HVAC è l’acronimo di “heating, ventilation and air conditioning” (riscaldamento, ventilazione e aria condizionata). Si riferisce ai diversi sistemi, macchine e tecnologie utilizzate in ambienti interni come case, uffici e corridoi e sistemi di trasporto che necessitano di una regolamentazione ambientale per migliorare il comfort.
I sistemi HVAC sono, in effetti, tutto, dal condizionatore d’aria di casa ai grandi sistemi utilizzati in complessi industriali e condomini. Un buon sistema HVAC mira a fornire controllo termico e comfort interno, progettato secondo i principi della termodinamica, della meccanica dei fluidi e del trasferimento di calore.
I grandi box dei condizionatori d’aria che si vedono sopra i condomini o gli uffici sono esempi di sistemi HVAC (la parte visibile). Sono generalmente impiegati in grandi edifici industriali, grattacieli, condomini e grandi ambienti interni. Sono anche una componente essenziale degli ambienti in cui sussistono norme sanitarie che richiedono che la temperatura e l’umidità siano mantenute a determinati livelli, trattando l’aria prelevata dall’esterno.
Anche i sistemi di riscaldamento e raffreddamento utilizzati normalmente in casa sono sistemi HVAC. Possono assumere una forma diversa, ma molti dei principi fondamentali che determinano il modo in cui funzionano, nonché la loro efficienza, passano dal più piccolo dei dispositivi personali fino alle più grandi installazioni commerciali.
I vantaggi di HVAC per l’ambiente e il risparmio energetico
A patto di effettuare una corretta manutenzione del sistema, gli impianti HVAC garantiscono un sensibile risparmio nei livelli di consumo energetico. Altri vantaggi legati all’applicazione di questo tipo di impianto di condizionamento sono:
- controllo ottimale della temperatura
- possibilità di utilizzo del free-cooling nelle mezze stagioni (sfruttando l’aria esterna quando presenta una temperatura leggermente più bassa di quella interna)
- minore portata totale di aria trattata rispetto ad altre soluzioni
- possibilità di regolazione locale da parte dell’utente
- manutenzione dell’impianto in zone non occupate
L’Internet of Things sta rivoluzionando il modo in cui gli utenti si approcciano alla tecnologia in tutti i settori. Grazie all’IoT, oggi i sistemi HVAC possono fare molto di più che riscaldare e raffrescare gli ambienti su comando. L’integrazione dell’IoT nelle soluzioni HVAC migliora nettamente i livelli di efficienza, comfort e user experience, garantendo un livello di connessione e comunicazione tra utente e tecnologia impensabile solo fino a poco tempo fa, trasformando definitivamente il modo in cui interagiamo con i sistemi di climatizzazione.
La connessione degli impianti alla rete consente agli utenti di restare sempre aggiornati sullo stato dell’aria di edifici e abitazioni, tramite app installate sui dispositivi smartphone che inviano avvisi di testo e aggiornamenti in tempo reale grazie alla presenza di sensori smart in grado di rilevare e monitorare in maniera costante i livelli di occupazione, temperatura, umidità ed emissioni di CO2 presenti nell’aria.
I sensori di temperatura trasmettono le informazioni tramite l’IoT ai sistemi HVAC, per un controllo della temperatura più preciso e ambienti più confortevoli. Naturalmente i sensori di temperatura sono importanti in un sistema HVAC, ma anche il rilevamento dell’umidità gioca un ruolo importante nel funzionamento di un sistema HVAC. I sensori di umidità consentono a un sistema HVAC di rilevare l’umidità all’interno e all’esterno di un edificio, per regolare con precisione il carico di lavoro e operare in modo più efficiente. Ma ci sono anche altri fattori ambientali che contribuiscono al comfort e alla qualità dell’aria negli spazi in cui viviamo. Sensori di rilevamento della CO2 accurati sono in grado di trasmettere i livelli di CO2 al sistema HVAC, per aiutare con la ventilazione e una migliore qualità dell’aria. L’IoT consente a tutti questi sensori di comunicare e lavorare in combinazione tra loro, per inviare al sistema di controllo centrale i dati per un funzionamento dell’impianto più efficiente sulla base dei rilevamenti effettuati, per ambienti sempre più confortevoli.
