DIMENSIONAMENTO DELLE CENTRALI DI TRATTAMENTO ARIA

L’aria atmosferica è costituita da una miscela di gas e vapor d’acqua; quest’ultimo anche se presente in piccole quantità (occupa in media  l’ l % in volume) assume un ruolo fondamentale nel condizionamento ambientale dell’aria in quanto influenza le condizioni di benessere delle persone. La miscela di aria e vapore d’acqua viene chiamata aria umida

Per meglio caratterizzare le trasformazioni che usualmente si incontrano nel campo di condizionamento dell’aria occorre introdurre le proprietà delle grandezze termodinamiche che entrano in gioco.

Umidità specifica

L’umidità specifica rappresenta il rapporto tra la massa di vapore d’acqua e la massa di aria secca presenti nell’aria umida.

L’umidità specifica è detta anche Titolo del vapore umido, è una grandezza adimensionale in quanto espressa in kgvapore / kgaria .

Nella formula sopra riportata mv ed ma rappresentano appunto le masse del vapore e dell’aria, pv e pa le pressioni parziali di vapore ed acqua e ptot la pressione totale che secondo la legge di Dalton (per le miscele dei gas perfetti) è data dalla somma delle prime due; Rv ed Ra rappresentano le costanti di elasticità.

Il titolo raggiunge il valore massimo in condizioni di saturazione, cioè:

Più comunemente X è espressa in gv/ kgaria e il suo valore 0 ≤ X ≤ Xs

Umidità relativa

L’umidità relativa è il rapporto tra la massa di vapor d’acqua presente nello stato considerato e quella nello stato di saturazione, corrispondente alla stessa temperatura e pressione totale:

L’umidità relativa è una grandezza adimensionale e normalizzata, 0 ≤ φ ≤ 1 ovvero  0 ≤ φ ≤ 100%.

Entalpia specifica

Si definisce Entalpia di un sistema in equilibrio stabile come:

essendo U l’energia interna del sistema, p la pressione e V il volume.

Dato che nei processi e nelle trasformazioni implicate nel condizionamento dell’aria la massa d’aria secca non cambia, come per l’umidità specifica, si fa riferimento all’entalpia specifica definita come:

in cui ha ed hv rappresentano l’entalpia dell’aria e del vapore.

Assunto come stato di riferimento per l’aria secca ad entalpia nulla quello ad una Trif = 273,15K , ad una data temperatura T avrò che l’entalpia varrà:

essendo cpa il calore specifico dell’aria (1,006 kJ/kg °C) a pressione costante, t la temperatura espressa in gradi centigradi.

Assunto come stato di riferimento ad entalpia nulla lo stato del liquido saturo sempre alla temperatura di riferimento Trif = 273,15K, si ha che:

in cui 2500 kJ/kg è l’entalpia di vaporizzazione (calore latente) dell’acqua, cpv è il calore specifico del vapor d’acqua (1,875 kJ/kg°C).
In definitiva si ottiene:

I trattamenti che si incontrano nel condizionamento dell’aria si svolgono di fatto a pressione totale costante; di conseguenza le condizioni dell’aria umida potranno essere individuate da due sole grandezze termodinamiche rappresentate su opportuni diagrammi di equilibrio a pressione totale costante pari a quella atmosferica.

Essenzialmente si utilizzano due diagrammi psicrometri: quello di Mollier e quello elaborato dalla ASHRAE, che è quello utilizzato in Mc4suite, che riporta in ascisse la temperatura in funzione della umidità specifica (titolo del vapore) e qui di seguito riportato.

Per dimensionare una CTA in Mc4suite occorre eseguire il comando da icona .

Tale comando deve essere eseguito dopo aver eseguito il calcolo dei carichi termici invernali (se le zone sono soltanto riscaldate) e dei carichi estivi (quando in progetto c'è almeno una zona climatizzata).

Il programma apre la maschera mostrata qui di seguito.