Riscaldamento efficiente di magazzini a scaffalature verticali multipiano con unità di ventilazione decentralizzate

Il settore della logistica gioca un ruolo importante e dinamico nell’economia odierna, con un aumento dei centri logistici nei principali  hub di distribuzione che sono il perno di un efficiente sistema di trasporto. Questo implica che il settore sia anche soggetto a continue modifiche ed ammodernamenti.
Questi centri logistici sono, per la maggior parte, magazzini a un piano con altezza di almeno 10m, hanno pavimenti piani in cemento armato, zone di parcheggio di interscambio e corsie di transito e sono generalmente dotati di sistemi di ventilazione o condizionamento automatici. Sfortunatamente, coloro che sono coinvolti nella progettazione spesso non prestano sufficiente attenzione a questo aspetto e al fatto che si possano ottenere considerevoli risparmi sia in termini di investimento iniziale che di costi di esercizio quando si seleziona un tipo di sistema rispetto a un altro.

Struttura e necessità di magazzini a scaffalature verticali multipiano

L’efficienza dei sistemi di riscaldamento ad aria dipende in maniera sostanziale dal modo in cui l’aria viene immessa in ambiente, dato che la distribuzione della temperatura è influenzata principalmente dalle correnti d’aria ascensionali. In sistemi poco efficienti si verifica un significativo gradiente verticale di temperatura, che si traduce in condizioni insoddisfacenti nell’area occupata e in un eccessivo consumo di energia. L’obbiettivo pertanto è ottenere un’uniforme distribuzione della temperature dal pavimento al soffitto, in modo che la temperatura rimanga sufficientemente bassa anche nelle aree più alte del magazzino (generalmente è consentito un massimo di 30 °C). Un’analisi dei diversi sistemi di riscaldamento ad aria mostra che i sistemi più efficienti veicolano l’aria verso il basso direttamente nella zona occupata.
I magazzini a scaffalature verticali multipiano sono formati da aree delimitate contenenti barriere quali muri e scaffalature, la struttura e la disposizione delle quali determina la forma dei flussi d’aria. 
In particolare le scaffalature causano una deformazione del flusso d’aria e la sua forma cilindrica iniziale viene “appiattita” ed allungata lungo l’asse del corridoio. Questo genera due effetti aerodinamici: l’area di copertura del flusso d’aria aumenta in una direzione a causa delle barriere e l’aumento di velocità e pressione dell’aria accanto alle scaffalature si traduce in una maggiore resistenza al flusso di immissione. L’impatto di questi due effetti sul flusso d’aria può variare e dipende sia dal tipo di diffusore che dalla struttura degli scaffali, in particolare con riguardo alla quantità d’aria che può passare attraverso le scaffalature.
Entrano in gioco anche forze gravitazionali a causa della differente densità tra l’aria immessa e quella circostante presente in ambiente. Queste forze influenzano sia il flusso d’aria in immissione che la circolazione complessiva all’interno dell’ambiente. Se l’aria è immessa in verticale, il flusso d’aria è rallentato se la gravità controbilancia la forza inerziale del flusso. L’area di copertura, d’altro canto, è aumentata se queste forze agiscono nella stessa direzione.

Le tecnologie disponibili

I tre principali tipi di diffusore utilizzati in questo tipo di strutture sono:

  • Diffusore a ugello
  • Diffusore elicoidale
  • Air injector

Diffusore a ugello
Con un sistema di riscaldamento con flusso d’aria compresso con diffusore a ugello, la temperatura dell’aria nel diffusore  (t0) non deve essere superiore alla temperatura ambiente (tL) se non di pochi gradi centigradi. Altrimenti le aree superiori di stoccaggio si surriscaldano, con il risultato di violare le norme e con la possibilità di danneggiare le merci stoccate. Vi sono pertanto importanti restrizioni nell’uso in riscaldamento di flussi d’aria compressi liberamente circolanti. Va inoltre tenuto conto che in genere non è conosciuta la natura delle merci stoccate.