L’Internet of Things si lega strettamente anche all’ascesa delle soluzioni di controllo dei sistemi HVAC e Building Management System, ossia quei sistemi di controllo computerizzato che controllano e monitorano tutte le apparecchiature meccaniche ed elettriche di un edificio, come la ventilazione, l’illuminazione, l’alimentazione, i sistemi antincendio e i sistemi di sicurezza.
Grazie ai sistemi BMS, dunque, tutte le funzioni tecnologiche di un edificio possono oggi essere gestite in maniera integrata: sorveglianza, controllo accessi, rilevazione incendi, consumi energetici e sistemi HVAC, e sono proprio le soluzioni di controllo di questi ultimi a rappresentare, solitamente, l’elemento più complesso all’interno di un BMS, soprattutto in presenza di impianti su larga scala che prevedono la presenza di tante unità. La raccolta e l’analisi dei dati relativi alla climatizzazione tramite IoT, consente agli amministratori di sistema di comprendere meglio il funzionamento dell’edificio ed effettuare le opportune modifiche gestionali in modo tale da ottimizzare il flusso di operazioni e la programmazione e ridurre i consumi energetici, migliorando la gestione dell’edificio a livello generale e complessivo. L’integrazione nel cloud permette la comunicazione tra i diversi sistemi agevolando il monitoraggio e il controllo, e la connettività continua consente ai sistemi di apprendere i modelli di impiego e consumo energetico per evolversi e regolare automaticamente le proprie azioni.
La connessione dei dispositivi ai sistemi di controllo centrale consente inoltre di diagnosticare eventuali guasti e malfunzionamenti a distanza, ma anche fare manutenzione preventiva. Invece di effettuare arbitrariamente la manutenzione dei prodotti a periodi fissi, l’IoT permette di identificare i problemi sul nascere, risparmiando sulla riparazione e allungando la durata di vita dei prodotti.
Come scegliere un sistema HVAC
Il riscaldamento e il raffreddamento rappresentano fino a metà dell’energia che viene usata abitualmente in un contesto sia privato che pubblico. Con questo in mente, è importante scegliere un sistema HVAC che soddisfi le esigenze di comfort, senza attingere a un eccesso di potenza e aumentare conseguentemente il costo.
- Le persone che vivono in climi caldi o freddi potrebbero optare per un sistema a singolo stadio, progettato per produrre solo riscaldamento o raffreddamento. Questi tendono a essere economici, ma sono anche piuttosto inefficienti e in genere funzioneranno a pieno regime anche quando non è richiesto.
- I modelli più avanzati offrono velocità della ventola variabili per ridurre il consumo di energia, tuttavia rimangono inefficienti rispetto ai sistemi a più stadi e sono quindi più costosi per funzionare a lungo termine.
- I sistemi a zone, d’altra parte, sono stati progettati per riscaldare o raffreddare singole parti di un ambiente. Questo viene fatto progettando valvole di zona e serrande all’interno delle prese d’aria e delle condotte che bloccano selettivamente il flusso d’aria. Per le proprietà più grandi questo ha un grande valore in quanto impedisce al sistema di riscaldare o raffreddare le aree che non sono in uso.
- I sistemi HVAC possono anche essere costruiti per offrire il controllo dell’umidità e sia gli umidificatori che i deumidificatori possono essere aggiunti come opzioni ai sistemi di riscaldamento e raffreddamento. Le persone che vivono in ambienti molto asciutti o ai tropici trovano essenziali queste aggiunte al sistema. Detto questo, alcune persone preferiscono installare sistemi di umidificatore o deumidificatore separati, in modo che possano gestire l’umidità del loro ambiente senza dover anche accendere il condizionatore d’aria.
