Come funzionano le unità sul tetto o RTU. Come suggerisce il nome, le unità rooftop, o RTU in breve, sono posizionate sul tetto di negozi e piccoli edifici commerciali per fornire aria condizionata ad aree definite.
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Sono unità di condizionamento a pacchetto e sono popolari perché sono semplici, compatte, autonome, tutte in uno, unità HVAC.
Lo scopo di un’unità sul tetto è quello di distribuire l’aria condizionata in aree definite di un edificio. Le unità sul tetto sono collegate a canalizzazioni che forniscono un percorso definito per l’aria condizionata da percorrere.
Nel nostro ultimo tutorial abbiamo esaminato le unità di trattamento aria o AHU. Vi invito a controllare e a guardare il video tutorial, cliccate qui per vederlo. Se l’avete guardato, noterete che le unità sono molto simili. Le unità sul tetto sono un tipo di condizionatore d’aria, la differenza principale è che di solito sono più compatte e sono sempre installate sul tetto, quindi devono essere più robuste e resistenti alle intemperie per affrontare il sole, la pioggia, la neve, il vento ecc. Inoltre, le AHU saranno spesso collegate a impianti centrali come refrigeratori e caldaie per fornire il riscaldamento e il raffreddamento, ma le RTU sono autonome e hanno tutto ciò di cui hanno bisogno in una sola unità. Questo è il motivo per cui sono chiamati condizionatori d’aria a pacchetto e tra poco guarderemo all’interno di alcuni modelli di unità per capire perché.
Ci sono molti tipi di unità Rooftop, e noi guarderemo quattro diverse versioni tipiche, iniziando dalla più semplice. Questa prima unità è solo aria fresca, non c’è ricircolo. Prende il 100% di aria fresca e la condiziona. L’aria di ritorno viene solitamente rimossa da un ventilatore di scarico esterno per bilanciare la pressione dell’aria.
Prima abbiamo l’alloggiamento, questo deve proteggere tutte le apparecchiature meccaniche ed elettriche all’interno dell’unità da sole, vento, pioggia, neve, gelo ecc. Ci saranno alcuni pannelli di accesso incorporati in questo per permettere ai tecnici di accedere ai componenti all’interno ed eseguire la manutenzione.
A una estremità ci sarà tipicamente un cappuccio dell’aria. Questo è il punto in cui l’aria ambientale esterna viene aspirata nella macchina. La cappa ha questa forma per impedire all’acqua, alla neve e ai detriti di entrare nell’unità. Di solito c’è una rete attraverso l’ingresso della cappa d’aria che impedirà alla fauna e agli oggetti di entrare, perché questo causerebbe dei blocchi e danneggerebbe la ventola.
La prossima cosa che potremmo trovare sono degli smorzatori. Non tutte le unità hanno questi, ma i modelli più recenti in genere lo fanno. Questi sono fondamentalmente fogli di metallo che ruotano insieme. Si aprono completamente per permettere all’aria di entrare nell’unità o si chiudono per sigillare l’unità e impedire all’aria di entrare o uscire. Alcuni possono variare la loro posizione di apertura in qualche punto tra il completamente aperto e il completamente chiuso, questo sarà usato per regolare la quantità di aria che fluisce nell’unità dall’esterno, specialmente se viene usato il ricircolo e lo vedremo più avanti nel video dopo questo modello di base.
Dopo gli ammortizzatori troveremo i filtri. Questi di solito scivolano fuori dall’unità dalla porta di servizio. Il loro scopo è quello di pulire l’aria catturando lo sporco e la polvere contenuti nell’aria fresca esterna in entrata. Se non abbiamo filtri installati, il ventilatore, gli scambiatori di calore, i componenti meccanici e le condutture saranno lentamente coperti dalla polvere e questo ridurrà l’efficacia e l’efficienza della macchina e se se ne accumula troppa, dopo un po’ causerà guasti alle apparecchiature.
Dopo i filtri avremo delle bobine. Queste bobine saranno utilizzate per raffreddare o riscaldare l’aria aggiungendo o togliendo energia termica. A seconda di dove si trova la RTU e delle condizioni ambientali che affronta, alcune unità saranno solo di raffreddamento, molto occasionalmente saranno solo di riscaldamento e alcune saranno di riscaldamento e raffreddamento.
Se l’unità è solo di raffreddamento allora avrà tipicamente una singola bobina collegata a un’unità di refrigerazione.
Se l’unità è solo di riscaldamento allora sarà o collegata a una pompa di calore, un bruciatore a gas o un elemento di riscaldamento elettrico.
Se l’unità riscalda e raffredda, allora avrà due scambiatori di calore, dove uno sarà una bobina collegata a un’unità di refrigerazione per fornire il raffreddamento e l’altro sarà probabilmente uno scambiatore di calore a tubi collegato a un bruciatore a gas o a una resistenza elettrica per fornire il riscaldamento.
In alternativa un’unità potrebbe fornire sia il riscaldamento che il raffreddamento usando una singola bobina collegata a una pompa di calore. Abbiamo trattato le pompe di calore in un video precedente, clicca qui per vederlo.
