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HVAC+R: i sistemi per il comfort e la qualità degli ambienti

HVAC+R: i sistemi per il comfort e la qualità degli ambienti

Soluzioni che ottimizzano le performance degli impianti per la climatizzazione e che garantiscono il risparmio energetico, l’efficienza operativa e la riduzione dell’impatto ambientale

Aggiornato al 06/03/2024 Vedi Aggiornamento del 17/07/2024
HVAC+R: i sistemi per il comfort e la qualità degli ambienti
24/05/2022
Vedi Aggiornamento del 17/07/2024
Articolo aggiornato al 06/03/2024

HVAC è l’acronimo di Heating, Ventilation and Air Conditioning, ovvero "riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell'aria". L'aggiunta della R alla sigla, ossia HVAC+R, sta per Refrigeration.
 
L’HVAC comprende tutta l’impiantistica che regola la climatizzazione degli edifici. Queste soluzioni mirano a fornire tecnologie in grado di ottimizzare le performance degli impianti di riscaldamento, ventilazione e condizionamento ambientale, garantendo il risparmio energetico, l’efficienza operativa e riducendone l’impatto sull’ambiente.
 

A cosa serve e dove si usa?

Un sistema HVAC controlla il carico ambiente. Per carico ambiente si intende il mantenimento di un corretto bilanciamento tra temperatura interna, umidità dell’aria e ricambio d’aria.
 
Per fare questo un impianto HVAC agisce contemporaneamente su tutti i parametri che influenzano il benessere ambientale, in condizioni sia invernali che estive, ovvero sulla:
 
• temperatura ambiente;
• umidità relativa;
• qualità dell’aria.
 
Le tecnologie HVAC sono, pertanto, utili in tutti questi casi in cui i parametri ambientali devono rimanere confortevoli e l’equilibrio termico deve essere mantenuto, al fine di garantire una permanenza ottimale all'interno di questi spazi. Quindi sono usate nel residenziale, nel commerciale, nel terziario, ma anche nel settore produttivo e industriale, in scuole ed ospedali, e ambienti pubblici in generale.
 

I vantaggi delle soluzioni HVAC+R

Le moderne soluzioni HVAC + R garantiscono elevati standard qualitativi, rispettano le disposizioni delle normative vigenti in materia di efficienza energetica e contribuiscono alla crescente sensibilizzazione verso le tematiche di risparmio energetico e sostenibilità ambientale.
 
Elementi che compongono un impianto HVAC
Per garantire la salubrità e la qualità degli spazi dell’abitare un sistema HVAC si compone di vari apparati interconnessi tra loro:
 
  • Una macchina termodinamica (chiller o pompa di calore) che sulla base del principio dello scambio termico, trasferisce il calore da un ambiente a temperatura più bassa (detto sorgente fredda) ad un altro a temperatura più alta (detto sorgente calda) e lo fa utilizzando energia elettrica.
  • Un gruppo di ventilatori che controllano il flusso d'aria in entrata e in uscita, spesso integrati con sistemi di recupero del calore dell'aria interna prima della sua espulsione.
  • Un insieme di sensori, quali termostati, igrometri, rilevatori di CO2, e altri ancora, che consentono al sistema di regolare il proprio funzionamento in base alle condizioni reali degli ambienti.
  • Un sistema di condutture, per i fluidi termovettori e l’aria, che collegano i vari punti e diramazioni dell’impianto.
 
In altre parole, un sistema HVAC è il raggruppamento di diversi sistemi meccanici, come condizionatori, ventilazione meccanica controllata, purificatori d’aria, pompe di calore e i terminali quali split, fan-coil (detti anche ventilconvettori) o pannelli radianti.
 

Classificazione degli impianti HVAC

I sistemi HVAC possono essere classificati in diversi modi.
 
In funzione del tipo di fluido che alimenta i terminali, avremo:
 
  • impianti a fluido intermedio, quando il fluido termovettore che alimenta i terminali è acqua o acqua glicolata, che viene a sua volta raffreddata o riscaldata da un generatore di calore completamente svincolato dall’ambiente da climatizzare. In tal caso è presente un circuito idraulico intermedio tra la componente frigorifera e l’ambiente. In base alla collocazione dei terminali è poi possibile distinguere gli impianti in impianti ad acqua, ad aria e misti.
 
  • impianti ad espansione diretta, quando i termali sono alimentati direttamente dal refrigerante del circuito frigorifero. In questo caso manca il circuito intermedio e uno degli scambiatori di calore (evaporatore) è a contatto con l’ambiente da climatizzare che, di conseguenza, influenzerà le prestazioni del circuito frigorifero.
 