Come progettare e costruire impianti HVAC
Sistemi di riscaldamento
I sistemi di riscaldamento possono assumere forme diverse. Alcuni sono forni che bruciano materiale per fornire aria riscaldata attraverso le condotte; ci sono poi le caldaie che riscaldano l’acqua per i radiatori a vapore o i sistemi ad acqua forzata con radiatori a battiscopa, energia elettrica e pompe di calore. Le caldaie funzionano generalmente a gas naturale o propano.
Un’altra opzione è un pavimento radiante, noto anche come sistema di riscaldamento idronico. Questi utilizzano tubazioni sottopavimento e sono costituiti da tubi flessibili che vengono riempiti con acqua o una soluzione glicolica. Possono riscaldare qualsiasi tipo di pavimento, compreso il cemento, e sono un metodo efficace per fornire calore in una casa. Possono anche essere installati a posteriori su pavimenti in legno, anche se devono essere installati con cura nella guaina per pavimenti in legno.
Sistema di raffreddamento
I condizionatori d’aria sono disponibili in molte forme, dagli enormi box progettati per raffreddare un’intera casa a un modello portatile montato sulla finestra che può essere utilizzato nelle zone a clima più freddo durante le estati brevi.
Molti condizionatori d’aria possono anche essere installati da sé, con i sistemi mini split senza condotto. L’installazione è ancora un progetto importante, poiché gli elementi interni ed esterni del sistema devono essere correttamente collegati, ma sono relativamente economici da acquistare e gestire.
Per i climi più secchi si possono utilizzare i raffreddatori evaporativi. Questi attirano l’aria esterna nel sistema, facendola passare attraverso cuscinetti saturi d’acqua, che raffreddano e inumidiscono l’aria prima di spingerla nello spazio abitativo e spostare l’aria calda.
Caratteristiche dei sistemi HVAC
Il seguente diagramma illustra il funzionamento base di un sistema HVAC
Il dispositivo di automazione dell’edificio (integrato in un sistema di building management system o un singolo dispositivo a parete) può essere utilizzato per determinare se riscaldare o raffreddare lo spazio e a quale temperatura. Il sistema quindi riscalda o raffredda le bobine all’interno.
Quando l’aria immessa dall’esterno viene spinta attraverso queste bobine, quindi riscaldata o raffreddata prima di essere spinta nello spazio abitativo. Allo stesso tempo, l’aria viene spostata dalla stanza al sistema.
I sistemi di condizionamento più piccoli possono funzionare al contrario: raccolgono calore dall’interno di uno spazio e lo spingono fuori per raffreddare una stanza. Possiamo vedere questo tipo di sistemi nelle automobili. Ecco come funzionano questi tipi di sistemi HVAC:
Questo diagramma rivela come un sistema raccoglie calore dall’interno di uno spazio, lo assorbe come una spugna e lo spinge di nuovo in aria.
Ci sono cinque parti chiave in questo sistema che gli consentono di operare:
- Valvola di espansione
questo dispositivo crea una limitazione nella linea del liquido di un sistema, che a sua volta crea una caduta di pressione.
- Evaporatore
rimuove il calore dallo spazio scambiandolo con un refrigerante in ebollizione.
- Compressore
il cuore del sistema: crea l’energia e la spinta per spostare il refrigerante nel sistema.
- Condensatore
spinge il calore che si è accumulato all’interno del refrigerante nell’aria esterna.
- Essiccatore del ricevitore
al fine di preservare la qualità dell’aria, questa area di stoccaggio del refrigerante in eccesso contiene un agente essiccante e un filtro che rimuove i contaminanti dal sistema.
