I travi freddi reinventati: Mantenere le prestazioni in un mondo di portata d'aria variabile

Per decenni, uno dei punti di forza più convincenti dei travi freddi è stata la loro semplicità. Senza ventilatori, senza pompe di drenaggio e senza parti meccaniche mobili, i travi freddi si sono guadagnati una reputazione di affidabilità, bassa manutenzione e lunga durata. Questo design passivo li ha resi una soluzione affidabile negli edifici di tutto il mondo. Ma man mano che le strategie di ventilazione si evolvono, deve evolversi anche la tecnologia che le supporta. Il nostro esperto, Tobias Nordström, Product Manager Chilled Beams di Swegon, spiega come.

Ci sono alcune ragioni per cui i travi freddi funzionano così bene. Le loro prestazioni si basano su due fenomeni fisici chiave: l'induzione e l'effetto Coanda. L'aria di mandata viene fornita attraverso gli ugelli dei travi freddi a una velocità relativamente elevata, creata da una differenza di pressione tra il canale e la stanza, tipicamente tra 50 e 120 Pa.

Questa pressione genera:

• • Induzione: l'elevata velocità dell'aria dagli ugelli crea una depressione sopra lo scambiatore di calore che attrae l'aria ambiente nel trave freddo. Quando l'aria della stanza attraversa lo scambiatore di calore, viene raffreddata o riscaldata prima di essere miscelata con l'aria di mandata e restituita alla stanza. Questo consente un'elevata capacità di raffreddamento e riscaldamento senza ventilatori.
  • L'effetto Coanda: l'aria di mandata si attacca al soffitto, permettendole di diffondersi per la stanza e rallentare prima di raggiungere la zona occupata. Ciò garantisce che le velocità dell'aria rimangano inferiori a circa 0,2 m/s, il che previene le correnti d'aria e mantiene il comfort.

Insieme, questi principi offrono un controllo del clima interno efficiente, silenzioso e confortevole.

La sfida: sistemi a portata d'aria variabile

La semplicità dei travi freddi si adatta perfettamente alle soluzioni a volume d'aria costante (CAV). Tuttavia, gli edifici moderni spesso devono soddisfare normative energetiche più stringenti e affrontano aspettative più elevate riguardo a un buon clima interno. Ecco perché gli edifici si affidano sempre più spesso ai volumi d'aria variabili (VAV) e alla ventilazione a domanda controllata (DCV).

Questi sistemi regolano continuamente la portata d'aria in base all'occupazione, ai livelli di CO₂ e alla temperatura, ottenendo un ridotto consumo energetico pur mantenendo il comfort. Tradizionalmente, la portata d'aria in tali sistemi era controllata utilizzando un registro VAV a monte del trave freddo.

Cosa succede quando la portata d'aria viene ridotta?

I travi freddi sono tipicamente progettati per le condizioni di picco, ovvero portata d'aria e richieste di raffreddamento e riscaldamento al livello massimo. Prendendo un esempio semplificato di un trave freddo con ugelli fissi e un registro a monte:

Nelle condizioni di progetto:

• Portata d'aria = 288 m³/h
• Perdita di carico = 70 Pa
• Fattore k sul trave freddo = 9,6

Se la portata d'aria viene ridotta usando un registro a monte:

• • • A 144 m³/h la pressione scende a circa 17 Pa sul trave freddo
    • A 72 m³/h la pressione scende a circa 4 Pa sul trave freddo

Questa riduzione di pressione ha un impatto diretto:

• • • Un'induzione inferiore comporta una ridotta capacità di raffreddamento e riscaldamento
    • Un effetto Coanda più debole aumenta il rischio di correnti d'aria e peggiora la distribuzione dell'aria

In pratica, ciò significa che il sistema potrebbe dover aumentare la portata d'aria per mantenere le prestazioni, il che influisce negativamente sulla riduzione energetica prevista.

Per affrontare questa sfida, è stato identificato il bisogno di variare la portata d'aria senza compromettere le condizioni di pressione nel sistema. La soluzione potrebbe ripensare il design degli ugelli e consentire loro, ad esempio, di cambiare dimensione. La necessità di registri a monte e le loro perdite di carico associate verrebbe così eliminata.

