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Approfondimento Tecnico RDZ La ventilazione negli TRATTAMENTO DELL’ARIA Con le moderne tecnologie costruttive e la diffusa sensibilità per il risparmio energetico, la nuova tendenza nel campo dell’edilizia promuove edifici sempre più coibentati dal punto di vista termico ma carenti dal punto di vista dell’aerazione, cioè del naturale e spontaneo ricambio dell’aria ambiente attraverso serramenti e pareti. Oggigiorno un nuovo edificio viene realizzato avendo cura che l’involucro che lo delimita abbia caratteristiche termicamente performanti: i serramenti devono essere in grado di garantire il mantenimento della temperatura interna prefissata dall’utente e devono assicurare la massima tenuta all’aria, eliminando le possibilità di infiltrazioni. edifici ad uso residenziale Si può sicuramente affermare che i serramenti e il loro montaggio permettono agli edifici: • un ottimo isolamento termico • un ottimo isolamento acustico • una perfetta tenuta al passaggio di aria. In contropartita non consentono però un adeguato ricambio dell’aria “indoor” dei locali confinati e i necessari requisiti di qualità dell’aria non possono essere garantiti. Si presenta quindi una nuova problematica: la ventilazione degli ambienti. Il ricambio dell’aria potrebbe avvenire manualmente, affidandosi alle operazioni degli occupanti con l’apertura delle finestre, ma ciò non è affidabile e inoltre comporta elevati consumi energetici. Al contrario è possibile utilizzare dei sistemi molto efficienti, in grado di ricambiare l’aria interna in modo continuativo, in base a parametri prestabiliti e programmabili. Necessità di ventilazione Gli essere umani trascorrono la maggior parte del loro tempo all’interno di spazi confinati (anche oltre l’80%): è quindi estremamente importante ai fini dell’esistenza stessa e della tutela della salute delle persone garantire un’adeguata qualità dell’aria negli ambienti vissuti. Nei locali domestici si possono trovare diversi inquinanti chimici, come per esempio i VOC (composti organici volatili), il monossido di carbonio, il biossido di azoto, il particolato (polveri sottili), la formaldeide, il fumo di tabacco, pesticidi, ecc. Vi è la presenza anche di inquinanti biologici, come batteri, virus, pollini, muffe, acari, allergeni, e di inquinanti fisici, come il gas radon che risale dal terreno. È bene ricordare che una persona a riposo produce circa 18 l/h di CO2, ma esistono altri processi all’interno delle abitazioni (per esempio il fuoco dei fornelli a gas), che accrescono questa produzione. In altre parole, la presenza e l’attività umana, oltre a fenomeni chimici legati ai materiali della costruzione, degli arredi e dell’abbigliamento, generano “inquinamento indoor”. La ventilazione si incarica di rimuovere gli inquinanti o di diluirne la presenza, diventando quindi un fattore essenziale per ragioni igieniche e di benessere. Al contrario, le conseguenze di un insufficiente ricambio d’aria possono manifestarsi in diverse patologie, come asma, bronchiti, allergie, oppure in una generale sensazione di disagio psicologico connesso a malessere fisico con conseguenti possibili difficoltà di concentrazione. Possiamo dunque affermare che vari importanti aspetti della vita quotidiana sono influenzati da una corretta ventilazione, che si traduce nella disponibilità di aria fresca e ricca di ossigeno. - Igiene: aria rinnovata e pulita; basso livello degli inquinanti prodotti all’interno; abbattimento dell’inquinamento proveniente dall’esterno - Salute ambientale: assenza di proliferazioni batteriche (es. muffe); assenza di allergeni; abbattimento della presenza del gas radon - Benessere interno: assenza di correnti d’aria; assenza di ingresso di insetti; migliore uniformità delle temperature - Comfort: abbattimento dei rumori provenienti dall’esterno; eliminazione degli odori prodotti - Sicurezza: minori rischi di intrusione dovuti a porte o finestre aperte - Prestazione energetica: migliore qualità della prestazione energetica dell’edificio - Economia: l’edificio termicamente