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Mondo CAE - CFD e Condizionamento domestico. Accoppiata vincente oppure spreco di soldi?

Aggiornamento: 13 giu 2023





Se pensiamo all'estate, la prima cosa che pensiamo è sole, mare e vacanza. Ma in estate esiste anche l'incubo del caldo eccessivo. Per questo motivo decidiamo di installare un impianto di aria condizionata. Proprio perché vogliamo ricercare una situazione di comfort.


Molto spesso però accade che pur avendo installato l'aria condizionata, questa produca in noi una sensazione di fastidio. Questo fastidio è dovuto ad un mix di fattori tra cui:

  • Temperatura disomogenea all'interno della stanza;

  • Velocità del getto troppo elevata;

  • Vorticità troppo elevata.

Anche rivolgendosi a professionisti del settore per l'installazione, non sempre questi sono in grado di stimare correttamente la distribuzione del flusso d'aria all'interno delle mura domestiche.


Questo perché la presenza di mobili, oggetti davanti il flusso, velocità dell'aria, condizioni ambientali esterne, possono influenzarne il funzionamento.


Altre volte invece il professionista non riesce ad installarla correttamente perché si preoccupa solamente di attaccare lo split al muro.


Ma allora come ci aiuta l'analisi CFD in questo?

Tramite l'analisi CFD è possibile conoscere a priori la distribuzione di tutte queste grandezze e valutare in maniera dettagliata la miglior configurazione di installazione, proprio per avere un confort ottimale e poter godere al meglio dell'impianto che stiamo installando.


In questo articolo non vogliamo parlare della preferenza tra un certo modello di impianto rispetto ad un altro.


Tramite l'analisi CFD è possibile conoscere a priori la distribuzione di tutte queste grandezze e valutare in maniera dettagliata la miglior configurazione di installazione

Lo scopo è quello di farvi comprendere come questa tipologia di simulazione, che solitamente viene utilizzata nel mondo delle auto da corsa, trova impiego nella vita di tutti i giorni favorendoci la vita.


Facciamo un esempio pratico.


ANALISI CFD DI UNA STANZA CON IMPIANTO DI CONDIZIONAMENTO INCORPORATO


Prendiamo una stanza tipo, magari un salotto, in cui è presente un divano, una televisione, una madia, una porta finestra per l'esterno ed una finestra bella grande.




Figura 1: Il volume fluido della stanza. Con i diversi colori sono indicati gli arredi (schematizzati e semplificati).

Le condizioni ambientali che stiamo ipotizzando sono quelle tipiche di una giornata estiva, ossia:

  • Temperatura Esterna: 35°C

  • Temperatura Stanza: 25°C


Figura 2: Condizione di inlet e outlet nel volume fluido.

Per effettuare l'analisi CFD è necessario conoscere le trasmittanze o conducibilità termiche delle pareti e dei vetri. Ipotizziamo che i mobili non scambino temperatura con l'ambiente (anche se in realtà si raffreddano).

Facciamo l'ipotesi di avere installato i migliori prodotti sul mercato.

  • Conducibilità Termica Vetro: 0,5 W/mq/K

  • Conducibilità Termica Pareti: 0,15 W/mq/K

Infine, facciamo l'ultima ipotesi, Ipotizziamo che siamo delle persone che soffrono particolarmente il caldo, e che vogliamo impostare la temperatura del condizionatore a 18°C, con il massimo getto possibile.

Questo ci porta ad impostare i seguenti valori:

  • Velocità Getto: 0,5 m/s

  • Temperatura Totale Getto: 18°C

Dopo aver impostato tutto, lanciamo la simulazione ed aspettiamo che raggiunga la convergenza.


ANALISI DEI RISULTATI OTTENUTI

Per poter analizzare i risultati, è necessario, come sempre, darsi dei valori di soglia o comunque un intervallo sulle diverse grandezze.

Leggendo le varie normative (ma attenzione a prenderli con le pinze questi dati, in quanto sono approssimativi e servono solamente allo scopo informativo di questo articolo), possiamo dire che il comfort domestico si raggiunge quando:

  • La temperatura della stanza è compresa tra i 18 ed i 23 gradi°C;

  • Il gradiente di temperatura dell'aria tra pavimento e soffitto è al di sotto dei 2 °C;

  • La velocità dell'aria è minore di 0.2 m/s (nella zona in cui siamo soliti stare).

Analizziamo la temperatura all'interno della stanza tramite delle isosuperfici.


Figura 3: isosurface delle temperature rispettivamente a 18°C (la più interna), 20°C (la centrale) e 23°C (la più esterna)

In questo caso stiamo visualizzando le isosurface a 18, 20°C (quella a forma di cascata centrale) e 23°C (quella esterna e più estesa).


All'interno della "cascata" di aria fredda, la temperatura va dai 18 ai 20 °C mentre all'esterno la temperatura va dai 20 ai 23. Le zone di picco si trovano tutte localizzate in prossimità della parete e non fanno parte della zona calpestabile.


Possiamo dire che in questo caso, siamo in una condizione in cui la persona si trova in una situazione di comfort.


Verifichiamo ora la velocità, che deve essere inferiore ai 0.2 m/s. In figura è mostrata la surface dove la velocità è pari a 0.2m/s.


Figura 4: isosurface delle velocità a 0.2 m/s. All'interno la velocità è più elevata, mentre all'esterno la velocità è più bassa

Al di fuori la velocità è più bassa, mentre all'interno la velocità è più alta. Essendo il divano posizionato proprio sotto al getto, va da se che la situazione di confort in queste condizioni viene meno. In questo caso sarebbe da ripensare l'arredo oppure da settare meglio l'impianto di condizionamento rispetto al parametro di velocità.


Infine diamo un occhiata alla differenza di temperatura tra soffitto e pavimento preso arbitrariamente su di un punto a caso all'interno della stanza.


Figura 5: andamento della temperatura in un punto generico lungo una linea tra pavimento e soffitto.

Si può notare come siamo mediamente all'interno del range indicato, anche se lo sforiamo di circa 1°C (e si ha una brusca variazione di temperatura a circa 400 mm di altezza).


Queste informazioni, senza una analisi CFD, non sarebbero state estrapolate e si sarebbe installato un condizionatore in quel punto, portando poi l'utente finale a non utilizzarlo perchè il getto arrivava troppo forte (oppure a creare soluzioni grottesche come la deviazione del getto con dei fogli di carta).



MA QUINDI SERVE VERAMENTE L'ANALISI CFD? CONTRIBUISCE A QUEL VAORE AGGIUNTO?


In ultima analisi possiamo dire che si, l'analisi CFD contribuisce ad un elevato valore aggiunto nell'installazione di un sistema di ventilazione nella propria abitazione.


L'unico limite che mi viene in mente però è il seguente : quanti sono disposti a spendere di più per avere un miglioramento delle prestazioni di comfort del proprio sistema di condizionamento?


Se questo articolo vi è piaciuto, seguitemi per rimanere aggiornati sul #mondoCAE, la simulazione nella nostra quotidianità.



Ing. Francesco Grispo

fgcaeanalyst@gmail.com



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FGCAEANALYST è al servizio delle aziende. Ti seguiamo passo passo nell'analisi dei tuoi componenti mettendoci la stessa attenzione che metteremmo se fosse nostro.

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