Using ductwork to improve supply plenum temperature distribution in underfloor air distribution (UFAD) system

I sistemi per la distribuzione dell’aria sottopavimento (UFAD), utilizzati nella climatizzazione degli ambienti, espongono l’aria fresca che circola nel plenum allo scambio termico con il solaio (riscaldato dall’aria di ritorno nell’ambiente sottostante) e con il pavimento rialzato ( riscaldato dall’ambiente sovrastante). L’entità di questo scambio termico può essere rilevante, poiché ne consegue una di controllo sulla temperatura dell’aria di mandata (denominato Thermal Decay). L’aumento non desiderato della temperatura di mandata può creare difficoltà nel mantenimento del comfort termico nell’ambiente, in particolare nelle zone perimetrali dove i carichi termici raggiungono il loro picco. Un lavoro condotto presso il Center for the Built Environment (CBE) ha evidenziato che, in assenza di un adeguato isolamento del solaio, dovrebbero essere prese in considerazione strategie per la riduzione della temperatura nelle zone perimetrali del plenum, anche a discapito di un aumento della stessa nelle parti interne. Le tre principali strategie utilizzate a questo scopo sono: • immissione di aria nel plenum ad alta velocità, al fine di raggiungere le zone perimetrali dell’underfloor; • utilizzo di condutture aerauliche(sia in metallo che in tessuto) per portare l’aria direttamente nelle zone critiche del plenum; • considerare la possibilità di immettere l’aria nelle zone perimetrali del plenum anziché nella parte centrale. Lo sviluppo e l’analisi del secondo punto qui esposto è l’oggetto di questo lavoro. Utilizzando il modello di UFAD in scala 1:1, presso l’Università di Berkeley, in California, si sono potuti investigare i profili di temperatura in pavimenti rialzati dotati di tale sistema. I test hanno evidenziato fin da subito il problema dell’aumento di pressione nel sistema HVAC legato alle perdite di carico nei condotti. Il problema è ancora più marcato quando viene utilizzata una particolare tipologia di condotto che possiamo definire ventilato. Tale elemento, in tessuto nella versione analizzata, presenta lungo due lati opposti delle file di fori che permettono di distribuire l’aria in modo più efficiente. I risultati sperimentali sono stati utilizzati per validare un modello CFD che simuli la soluzione impiantistica oggetto di analisi. Utilizzando il modello CFD appena descritto ed un secondo, testato e validato presso il CBE, che simula la prima delle strategie illustrate in precedenza, è stato possibile confrontare le due soluzioni in situazioni reali di funzionamento. Per rendere le simulazioni il quanto più possibile coerenti con un caso reale, le condizioni al contorno sono state ottenute con il programma di simulazione energetica Energy Plus. La simulazione energetica è stata eseguita per il giorno di progetto estivo, per un pavimento rialzato situato al secondo di tre piani di uno stabile uso ufficio. Come zona climatica è stata scelta la località di Sacramento, California. Si è giunti così alle seguenti conclusioni: • mandare l’aria nel plenum ad alta velocità non garantisce la riduzione di temperatura nelle zone perimetrali in condizioni di carico parziale. La distribuzione di temperatura nel plenum, inoltre varia notevolmente al variare del carico di raffrescamento richiesto, rendendo così difficile predire le performance termiche dell’underfloor; • dal confronto delle due tipologie di distribuzione dell’aria sotto il pavimento emerge che nel caso si utilizzino condutture aerauliche le temperature perimetrali sono, per ogni condizioni di carico, inferiori a quelle registrate nel caso di mandate ad alta velocità; • la distribuzione delle temperature in plenum che utilizzano i condotti d’aria rimane pressoché invariata per ogni condizione di carico, facilitando così il controllo delle temperature e del comfort termico nell’ambiente condizionato; • l’utilizzo di condutture, unito ad un’attenta analisi delle strategie di distribuzione dell’aria attraverso le stesse, consente una riduzione del flusso termico tra plenum e ambienti circostanti fino al 15% del totale.