Torri di raffreddamento – ICPE
Analisi termo-aerodinamica del tetto di un ufficio
Lo studio riguarda le torri di raffreddamento situate sul tetto di un edificio per uffici.
Questi sistemi di raffreddamento sono essenziali per fornire aria condizionata alle persone e ai locali tecnici delle aree IT. Ecco perché è fondamentale che funzionino in modo ottimale. Durante questo studio, è stato studiato il principio dei sistemi ad anello e sono state consigliate delle soluzioni per porre rimedio alla situazione.
Studi sulle torri di raffreddamento nell'ambito di un progetto ICPE
Anno
2024
Cliente
SETEC
Posizione
Francia
Tipologia
Aria e vento
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Studio delle torri di raffreddamento per uffici ICPE
Raffreddamento degli uffici
Lo studio condotto da EOLIOS riguarda il dimensionamento e l’implementazione di sistemi di torri di raffreddamento ad aria sui tetti degli uffici ICPE (Installations Classées Protection de l’Environnement).
Le torri di raffreddamento raffreddate ad aria sono una soluzione efficace per gli edifici che devono dissipare molto calore.
Utilizzano l’aria esterna per raffreddare l’acqua, offrendo un’alternativa efficiente dal punto di vista energetico ai tradizionali sistemi di condizionamento dell’aria.
Grazie al loro ridotto consumo energetico, contribuiscono anche a ridurre l’impatto ambientale.
Torri di raffreddamento ad aria: Principio di funzionamento
Le torri di raffreddamento raffreddate ad aria sono sistemi di raffreddamento che utilizzano l’aria ambiente per dissipare il calore. Funzionano secondo il principio dell’evaporazione dell’acqua. Una torre di raffreddamento è generalmente costituita da una struttura a forma di torre contenente pannelli o imbottiture. L ‘acqua calda proveniente dai sistemi di raffreddamento viene pompata nella parte superiore della torre, dove viene distribuita uniformemente sui pannelli o sulle imbottiture.
Allo stesso tempo, l’aria esterna viene aspirata nella torre attraverso dei ventilatori.
Quando l’aria entra in contatto con l’acqua distribuita sui pannelli o sull’imbottitura, questa evapora parzialmente, provocando uno scambio di calore.
L’evaporazione dell’acqua assorbe il calore dell’aria e quindi raffredda l’acqua che circola nella torre.
L’aria, ormai carica di umidità, fuoriesce dalla torre attraverso le ventole poste in alto. L’acqua raffreddata viene raccolta in un serbatoio nella parte inferiore della torre e pompata nuovamente nel sistema di raffreddamento. Questo processo avviene continuamente, garantendo un raffreddamento efficiente e il mantenimento di una temperatura stabile all’interno dell’edificio. L’obiettivo principale è garantire un raffreddamento efficiente degli uffici convalidando il dimensionamento e l’installazione dei sistemi TAR sul tetto.
L’obiettivo è anche quello dimigliorare le prestazioni complessive e l’efficienza energetica dei sistemi RAC per ridurre al minimo il consumo energetico.
Loscopo di questo studio è quello di convalidare il dimensionamento e l’implementazione dei sistemi RAC sul tetto dell’edificio.
A tal fine, verranno utilizzati tre parametri: le temperature, le velocità e l’umidità intorno alle RTA.
Simulazione numerica delle condizioni intorno ai TAR
Modellazione dell'edificio ICPE
Lo studio è stato condotto utilizzando la simulazione CFD. Questo metodo può essere utilizzato per modellare e analizzare il flusso dei fluidi all’interno e all’esterno dei TAR. Nell’ambito di questo studio è stato sviluppato un modello 3D dell’edificio in questione. Questo modello fornisce una rappresentazione dettagliata della struttura dell’edificio e dei suoi dintorni in un raggio di 400 metri. Si basa su un disegno in sezione del progetto e su un modello 3D fornito.
Tenendo conto degli edifici circostanti, possiamo essere più precisi sull’evoluzione del vento in loco. Poiché il sito è denso di infrastrutture, queste formano un gran numero di maschere aerauliche che hanno una grande influenza sull’evoluzione dell’aria. L’edificio in studio è stato modellato con precisione. Gli ART sul tetto sono stati modellati in base alle schede tecniche fornite dal cliente. Ci sono 6 TAR sul tetto.