Usando lo stesso esempio, questo potrebbe essere il risultato in pratica:

• 288 m³/h: fattore k = 9,6 con perdita di carico 70 Pa
• 144 m³/h: il fattore k si adatta a circa 4,8 e mantiene la perdita di carico di sistema a 70 Pa
• 72 m³/h: il fattore k si adatta a circa 2,4 e mantiene la perdita di carico di sistema a 70 Pa

In questo caso, invece di perdere pressione con il registro a monte, il fattore k viene regolato per mantenere la portata d'aria desiderata.

Più della performance: un sistema facile da usare

Questo approccio non solo migliorerebbe le prestazioni, ma semplificherebbe anche l'intero processo di progettazione e installazione del sistema.

Complessità del sistema ridotta

Nei sistemi VAV e DCV, non sarebbe necessario un registro VAV separato a monte. La portata d'aria è invece controllata direttamente nel trave freddo, riducendo:

• • Componenti nel sistema di canalizzazione
  • Tempi di installazione
  • Costi

Installazione CAV più intelligente

Nei sistemi CAV, questa funzionalità integrata agisce come un registro di messa in servizio incorporato. Ciò significa:

• Per la maggior parte delle applicazioni, non sarebbe necessario alcun registro di bilanciamento aggiuntivo
• La messa in servizio sarebbe più rapida e semplice
• Sarebbero necessari meno componenti da installare e mantenere

(Nota: in sistemi con pressioni di canale molto elevate, a partire da 200 Pa, potrebbe essere necessaria un'attenuazione aggiuntiva per ridurre la pressione prima del trave freddo ed evitare rumori nello spazio occupato. Questo può essere calcolato con i nostri software di selezione gratuiti.)

Il risultato: prestazioni costanti a qualsiasi portata d'aria

Mantenendo la pressione sugli ugelli, questo tipo di funzionalità garantirebbe:

• • Elevata induzione per una capacità di raffreddamento e riscaldamento sostenuta, anche a bassa portata d'aria
  • Forte effetto Coanda per una distribuzione stabile dell'aria e un ridotto rischio di correnti d'aria
  • Portata d'aria richiesta inferiore per fornire la capacità di raffreddamento e riscaldamento, migliorando l'efficienza energetica

Il Flow Control

In Swegon abbiamo trasformato questa idea in realtà sviluppando il Flow Control, che regola la geometria degli ugelli per controllare attivamente il fattore k. Ciò consente di regolare la portata d'aria mantenendo una perdita di carico del sistema stabile. I benefici aggiuntivi di installazione, messa in servizio e manutenzione menzionati sopra sono tutti inclusi in questa soluzione.

Inoltre, scegliendo una delle opzioni di controllo integrate di Swegon, REACT, AWC o WISE, si ottiene il vantaggio del controllo della portata d'aria indipendente dalla pressione. Ciò garantisce che la portata d'aria desiderata venga mantenuta anche quando le pressioni del canale variano, migliorando la stabilità e le prestazioni del sistema.

Nelle applicazioni reali, ciò significa che un trave freddo con Flow Control può fornire lo stesso comfort con meno aria, rispetto alle soluzioni tradizionali con registri a monte.

Di seguito un esempio che mostra la differenza di capacità di raffreddamento tra una vecchia unità Pacific con un registro VAV a monte e un REACT Pacific con controllo del flusso integrato. 

Dal passivo all'adattivo

L'assenza di parti mobili è stata a lungo un vantaggio determinante dei travi freddi, e lo è ancora in molte applicazioni. Ma man mano che gli edifici diventano più intelligenti e dinamici, le soluzioni devono evolversi. Integrando un controllo intelligente della portata d'aria, progettato e testato per l'affidabilità a lungo termine, i moderni travi freddi combinano il meglio di entrambi i mondi:

• • L'affidabilità e la semplicità dei sistemi passivi
  • Le prestazioni e l'efficienza del controllo adattivo e guidato dalla domanda

Guardando avanti

I travi freddi non sono più solo componenti passivi in una soluzione di clima interno, stanno diventando contributori attivi al miglioramento delle prestazioni degli edifici. Innovazioni come il Flow Control garantiscono che gli edifici siano attrezzati per soddisfare le esigenze dei moderni edifici in termini di comfort, efficienza energetica e prestazioni, in linea con normative come la EPBD, garantendo al contempo che le persone si sentano bene all'interno.