La maggior parte delle unità utilizzerà un sistema di refrigerazione per fornire il raffreddamento. Il compressore, il condensatore, il ventilatore e i controlli sono di solito situati sul retro dell’unità o sul lato per respingere il calore e tenerlo lontano dall’aspirazione e dall’aria condizionata all’interno dell’unità.
Se vuoi saperne di più sui diversi tipi di scambiatori di calore usati e su come funzionano, guarda il nostro altro video sugli scambiatori di calore HVAC, cliccando qui.
Dopo le serpentine troveremo la ventola. Questo è di solito un ventilatore a cinghia di tipo centrifugo, ma può anche essere un ventilatore di tipo EC che sono più efficienti dal punto di vista energetico. Il ventilatore aspira l’aria dall’esterno e poi attraverso le serrande, i filtri e le bobine la spinge nelle condutture per essere distribuita nell’edificio.
Questo è il nostro tipo più basilare di unità Rooftop. Cos’altro potremmo trovare?
Alcune unità potrebbero ricircolare l’aria interna attraverso un sistema di canali di ritorno. Questo è usato per risparmiare energia soprattutto in inverno quando l’aria esterna è molto fredda e l’aria di ritorno è calda. Possiamo usare questo per ridurre il carico di riscaldamento mescolando un po’ di aria calda di ritorno con l’aria fresca fredda in entrata.
In questo design troviamo una serranda per l’aria di ritorno nell’unità. Questa lavorerà in sincronia con la serranda di aspirazione e le due varieranno la loro posizione per cambiare la miscela di quanta aria fresca e quanta aria di ritorno passa attraverso l’unità. Ci sarà sempre una certa quantità di aria fresca in entrata in questo tipo, perché altrimenti l’edificio si riempirà semplicemente di anidride carbonica e creerà un’atmosfera malsana. Quando la serranda si apre, l’aspirazione del ventilatore attira l’aria dalle condutture. Quando la serranda si chiude non viene aspirata aria.
Un’altra versione che incontreremo, e questo tipo è molto comune. In questo progetto abbiamo di nuovo la serranda di ritorno, ma questa volta una parte o tutta l’aria può essere respinta nell’atmosfera. La temperatura dell’aria esterna e dell’aria di ritorno, e a volte il livello di CO2 dell’aria di ritorno, detterà quanta aria sarà respinta e quanta sarà mescolata e ricircolata. In questo tipo di unità, quando la temperatura dell’aria esterna è inferiore o vicina alla temperatura interna desiderata, il 100% dell’aria fresca può essere soffiata nell’edificio e nessuna di esse sarà ricircolata, tutta l’aria sarà respinta man mano che la domanda di raffreddamento viene soddisfatta, questo viene chiamato ciclo di free cooling o un ciclo economizzatore airside.
La versione finale che vedremo ha una ruota termica integrata nell’unità. Questo sta crescendo in popolarità con il crescente bisogno di efficienza energetica negli edifici per ridurre le emissioni di CO2 ma anche i costi energetici e di utilità.
Questa unità prima tira l’aria attraverso la cappa, la quantità di aria che entra è controllata dalla serranda. L’aria passa poi attraverso un filtro per catturare la polvere e lo sporco e proteggere la superficie della ruota termica, poi passa attraverso la ruota termica. La ruota termica è uno scambiatore di calore rotante che raccoglie il calore di scarto o il freddo dall’aria di scarico di ritorno e lo trasferisce all’aria fresca in entrata senza che i due vapori d’aria si mescolino. Queste ruote termiche non sono completamente a tenuta d’aria, quindi si verifica un po’ di miscelazione dell’aria.
La ruota termica è usata per compensare la domanda di riscaldamento e a volte di raffreddamento quando le condizioni sono giuste, risparmiando energia e costi di utilità. Dopo la ruota termica l’aria passa attraverso un altro filtro. Appena prima del filtro abbiamo una serranda sul flusso d’aria di ritorno. Questo ci permette di ricircolare una parte dell’aria di ritorno nell’aria fresca e la quantità viene variata usando le serrande. Non tutti gli rtu a ruota di calore hanno questa caratteristica, alcuni usano solo il 100% di aria fresca in entrata e in uscita. Se non ha l’opzione di ricircolo, allora l’unità probabilmente non avrà questo secondo banco di filtri.
Dopo questo l’aria fluirà attraverso gli scambiatori di calore che riscaldano o raffreddano l’aria alla temperatura desiderata.
Il ventilatore distribuirà poi l’aria attraverso l’edificio attraverso la canalizzazione alle posizioni designate.
L’aria di ritorno è poi tirata indietro nella RTU attraverso la canalizzazione di ritorno. Una volta rientrata nella RTU ha la possibilità di ricircolare un po’ d’aria nella presa d’aria fresca, altrimenti passa tutta attraverso un filtro e poi attraverso la ruota di calore per catturare il calore residuo.
Dopo la ruota di calore potremmo trovare una ventola di estrazione, altrimenti la pressione causata dalla ventola principale può essere usata per forzare l’aria fuori, in alcuni progetti.
L’aria passa poi attraverso la serranda di estrazione che serve a variare il volume di miscelazione dell’aria di ritorno e la pressione all’interno dell’edificio, dopo di che passa attraverso una griglia che impedisce semplicemente agli oggetti e alla fauna selvatica di entrare nell’unità dove sarà poi espulsa dal sistema nell’atmosfera.