Simulazione CFD: uno strumento accurato per analizzare le condizioni ambientali dei RAT
La simulazione CFD fornisce risultati accurati e dettagliati, tenendo conto di un’ampia gamma di fattori come la geometria dell’edificio, le condizioni ambientali e le proprietà dei materiali utilizzati. Grazie alla simulazione CFD, gli ingegneri diEOLIOS possono fornire soluzioni tecniche e raccomandazioni su misura per questo progetto. Questo permette ai clienti di prendere decisioni informate e di ottimizzare il dimensionamento e il posizionamento dei RAT sul tetto dell’edificio.
Modello 3D dei TAR
Risultati dello studio termo-aerodinamico
Influenza del vento sull'edificio
Il vento è un fenomeno estremamente mutevole, sia in termini di direzione che di velocità. Mentre i valori di velocità massima del vento sono essenziali per i calcoli di stabilità strutturale, i valori medi di velocità e direzione del vento sono più appropriati per gli studi termo-aerodinamici. Nel nostro studio, il vento è considerato costante con una direzione perpendicolare al sito.
I risultati iniziali mostrano che il vento ha una forte influenza sulle correnti d’aria intorno all’edificio, creando tre zone di disturbo, nella parte anteriore dell’edificio, nella parte posteriore e più lontano nella scia dell’edificio. Gli scarichi del TAR sono diretti verso l’alto e seguono il vento. Una parete a monte limita l’afflusso d’aria ai TAR, creando aree a bassa velocità a monte e a valle.
Il looping TAR: una sfida per un raffreddamento ottimale
I risultati della temperatura mostrano variazioni nelle prese d’aria delle unità di recupero del calore. Il fenomeno del looping che interessa queste unità è chiaramente visibile, in particolare con le due RTA centrali (A) e le due a destra (B e C), che catturano l’aria a una temperatura più alta di quella dell’ambiente, cosa che avviene anche per le RTA laterali (D ed E).
Le RAT in posizione A incontrano una zona in cui la temperatura è più alta, a causa della riduzione dell’apporto di aria fresca dovuta alla vicinanza dei punti di aspirazione. Tra i TAR in posizione B ed E si osserva un fenomeno simile a una temperatura leggermente inferiore, grazie alla maggiore distanza tra queste unità. In particolare, le RAT in posizione B e soprattutto C, a causa della loro vicinanza alle pareti dei locali in cui si trovano le prese d’aria, catturano l’aria a una temperatura significativamente più alta rispetto all’aria ambiente. Queste RAT sono confinate tra due pareti, il che riduce l’apporto di aria fresca. Questa analisi sottolinea l’importanza di ottimizzare il design delle prese d’aria per garantire un apporto sufficiente di aria fresca ed evitare problemi di surriscaldamento.
La planimetria mostra le condizioni di umidità alle prese d’aria del TAR. Si verifica un fenomeno di looping in cui diverse unità di trattamento dell’aria (A, B, C, D ed E) aspirano aria con un alto livello di umidità. I TAR centrali (A) e quelli a destra (B e C) attirano aria particolarmente umida, mentre quelli laterali (D ed E) catturano anch’essi aria umida, anche se in misura minore. Questo andamento ad anello per l’umidità corrisponde a quello osservato per le temperature ed è dovuto a fattori simili. I livelli di umidità più elevati sono stati osservati anche tra le RAT in A, così come tra quelle in B ed E.
La simulazione mostra che i TAR espellono l’aria umida, che poi viene risucchiata, creando un fenomeno di looping. Questo problema si aggrava quando gli ingressi dell’aria di un TAR sono rivolti verso un altro TAR o un ostacolo come un muro. Questo impedisce l’accesso all’aria fresca a temperatura ambiente e umidità moderata. Di conseguenza, i TAR tendono ad aspirare aria dall’alto, più calda e umida.
L’estensione del looping e l’effetto degli ostacoli sull’evacuazione dell’umidità sono dannosi per l’efficienza dei sistemi. L’attuale disposizione dei sistemi di ventilazione sul tetto sembra inadeguata. Queste osservazioni evidenziano la necessità di rivedere il progetto e apportare modifiche per migliorare le prestazioni dei TAR e garantire un’efficienza ottimale.
Migliorare l'efficienza dei RAT: le raccomandazioni di EOLIOS per limitare il looping
A seguito di queste osservazioni, EOLIOSpropone diverse soluzioni per ridurre il looping dei TAR.
