Nuovo sistema di condotti dell'aria per la climatizzazione domestica

In che modo la ricerca strategica di Building America ha contribuito a creare una soluzione HVAC innovativa e pronta per il mercato per condotti di riscaldamento e raffreddamento all'interno di spazi climatizzati

Per quasi un secolo, gli idraulici installarono i tubi alla vecchia maniera, tagliando e saldando faticosamente i tubi metallici sul campo. Poi, negli anni '90, è arrivato un materiale rivoluzionario chiamato polietilene reticolato, meglio noto come PEX.

Come ora sappiamo, PEX è un tubo flessibile che richiede molti meno raccordi e nessuna colla o saldatura per l'installazione... e non si corrode. All'inizio alcuni idraulici si sono opposti a PEX, ma in breve tempo si sono resi conto che la facilità e la velocità del sistema erano migliori per i loro profitti, senza sacrificare la qualità. Oggi PEX è il sistema idraulico predominante nelle nuove costruzioni residenziali.

Ora, un nuovo sistema di condotti è destinato a trasformare allo stesso modo il settore del riscaldamento e del raffreddamento domestico, grazie ai primi investimenti da parte del Building Technologies Office presso il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE).

Rheia, una nuova società nata dalla ricerca finanziata in parte dal programma Building America del DOE, sta collaborando con alcuni dei migliori costruttori di case del paese per dimostrare un sistema di condotti dell'aria "plug-and-play" in attesa di brevetto progettato per essere installato all'interno spazio condizionato nelle nuove case efficienti dal punto di vista energetico.

Il sistema è costituito da un collettore, condotti dal diametro uniforme, connettori e componenti del diffusore che si incastrano insieme per formare un sistema di consegna quasi ermetico senza l'uso di nastro o mastice. I condotti sono sufficientemente piccoli da adattarsi alle cavità delle pareti, facilitando il mantenimento dei condotti all'interno di uno spazio condizionato, migliorando le prestazioni e l'efficienza energetica dell'intero sistema.

Rheia è un perfetto esempio di innovazioni "dal laboratorio al soggiorno" su cui il programma Building America ha lavorato negli ultimi 25 anni, un processo che tradizionalmente inizia con esperti di scienze dell'edilizia che armeggiano nei loro laboratori per poi far utilizzare quell'innovazione da alcuni dei più grandi costruttori del paese.

I sistemi convenzionali di condotti dell'aria sono afflitti da problemi:

Pensatela in questo modo: se avete un forno valutato con un'efficienza del 90%, ma il 30% dell'aria fuoriesce prima che venga erogato, essenzialmente funziona solo con un'efficienza del 60%. L’efficienza non riguarda solo l’attrezzatura; riguarda l'intero sistema."

I costruttori comprendono questi problemi, ma la maggior parte non vuole rinunciare a prezioso spazio interno per canalizzazioni che contengano almeno le perdite all'interno dell'involucro termico condizionato dell'edificio. È anche difficile far sembrare belli i controsoffitti e gli intradossi.

Nel 2015, IBACOS con sede a Pittsburgh, partner di lunga data di Building America con quasi tre decenni di ricerca sui sistemi di distribuzione dell'aria, ha collaborato con la Housing Innovation Alliance su un progetto di Building America per risolvere i problemi.

Considerando diverse idee, il team alla fine è approdato a un sistema di condotti "plug-and-play" semplice e adatto ai costruttori, situato all'interno di uno spazio condizionato. Il sistema utilizza solo cinque componenti rispetto ai 18 di un tradizionale sistema di condotti HVAC tronco-e-diramazione e la maggior parte dei componenti che collegano i condotti sono realizzati con un tessuto in fibra di vetro su un telaio di filo a spirale.

In effetti, IBACOS ha utilizzato il "modello PEX" durante lo sviluppo del sistema. "Abbiamo avuto l'idea che con le case a basso carico possiamo utilizzare condotti più piccoli", afferma Andrew Poertschke, specialista in prestazioni edilizie per IBACOS. "Se li colleghi tutti a un collettore centrale, otterrai un flusso d'aria migliore e più prevedibile. Inoltre, puoi inserirli nello spazio condizionato." Il sistema utilizza inoltre un numero drasticamente inferiore di componenti rispetto a un sistema HVAC convenzionale.

Parte del progetto consisteva nello sviluppare una metodologia di progettazione per determinare la lunghezza e il numero di tratti di condotti. Poiché i condotti hanno tutti le stesse dimensioni, alcune stanze richiedono più di un condotto; anche così, la facilità di installazione fa risparmiare tempo.

Dal 2015 al 2017, IBACOS ha eseguito test di laboratorio e modellizzazione per convalidare la tecnologia. Ha costruito un modello di una residenza cittadina a due piani presso l'IBACOS Innovation Center e lo ha utilizzato per confrontare i costi dei materiali e della manodopera per un sistema HVAC trunk-and-branch e due sistemi plug-and-play. I risultati di questo studio time-and-motion hanno mostrato un calo significativo dei costi di manodopera per il sistema plug-and-play.