performante ha un maggior valore che mantiene nel tempo. Il contesto La norma UNI EN 12792 costituisce il punto di riferimento in materia di ventilazione ambientale. In essa si legge: • Airing: natural ventilation by window opening • Ventilation: designed supply and removal of air to and from a treated space. La distinzione è chiara: l’aerazione si ottiene con l’apertura dei serramenti ed è perciò legata al comportamento degli utenti, mentre la ventilazione si ottiene con un progetto, cioè un dimensionamento. -1- Approfondimento Tecnico RDZ Portata aria di rinnovo Categoria I sistemi L’attuazione della ventilazione degli ambienti interni è possibile con diversi sistemi meccanici e non. [l/(sec persona)] Locali giorno e camere da letto [Vol/h] [l/(sec persona)] Portata aria di estrazione [l/(sec m )] 2 Cucina Bagno Servizio [l/sec] [l/sec] [l/sec] I 0,49 0,7 10 1,4 28 20 14 Sistemi meccanici Sistemi NON meccanici II 0,42 0,6 7 1,0 20 15 10 Ventilazione Meccanica Controllata (VMC) a semplice flusso Ventilazione naturale III 0,35 0,5 4 0,6 14 10 7 Ventilazione Meccanica Controllata (VMC) a doppio flusso Aerazione per apertura finestre Tra tutti assumono particolare rilievo i sistemi meccanici “a doppio flusso con recupero di calore” perché assicurano importanti vantaggi, tra i quali citiamo: • la massima efficienza energetica • la necessità di minor portata d’aria per singolo locale • una migliore gestione dell’umidità relativa • il controllo delle condizioni di sovrappressione o di depressione dei singoli locali • il recupero del valore dell’investimento. Le Norme In Italia si è iniziato ad utilizzare il concetto di ventilazione a partire dalla direttiva 2002/91 CE del 2002, recepita con il DLgs 192 di Ottobre 2005. Tuttavia è noto che alcuni valori di ricambio aria, ottenuti per aerazione, venivano considerati ai fini del calcolo delle potenze termiche invernali e nel relativo dimensionamento degli impianti di riscaldamento fin dai tempi della Legge 373/76 (0,5 vol/h). Allo stato attuale una norma importante a cui fare riferimento oggi è la UNI EN 15251, che tra i criteri per la qualità dell’ambiente interno menziona espressamente la prestazione termica, la qualità dell’aria, l’illuminazione e il rumore. In sintesi, il testo normativo: • fornisce le informazioni di tipo qualitativo e di tipo quantitativo per realizzare un corretto sistema di ventilazione; • spiega che la quantità di aria di rinnovo necessaria è legata alle persone piuttosto che alla superficie o alla volumetria dei locali; • propone una sorta di classificazione degli edifici in funzione della qualità interna degli ambienti; • in base alla categoria dell’edificio indica i valori di portata d’aria di rinnovo, espressi in l/sec per persona e da questi ne ricava i valori convenzionali espressi in vol/h; • stabilisce sia le portate d’aria di rinnovo (aria ricca di ossigeno) in immissione per i locali nobili sia le portate per l’aria di espulsione (aria viziata, inquinata, ricca di CO2) dai locali umidi (bagni, servizi, cucine). -2- Nella stessa Norma si formulano anche due ulteriori indicazioni importanti: • Una minima ventilazione è sempre raccomandata, anche in assenza di persone. • La portata d’aria di rinnovo può essere variabile a seconda del numero di persone. Altra norma di riferimento è la UNI 10339, che tratta di impianti aeraulici ai fini del benessere ambientale. Attualmente è in corso di revisione, ma ne possiamo trarre delle informazioni per quanto riguarda gli ambienti residenziali, come da tabella sotto riportata: - Consumi di energia termica causati dai ponti termici: 15% - Consumi di energia termica causato dal rinnovo aria: 40% L’incidenza sui consumi delle perdite di calore per trasmissione è drasticamente diminuita con il passare del tempo, mentre l’energia necessaria per il rinnovo dell’aria ha assunto un ruolo determinante. Valori di portata d’aria volumica edifici residenziali Destinazione d’uso dei locali Soggiorni, camere da letto, altri locali (escluso cucine, bagni e servizi) Portata d’aria per persona [l/sec persona] Portata d’aria per