Una delle proposte principali, basata sui risultati dello studio, è quella diinstallare delle feritoie al posto della parete acustica intorno alle RAT. L’obiettivo di questa misura è quello di mitigare l’effetto maschera aeraulica creato dalla parete acustica, che limita l’ingresso di aria fresca e crea aree di bassa velocità dell’aria sul fondo delle RAT. Le feritoie favoriscono un miglior flusso d’aria, fornendo un apporto più efficiente di aria fresca e riducendo i problemi di ristagno dell’aria.
Se l’installazione di bocchette si rivela insufficiente e i sistemi continuano ad avvolgersi su se stessi, si consiglia l’installazione di cofani orizzontali all’altezza degli scarichi dei sistemi per limitare il movimento verso il basso dei pennacchi in direzione dell’aspirazione.
Se risulta troppo complicato installare un cofano orizzontale completo, un’opzione è quella diinstallare diversi cofani orizzontali all’ingresso dell’aria delle RAT.
L’installazione di cofani verticali alle uscite dei TAR permetterebbe inoltre di aumentare la distanza tra lo scarico e l’aspirazione dei TAR, limitando così gli effetti di looping. Questa soluzione sarà comunque meno efficace di una copertura orizzontale.
Questo studio dimostra l’importanza di utilizzare la simulazione CFD per comprendere e ottimizzare le prestazioni delle ART. Grazie a questo metodo, abbiamo potuto analizzare nel dettaglio i flussi d’aria, le temperature e l’umidità intorno ai TAR, rivelando aree di disturbo e fenomeni come il looping dei flussi d’aria. La simulazione CFD offre vantaggi quali risultati accurati, risparmio di tempo e di costi e una migliore comprensione dei fattori che influenzano il funzionamento dei TAR. Sulla base di queste conoscenze, sono state formulate raccomandazioni come l’installazione di feritoie al posto delle pareti per promuovere un migliore apporto di aria fresca e migliorare le prestazioni delle RAT.
Ridurre la diffusione della legionella grazie alla CFD
Lo studio della diffusione della legionellosi negli impianti di raffreddamento evaporativo, come i RAC, è essenziale per prevenire la trasmissione di questa malattia respiratoria potenzialmente mortale. I batteri della legionella, che causano la legionellosi, prosperano in ambienti con acqua calda come gli impianti di trattamento delle acque.
Quando l’acqua contaminata dai batteri viene spruzzata nell’aria dai ventilatori dei RAT, si crea un pennacchio umido che può contenere goccioline infette. Quando queste goccioline vengono inalate dalle persone che si trovano nelle vicinanze dei TAR, possono causare infezioni respiratorie, tra cui la legionellosi.
Gli studi CFD svolgono un ruolo fondamentale nella comprensione e nella gestione della diffusione della legionellosi. Gli studi CFD possono essere utilizzati per visualizzare il flusso d’aria e la dispersione dei pennacchi umidi generati dai TAR. Grazie ai risultati delle simulazioni CFD, è possibile identificare le aree a rischio e adottare misure per prevenire la diffusione della legionella. Queste misure possono includere l’adattamento del design delle RAT, la modifica del funzionamento dei ventilatori, la regolazione dei parametri di nebulizzazione dell’acqua o l’implementazione di sistemi di monitoraggio e trattamento dell’acqua più efficienti. Gli studi CFD contribuiscono quindi a migliorare la sicurezza e l’affidabilità degli impianti di raffreddamento evaporativo, riducendo al minimo i rischi di diffusione della legionella. Vengono utilizzati per valutare l’efficacia delle misure preventive messe in atto e per ottimizzare la progettazione e il funzionamento delle RAT al fine di ridurre i rischi per la salute pubblica.
Video riassuntivo dello studio
Sintesi dello studio
Lo studio condotto da EOLIOS riguarda il dimensionamento e l’implementazione di torri di raffreddamento sui tetti degli uffici ICPE.
Le ART sono sistemi di raffreddamento che utilizzano l’aria esterna per dissipare il calore, offrendo un’alternativa più efficiente dal punto di vista energetico rispetto al condizionamento tradizionale.
Lo studio utilizza la simulazione CFD per modellare e analizzare i flussi di fluidi in entrata e in uscita dalle CCR.
I risultati dello studio evidenziano l’influenza del vento sulle correnti d’aria intorno all’edificio e mostrano il fenomeno del TAR looping, che influenza la temperatura e l’umidità dell’aria aspirata.
Questi risultati permettono di ottimizzare il dimensionamento e la posizione dei CCR per garantire un raffreddamento efficiente degli uffici.
