | Intonaco speciale | Pannelli piatti di grandi dimensioni sospesi all'intradosso o alla soletta, senza isolamento sul retro dei pannelli | Non utilizzabile con controsoffitti convenzionali |
| Acustica | ||||
| Assorbimento acustico | Buono | Povero | Sistema separato | Sistema separato |
| Attenuazione da stanza a stanza | Buono | Buono | Sistema separato | Sistema separato |
| Considerazioni Importanti | ||||
| Prestazioni termiche | Qualità dell'acqua – Vedere la sezione 9.3.3 | Hai bisogno di un intonaco sottile speciale | Lo spazio tra l'intradosso e la parte posteriore del pannello è anche lo spazio tra i pannelli adiacenti | Intercapedine d'aria di ritorno attorno al perimetro del soffitto |
| Condizioni di comfort | Eccellente | Eccellente | Buono | Buono |
| Costo relativo del sistema | Medio | Medio/Alto | Medio | Alto |
Travi fredde
Il componente base del trasferimento termico per le travi fredde è uno scambiatore di calore ad alette e tubi, spesso denominato serpentino. File di tubi di rame interconnessi sono solitamente collegati ad alette conduttrici termiche in alluminio. Questa disposizione viene poi montata in un involucro di lamiera, che può essere:
- Liberamente sospeso da un intradosso, o
- Installed above a perforated metal ceiling (passive beam only), or
- Integrato a filo in un sistema di controsoffitto.
Le travi fredde funzionano utilizzando la convezione anziché l'irraggiamento. Grazie alla maggiore superficie delle alette, è possibile ottenere prestazioni termiche più elevate con le travi fredde rispetto ai soffitti freddi. Tuttavia, è necessario prestare attenzione nel processo di selezione per garantire che non si creino velocità dell'aria elevate nella zona occupata.
Riassunto
Le travi fredde sono solitamente formate da un banco di tubi alettati, disposti secondo un profilo quadrato o rettangolare. La tubazione convoglia l'acqua refrigerata e, quando racchiusa e fissata alla parte inferiore di un pavimento strutturale, l'unità assomiglia ad una trave. Per racchiudere i tubi a spirale è possibile utilizzare un involucro esterno in lamiera metallica che può essere perforato per favorire la convezione attraverso il banco di tubi alettati. Un effetto di raffreddamento passivo avviene per convezione naturale, ma il raffreddamento attivo può essere ottenuto utilizzando un'alimentazione d'aria primaria azionata da un ventilatore. Per nascondere l'installazione, la parte inferiore della scatola può essere rifinita a filo con un controsoffitto forato.
I soffitti refrigerati erano originariamente concepiti con tubi dell'acqua refrigerata incorporati nella parte inferiore di una soletta di cemento. L'aumento nominale della profondità della soletta è giustificato dall'assenza di intrusione visiva delle tubazioni. Questa forma di raffreddamento radiante presenta lo svantaggio di creare un'elevata massa termica nella soletta di cemento, che risponde lentamente al controllo termostatico. Queste installazioni possono anche produrre “pioggia interna” o condensa sulla parte inferiore radiante della lastra. Per evitare che il soffitto si bagni, è preferibile una variante sospesa, con l'opzione di un'alimentazione d'aria primaria ausiliaria o azionata da un ventilatore attraverso perforazioni nel soffitto. Queste perforazioni aumenteranno anche l'effetto convettivo.