Manutenzione dei sistemi di riscaldamento ventilazione e condizionamento
I sistemi HVAC, come qualsiasi altra installazione, richiedono manutenzione e cure regolari. Se non vengono puliti e manutenuti, le loro prestazioni inizieranno a diminuire e alla fine l’intero sistema collasserà. La manutenzione regolare garantisce che l’HVAC offra prestazioni costanti e duri a lungo.
L’HVAC mantiene l’ambiente confortevole e pulito. Assicura che tutta l’aria viziata venga riciclata e aiuta a mantenere la temperatura interna indipendentemente dal clima caldo o freddo esterno.
Il modo migliore per garantire il corretto funzionamento del sistema è assumere un professionista per gestire sia gli interventi ordinari che straordinari. Si può anche optare per contratti annuali di manutenzione HVAC a un costo accessibile. Ecco cosa dovrebbe prevedere la manutenzione HVAC:
- Ispezione e modifica dei filtri
I filtri possono sporcarsi facilmente, soprattutto se in un luogo polveroso. I filtri del sistema HVAC intrappolano tutti i tipi di polvere, detriti, germi e puliscono l’aria. Sono responsabili del mantenimento della qualità dell’aria interna. Se non vengono puliti e sostituiti regolarmente, il sistema HVAC alla fine smetterà di funzionare come previsto. Il riscaldamento e il raffreddamento saranno inefficienti e la qualità dell’aria interna peggiorerà. L’ispezione e la sostituzione dei filtri dell’aria è uno degli aspetti più importanti della manutenzione HVAC.
- Ispezione visiva dell’intero sistema
Far ispezionare visivamente il sistema HVAC almeno una volta all’anno per assicurarsi che tutti i sistemi funzionino bene. L’ispezione è un aspetto importante della manutenzione HVAC. Se il sistema non viene ispezionato, non si noterà un problema fino a quando non smetterà di funzionare. L’ispezione e la manutenzione regolari aiutano anche a mantenerlo in buona forma e ne prolungano la durata.
- Pulizia e rimozione di detriti
Polvere e detriti non si depositano solo nei filtri. Possono anche raccogliere soffianti, parti mobili, unità di condensazione e altri aspetti così importanti del sistema HVAC.
- Controllo dello scarico condensa
Lo scarico della condensa nel condizionatore d’aria e nella pompa di calore deve essere privo di ostruzioni e detriti. L’umidità in eccesso può causare problemi come muffe, danni causati dall’acqua, elevati livelli di umidità nell’ambiente, regolazione irregolare della temperatura, batteri e qualità dell’aria compromessa.
- Verifica delle impostazioni del termostato
La maggior parte dei sistemi HVAC ha termostati programmabili che consentono ai proprietari di controllare la temperatura e impostarla secondo un programma.
- Verifica dei collegamenti elettrici e della tensione
Le connessioni e i sistemi HVAC possono allentarsi o rompersi nel tempo. Ciò può compromettere le prestazioni del sistema e infine danneggiarlo, inoltre si corre il rischio di incendio o di altri incidenti.
- Parti mobili lubrificanti
I sistemi HVAC dispongono di parti mobili in compressori, unità di circolazione e forni. Queste devono essere lubrificate regolarmente per ridurre al minimo l’attrito e la conseguente usura. Questo processo deve essere ripetuto spesso per proteggere il sistema HVAC da danni eccessivi.
- Ispezione degli scarichi
Le prese di scarico consentono la fuoriuscita di gas potenzialmente pericolosi, in modo che non vi sia accumulo di monossido di carbonio e altri gas simili. Se le prese di scarico sono ostruite possono causare un pericoloso accumulo e compromettere la sicurezza.
- Verifica dei livelli di refrigerante
Il condizionatore d’aria dovrebbe contenere abbastanza refrigerante per raffreddare l’aria in modo efficiente. Se non c’è abbastanza refrigerante, il compressore dovrà lavorare di più per raggiungere il livello di temperatura desiderato. Ciò può causare gravi danni al sistema.