Diffusore elicoidale
L’opzione di utilizzare un flusso d’aria elicoidale pone anche maggiori difficoltà. Una gran parte del flusso di aria calda che dovrebbe raggiungere l’area occupata presenta un basso livello di inerzia verticale. Come risultato il raggio d’azione del flusso è abbastanza basso, significativamente più basso che nel caso di flusso d’aria compresso con diffusore ad ugello. Per questa ragione, si utilizza  tL ~ t0 in magazzini con scaffalature verticali multipiano riscaldati con flussi elicoidali. In altre parole, solo alcune postazioni di stoccaggio nell’area superiore del magazzino sono ventilate. Per aumentare l’area riscaldata, la potenza di riscaldamento deve essere aumentata. Questo inevitabilmente porta ad avere temperature ancora più elevate a livello del soffitto, con il conseguente surriscaldamento delle aree di stoccaggio superiori e una considerevole perdita di energia dovuta alla significativa differenza di temperatura rispetto al tetto.
È da notare comunque, che questo tipo di distribuzione dell’aria si presta molto bene al raffrescamento dei magazzini. Questo perché la densità dell’aria di mandata in questo caso è maggiore di quella dell’aria ambiente. Come risultato l’aria di mandata scende per gravità e circola comunque nell’area occupata senza creare correnti fastidiose.

Air-injector
Questo flusso è caratterizzato da un alto livello di induzione che è necessario per riscaldare in maniera efficiente  magazzini a scaffalature verticali di elevata altezza. In questo caso si impiega un sistema di riscaldamento decentralizzato con più unità di ventilazione per le varie aree del magazzino da servire. Le unità ventilanti sono fissate al soffitto ed diffondono l’aria verso il basso nel locale (in base al principio di ventilare l’area occupata) e non sono necessarie condotte di distribuzione dell’aria. 

Le unità si compongono di due elementi: il sistema di riscaldamento (con ventilatore e batteria) e l’air injector.
Il diffusore è composto da due elementi, ognuno dei quali ha un effetto opposto sulla formazione del flusso d’aria:

  • La combinazione di un deflettore e di un ugello che sono responsabili della formazione di un getto d’aria con il massimo lancio possibile;
  • Un dispositivo a vortice che ruota il flusso d’aria e aumenta l’angolo di dispersione (induzione) del flusso.

L’air injector funziona in base al seguente principio: l’aria viene indirizzata su un deflettore a forma di disco, poi instradato attraverso le alette del dispositivo a vortice e attraverso l’ugello in ambiente. Il deflettore gioca un ruolo importante; permette un elevato effetto di induzione creando una pressione negativa alla radice del flusso d’aria. Questo porta alla formazione di un esteso flusso di aria compressa all’inizio del lancio. L’angolo di dispersione in questo caso è circa di  0° (a differenza del valore di 11°, che è caratteristico dei flussi d’aria compressi liberamente circolanti).

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Disposizione delle unità

È Il calore necessario all’interno dei magazzini può variare considerevolmente da zona a zona. È pertanto necessario disporre le unità in diverse zone del magazzino o creare opportune zone di controllo.
La distribuzione dell'aria è influenzata anche dalla posizione dalle scaffalature di stoccaggio. La corrente d’aria di alimentazione viene "appiattita" lungo tutta la lunghezza della corsia, raggiungendo così una superficie maggiore. Tuttavia, non tutti i corridoi devono essere dotati di unità, poiché già le corsie adiacenti sono fornite da un diffusore. Ciò richiede spazio tra i diversi ripiani delle scaffalature di stoccaggio, che è in realtà pratica standard poiché le rastrelliere sono riempite solo fino a un certo punto in modo da garantire che le merci siano facilmente accessibili. È quindi sufficiente che le unità vengano installate una ogni tre corsie (o anche a intervalli più ampi).
In base a quanto detto, i sistemi di riscaldamento ad aria decentralizzati con un iniettore d'aria costituiscono il sistema ottimale per i magazzini con scaffali. Un sistema di questo tipo offre infatti i seguenti vantaggi:

• distribuzione uniforme della temperatura come risultato della distribuzione ottimale dell'aria. Il gradiente di temperatura verticale è di solo 0,1 o 0,15 ° C/m. Questo garantisce un uso appropriato dell’energia per il riscaldamento della zona occupata e un ridotta dispersione di energia attraverso il tetto.

• un numero minimo di unità necessarie e, quindi, una riduzione dell’investimento grazie alla grande area raggiunta da ciascuna unità.

• non sono richiesti canali di distribuzione dell’aria con i conseguenti costi di installazione e manutenzione.

• Il principio di decentramento garantisce un elevato livello di affidabilità e la possibilità di ampliare gli impianti esistenti.

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