superficie [l/sec m2] Elevata Media Bassa Elevata Media Bassa 4,5 3,0 2,0 0,14 0,14 0,14 Portata d’aria di estrazione [l/sec] Cucina 13 Bagni 8 Nota: le portate d’aria relative alle superfici e quelle relative alla presenza delle persone vanno sommate, mentre le portate d’aria minime da garantire anche in assenza di persone sono quelle date in funzione delle superfici. Sempre per quanto riguarda il contesto normativo è il caso di citare le UNI TS 11300, le quali prevedono, per l’ambito residenziale, un valore di ricambio pari a 0,3 vol/h. Questo valore, valido ai fini delle valutazioni energetiche, va considerato come il valore medio ponderato nel tempo. In generale, un opportuno criterio per la progettazione prende in considerazione un tasso di rinnovo ≥0,5 vol/h per i locali di immissione, valore che si ritiene compatibile con l’ottenimento di un’adeguata qualità dell’aria interna. Si noti che 0,5 vol/h per i locali di immissione determina un valore molto simile a 0,3 vol/h considerando il volume totale dell’edificio. Consumi di energia di un edificio termicamente performante Un’analisi sui consumi di energia per la climatizzazione invernale di un moderno edificio porta a stabilire il peso dei costi energetici. I valori in gioco sono di seguito evidenziati: - Consumi di energia termica causati dalle superfici opache: 25% - Consumi di energia termica causati dalle superfici trasparenti: 20% Per portare l’aria esterna alle condizioni dell’ambiente interno è necessario consumare energia. La spesa energetica che ne deriva dovrà essere la più contenuta possibile (uso razionale dell’energia) ma non deve essere ritenuta uno spreco, piuttosto va considerata un onere necessario alla fruizione dell’edificio per assicurare un’adeguata qualità dell’aria interna. L’energia necessaria per la climatizzazione dovuta al rinnovo dell’aria rappresenta una quota parte fondamentale. Diventa perciò assolutamente indispensabile provvedere all’inserimento, nell’impianto di ventilazione, di un recuperatore di calore ad alta efficienza. Oggi il mercato offre dei prodotti che possono recuperare il 90% e oltre di questa energia, e ciò permette un salto di qualità decisamente rilevante per le caratteristiche energetiche dell’edificio. Tali dispositivi sono costituiti da un pacco di scambio, composto da lastre in alluminio o di materiale plastico, disposte in modo da formare dei canali. I canali sono percorsi alternativamente dal flusso d’aria inquinata (ripresa dall’ambiente e destinata all’espulsione) e dal flusso d’aria esterna da immettere. Attraverso la parete di separazione parte del calore contenuto nell’aria di espulsione si trasmette all’aria di rinnovo, senza tuttavia trasferimento di sostanze inquinanti, essendo i due flussi d’aria fisicamente separati. Approfondimento Tecnico RDZ Umidità: estate e inverno Recuperare una buona parte dell’energia contenuta nell’aria esausta di espulsione risulta essenziale in quanto senza un idoneo sistema di recupero di calore NON è possibile rientrare nelle migliori classi energetiche. E per gli edifici esistenti? Gli interventi di riqualificazione energetica hanno evidenziato maggiormente l’importanza della ventilazione meccanica. L’aumentata coibentazione termica dell’involucro edilizio (spesso con cappotto termico) e la sostituzione dei serramenti con altri nuovi a tenuta d’aria hanno indubbiamente comportato cospicui risparmi energetici ma allo stesso tempo hanno determinato una ridotta possibilità di aerazione naturale degli ambienti causando in corrispondenza dei ponti termici la comparsa di muffe. In questi casi spesso è molto difficile intervenire, perché risulta complicata o impossibile l’installazione di un sistema di ventilazione meccanica, tanto meno con recupero del calore. Una soluzione che il mercato mette a disposizione per risolvere questi problemi riducendo l’impatto architettonico ed economico sulla costruzione è costituita da un sistema di VMC puntuale, che agisce sui singoli vani dell’abitazione. All’interno degli ambienti di vita quotidiana, domestica o di lavoro è naturalmente presente