HVAC, tipologie di impianti a fluido intermedio

In funzione della posizione del terminale rispetto all’ambienta da climatizzare, avremo:
 
  • impianti ad acqua. In questo tipo di impianti, la climatizzazione avviene per mezzo di terminali (fan coil o pannelli radianti) posti negli ambienti da climatizzare e il fluido termovettore è l’acqua. Un impianto ad acqua controlla essenzialmente la temperatura ambiente e a sua volta può essere:
 
  • a due tubi: è l’impianto maggiormente utilizzato in ambito residenziale. È per l’appunto composto da soli due tubi per il trasporto dell'acqua calda o dell'acqua fredda, uno per la mandata ed uno per il ritorno. Tra i limiti di tale tipologia vi è da citare principalmente l’impossibilità di riscaldare e raffreddare contemporaneamente locali diversi.
  • a quattro tubi: questi impianti hanno la caratteristica distintiva di climatizzare contemporaneamente locali diversi, con regolazione diversa e con carichi termici opposto. Questa tipologia impiantistica trova maggiore applicazione negli edifici dove è possibile avere, soprattutto durante le mezze stagioni, richieste contemporanee di carico di segno opposto, come gli uffici.
 
  • impianti ad aria. In questo tipo di impianti, la climatizzazione avviene per mezzo di terminali posti “fuori” dall’ambiente da climatizzare e collegati ad esso mediante canalizzazioni. Il fluido termovettore è l’aria. L’aria trattata viene dispersa in ambiente per mezzo di un numero diffusori (collocati a soffitto o a parete) tale da rendere ottima la climatizzazione dell’ambiente. L’aria, prima di essere lanciata in ambiente, viene trattata all’interno delle così dette Unità di Trattamento Aria (UTA). A differenza degli impianti ad acqua, gli impianti ad aria sono in grado di controllare sia la temperatura ambiente che l’umidità relativa. Infatti, il controllo delle condizioni in ambiente è affidato a specifiche valvole per la regolazione della portata, comandate da un termostato posto in ambiente. Un impianto ad aria può essere:
 
  • a singola zona. Sono utilizzati nei vari casi in cui non occorre la suddivisione in più zone, come nelle sale conferenze, teatri, grandi magazzini, aule universitarie etc.
  • a multizona. Sono utilizzati nei casi un cui serve suddividere un edificio in diverse zone o aree, ciascuna con il proprio sistema di riscaldamento o raffreddamento controllabile separatamente, come biblioteche, centri commerciali o musei
 
Gli impianti ad aria a singola zona o multizona possono essere a portata costante o variabile (VAV). Gli impianti a portata costante funzionano sempre con la portata di progetto, mentre quelli a portata variabile operano mantenendo in circolazione solo ed esclusivamente la quantità di fluido che serve a cedere/assorbire il calore richiesto. Quest’ultimi consentono di ridurre notevolmente i costi di gestione
 
  • impianti misti. Negli impianti misti coesistono entrambe le tipologie impiantistiche viste in precedenza, a terminale esterno all’ambiente e a terminale in ambiente. In questi tipi di impianti, allo scopo di mantenere le condizioni imposte, la parte ad acqua va a regolare la temperatura degli ambienti, mentre la parte ad aria influisce sulla qualità indoor (trattamento aria e umidità relativa). Un esempio di impianto misto è dato dalle travi fredde. In questo focus che abbiamo approfondito nel dettaglio la tipologia di travi fredde di tipo attivo.
 

HVAC, impianti ad espansione diretta i VRF

Tra i sistemi ad espansione diretta troviamo i VRF (Variabile Refrigerant Flow). Sono sistemi in grado di funzionare in regime di raffrescamento, di riscaldamento e, in alcuni casi, anche di produzione di acqua calda.
 
I sistemi VRF si presentano in due configurazioni:
 
  • sistemi VRF a pompa di calore. Questi impianti presentano un principio di funzionamento analogo a quello delle tradizionali pompe di calore, dove il ciclo frigorifero può essere invertito a seconda delle necessità, permettendo così il funzionamento sia in modalità di raffreddamento che di riscaldamento;
  • sistemi VRF a recupero di calore. Questi impianti consentono di raffrescare e riscaldare contemporaneamente ambienti diversi di una stessa struttura, senza bisogno di invertire completamente il ciclo di funzionamento. Riutilizzano, infatti, il calore prelevato dalle aree da raffrescare.
 
Nei sistemi VRF, che sono ad espansione diretta, quindi privi di circuito intermedio, il fluido refrigerante condensa (in caso di riscaldamento) o evapora (in caso di raffrescamento) direttamente in ambiente attraverso la batteria di scambio.
 
Tra i principali benefici di questa soluzione, c'è la capacità di personalizzare il clima in ogni singolo ambiente, senza necessariamente dover modificare i terminali dei diversi ambienti, rendendo così gli spazi completamente autonomi l'uno dall'altro. Questa flessibilità rende la tecnologia degli impianti VRF estremamente adatta per applicazioni in strutture complesse come ospedali, scuole, uffici, centri commerciali, hotel e ristoranti.
 

Quale sistema HVAC scegliere?

Un sistema HVAC garantisce comfort, efficienza energetica e qualità dell'aria. Ma, con una vasta gamma di tecnologie disponibili, potrebbe risultare complicato trovare la soluzione ideale.
 
A prescindere dalle dimensioni di progetto, la scelta deve partire sempre da un’attenta valutazione delle esigenze specifiche, come le dimensioni e la destinazione d’uso dello spazio da riscaldare o raffreddare, il numero di stanze coinvolte, i risultati da raggiungere in termini di temperatura e qualità dell'aria. Identificate le esigenze di base lo step successivo è sicuramente quello di interpellare un professionista del settore, che potrà indirizzare verso una scelta informata e consapevole.
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