Analisi delle reti d'aria
L'analisi delle reti d'aria prevede la suddivisione della rete in segmenti, lo studio delle perdite di pressione per ciascuno di essi e il calcolo della pressione totale (o statica utile) richiesta al ventilatore o condizionatore.
📂 Suddivisione in segmenti
Si faccia riferimento alla semplice rete della figura sottostante:
Suddivisione in segmenti di una rete di canali
La rete comprende un tratto in "ripresa" ed un tratto in "mandata". Essa è stata suddivisa in n° 10 segmenti, intendendo con "segmento":
- per le reti di mandata: il tratto di rete compreso tra la sezione di monte di una diramazione e la sezione di monte della diramazione (o terminale) successiva
- per le reti di ripresa: il tratto di rete compreso tra la sezione di monte di una confluenza e la sezione di monte della confluenza (o terminale) successiva
Sia per le reti di mandata, sia per quelle di ripresa, il concetto di "monte-valle" deve essere pensato con riferimento ad un verso ideale che va dal ventilatore verso i terminali. Nel caso delle reti di mandata, tale verso ideale coinciderà con il senso di moto dell'aria; per le reti di ripresa, il verso ideale è opposto al senso di moto dell'aria.
Inoltre si possono introdurre le seguenti definizioni: un ramo è un segmento avente un terminale ad un estremo, un tronco è un segmento non avente terminali ai propri estremi.
⚙️ Variazione di pressione totale per segmento
La variazione di pressione totale, dovuta all'attrito, ai pezzi speciali, ad eventuali apparecchiature, per ogni segmento di una rete di canali, può essere calcolata con la seguente relazione:
(2.1) 
per i = 1, 2, ..., n_mn + n_vl dove:
| Simbolo | Descrizione |
|---|---|
| Δpti | variazione di pressione totale per il segmento i, Pa |
| Δpfi | perdita di pressione dovuta all'attrito per il segmento i, Pa |
| Δpij | perdita di pressione totale dovuta al pezzo speciale j-esimo (includente FSE), per il segmento i, Pa |
| Δpik | perdita di pressione dovuta alla k-esima apparecchiatura, per il segmento i, Pa |
| m | numero di pezzi speciali contenuti nel segmento i |
| n | numero di apparecchiature contenute nel segmento i |
| n_mn | numero di segmenti di rete presenti a monte del ventilatore |
| n_vl | numero di segmenti di rete presenti a valle del ventilatore |
Il FSE (Fan System Effect) è una perdita di pressione aggiuntiva che deve essere introdotta per tenere conto dei fenomeni fluidodinamici associati all'accoppiamento ventilatore-rete. Con il termine "apparecchiature" si intendono in generale tutti quei componenti tipici delle reti di canali, diversi dai pezzi speciali veri e propri, che possono essere causa di perdita di pressione nella rete: per esempio, batterie di post-riscaldamento di zona, regolatori di portata, serrande di regolazione ecc.
⚙️ Variazione di pressione statica per segmento
Per le reti di mandata, è molto utile definire la variazione di pressione statica di un segmento in una rete di canali. Questo tipo di grandezza risulta infatti molto comodo quando si deve dimensionare una rete di mandata con il metodo del "recupero di pressione statica". Tale variazione è definita tramite la seguente relazione:
(2.2) 
dove:
| Simbolo | Descrizione |
|---|---|
| Δpsi | variazione di pressione statica, per il segmento i, Pa |
| Δpri | recupero di pressione statica, per il segmento i, Pa |
La (2.2) deriva direttamente dalla (1.5), nella quale le sezioni 1 e 2 sono da intendersi rispettivamente come le sezioni di monte della prima e della seconda derivazione del segmento i. In particolare, Δpsi e Δpri sono definiti come:
(2.3) 
(2.4) 
Dalla (2.4) e dalla (2.2) si può osservare che, se V₂ < V₁, la variazione di pressione statica Δpsi può essere minore della variazione della pressione totale Δpti dovuta alle perdite di pressione. È per questo che Δpri è chiamato recupero di pressione statica. Si noti però che, se V₂ > V₁, il recupero di pressione statica è negativo, cioè Δpri < 0: ne segue che in questo caso la variazione di pressione statica è maggiore della variazione di pressione totale e di questo fenomeno è necessario tenere conto nel calcolo della pressione statica richiesta al ventilatore.
⚙️ Pressione totale richiesta al ventilatore
Tornando ora alla (2.1), possiamo definire la pressione totale (o prevalenza totale) richiesta al ventilatore, con la seguente equazione:
(2.5) 
dove:
| Simbolo | Descrizione |
|---|---|
| F_mn | serie di segmenti a monte del ventilatore |
| F_vl | serie di segmenti a valle del ventilatore |
| Pt | pressione o prevalenza totale richiesta al ventilatore, Pa |
| ΔptTi | perdita di pressione totale del terminale di ripresa/estrazione o mandata Ti, posto all'estremo del ramo i-esimo, Pa |
| ε | simbolo che lega i segmenti di rete in percorsi compresi tra i terminali di ripresa/estrazione ed i terminali di mandata dell'aria |
Per meglio comprendere la (2.5), consideriamo la rete di fig. 8.1. Essa è costituita da n° 3 terminali di mandata e da n° 3 terminali di ripresa dell'aria. Si possono individuare n° 10 segmenti. I vari terminali possono essere tra loro connessi con n° 9 percorsi: 1-3-4-9-7-5, 1-3-4-9-7-6, 1-3-4-9-8, 10-3-4-9-7-5, 10-3-4-9-7-6, 10-3-4-9-8, 2-4-9-7-5, 2-4-9-7-6, 2-4-9-8.
Per determinare la pressione totale richiesta al ventilatore, si possono utilizzare le seguenti n° 9 equazioni, derivate tutte dalla (2.5):
(2.6) 
Le equazioni (2.6) devono essere soddisfatte, per ottenere una rete bilanciata, con le portate d'aria di progetto. I metodi di bilanciamento basati esclusivamente sulle serrande di regolazione non costituiscono soluzioni economicamente ottimizzate e possono portare a problemi di rumorosità.