dell’umidità, sempre dovuta alle persone e alle attività connesse. Gli effetti che ne derivano sono assolutamente indesiderabili: l’umidità aumenta le trasmittanze delle pareti disperdenti con conseguente incremento degli sprechi energetici, ma soprattutto può generare fenomeni di condensazione interstiziale (con danneggiamenti dei materiali delle costruzioni) o condensazioni superficiali (con muffe ben visibili). I risultati sono: • Emanazione di odori sgradevoli • Degrado degli ambienti • Alterazione dell’aspetto dei locali • Formazione di allergeni. È interessante osservare la quantità di vapore che può essere prodotta all’interno degli ambienti. Una persona, in condizioni di riposo, produce circa 55 g/h di vapore; la cottura dei cibi, ottenuta con combustione di gas, libera circa 800 g di vapore ogni m3 di gas bruciato; la pulizia personale genera (nel periodo di tempo in cui si effettua) circa 200 g/h per persona. Ulteriori contributi di umidità provengono dall’utilizzo di ferri da stiro a vapore, dal lavaggio e asciugatura delle stoviglie e della biancheria. In base a questi dati è possibile stimare che la quantità di umidità prodotta negli ambienti di una famiglia media italiana supera i 10 litri di acqua al giorno (sotto forma di vapore). In questo contesto solo la climatizzazione radiante, abbinata alla ventilazione e alla deumidificazione estiva, assicura il migliore comfort in tutte le stagioni. Le soluzioni A fronte di quanto finora esposto risulta evidente che occorre ripensare gli impianti a servizio degli edifici. In particolare, sarà necessario installare sistemi di ventilazione meccanica soprattutto negli edifici residenziali. Per ragioni di risparmio sui consumi di energia si adotterà la tecnica del “doppio flusso con recupero di calore”, tecnica che permette, come si è visto, un recupero rilevante di energia. Inoltre, al fine di rispondere adeguatamente alle problematiche di umidità estiva si dovranno utilizzare apposite apparecchiature per abbattere il carico di umidità (carico latente) e insieme trattare igrotermicamente l’aria di rinnovo. Il mercato offre da diversi anni degli apparecchi, denominati deumidificatori, che sono efficacemente utilizzati in abbinamento agli impianti di climatizzazione radiante. Si tratta di piccole Unità di Trattamento Aria (UTA) concepite appositamente per togliere il vapore dall’aria ambiente senza modificare la temperatura, realizzando così un trattamento termodinamico di raffreddamento con deumidificazione e successivo post-riscaldamento. Questi deumidificatori contengono al loro interno un circuito frigorifero completo (evaporatore, compressore, condensatore, laminazione) e un circuito idronico collegato all’impianto termico di raffrescamento estivo a moderata temperatura (circa 15 °C in estate), che si incarica di smaltire il calore in eccesso prodotto con il trattamento di deumidificazione. Il post-riscaldamento dell’aria, che si verifica a valle della batteria fredda di deumidificazione, avviene con il calore recuperato dal processo termodinamico di condensazione del vapore contenuto nell’aria trattata. 1. Condensazione ad aria Filtro Figura A - WHR 50 Si tratta di unità generalmente utilizzate in coppia, con flussi opposti, alternati e sincronizzati tra loro, dotati di scambiatore di calore rigenerativo ad accumulo con pacco ceramico ad alta efficienza termica. I ventilatori, che alternativamente immettono o espellono l’aria, sono provvisti di piccolissimi motori elettrici EC. In questo modo semplice e poco invasivo, il sistema consente la realizzazione di un impianto VMC con recupero del calore di tipo “retrofit”. La ventilazione apporta sempre dei benefici riguardo all’influenza dell’umidità in ambiente, ma in forma molto diversa a seconda della stagione e della situazione climatica in cui ci si trova ad operare: - in inverno la ventilazione contribuisce alla deumidificazione ambiente, perché l’aria esterna è mediamente “secca” e va a bilanciare un apporto di umidità endogena, connessa alla presenza umana; - in estate l’aumento del movimento dell’aria favorisce lo smaltimento termico del corpo umano e facilita l’evaporazione creando una sorta di raffrescamento a livello cutaneo. Tuttavia la produzione endogena di vapore è sempre presente e l’aria esterna ha contenuti di umidità elevati, per cui la ventilazione non è in grado di garantire una deumidificazione dell’aria ambiente, anzi contribuisce al suo aumento. Batteria pre-trattamento Batteria condensante Batteria post-trattamento Batteria evaporante 2. Condensazione ad acqua Filtro Batteria pre-trattamento Batteria evaporante Condensatore ad acqua Batteria condensante -3- Approfondimento Tecnico RDZ La soluzione ottimale è quella di unire le funzioni di ventilazione meccanica con recupero del calore alle funzioni di deumidificazione estiva, realizzando dei dispositivi che racchiudano (in un’unica macchina di tipo monoblocco oppure in una macchina costruita in sezioni separate) i ventilatori, il recuperatore di calore, il circuito frigorifero e tutte le batterie per il trattamento dell’aria. Potranno essere macchine che trattano la sola aria di rinnovo (Figura B) o macchine che movimentano anche una parte di aria in ricircolo per favorire la ventilazione e la deumidificazione estiva (Figura C). Figura B - UAP 200-PDC - Attribuire i costi secondo pertinenza - Evitare i “furti di calore” tra appartamenti di diversa proprietà - Affidare la manutenzione al singolo proprietario - Evitare parti comuni di impianti - Gestire la regolazione singolarmente secondo le diverse esigenze - Personalizzare la ventilazione a livello di singola utenza. b) Per i criteri di progettazione è opportuno attenersi a quanto prescritto nelle Norme: è importante assicurarsi che la velocità dell’aria nei canali sia circa 2,5 m/sec (valore massimo in qualche caso 3,5÷4 m/sec) per contenere la rumorosità. La velocità dell’aria all’uscita dalle bocchette di immissione, riferita alla superficie frontale, deve essere circa 0,3 m/sec. Quando possibile, è preferibile posizionare le bocchette di immissione verso la parte esterna del locale: l’aria dell’ambiente, attratta dalla bocchetta di ripresa di un altro vano, passerà attraverso la fessura sotto la porta ed effettuerà agevolmente il lavaggio dell’aria ambiente. c) L’impianto deve prevedere un’agevole manutenzione. Le macchine sono soggette a manutenzione ordinaria (es.: pulizia dei filtri) e a manutenzione straordinaria; è fondamentale quindi individuare la loro collocazione in modo da garantirne una buona accessibilità. d) Anche la rete dei canali per la distribuzione dell’aria dovrà prevedere degli opportuni interventi di pulizia: un’attenta progettazione può facilitare tali operazioni, per esempio prediligendo una distribuzione “a collettore” con assenza di derivazioni, incroci e raccordi. e) Dato che i ventilatori in funzione generano dei rumori minimi ma presenti, è consigliabile prestare attenzione a non ubicare le sorgenti di rumore vicine alle stanze da letto. In taluni casi possono rendersi opportuni dei silenziatori inseriti nell’impianto. f) Le canalizzazioni che collegano le macchine con l’esterno (aspirazione ed espulsione) non dovranno essere troppo vicine tra loro per evitare il “corto circuito” tra i due flussi. È importante non collocare la presa di aria esterna in prossimità di ambienti inquinati (strade molto trafficate, parcheggi, zone con esalazioni, ecc.) e troppo in basso per evitare il gas radon. La bocca di espulsione non dovrà invece essere troppo vicina a finestre di ambienti molto frequentati, adiacente ad altre proprietà, verso zone di passaggio, e verso aree sotterranee o semi-interrate dove l’aria può ristagnare. Per le bocche di espulsione è preferibile verificare anche i regolamenti comunali che potrebbero richiedere obbligatoriamente l’espulsione a tetto. g) Si raccomanda di individuare con accortezza le posizioni per le bocchette di immissione dell’aria nei locali senza interferire possibilmente con la disposizione degli arredi. Per un miglior lavaggio dell’aria nei locali è utile posizionare le bocchette di immissione in basso (locali nobili) e le bocchette di ripresa in alto (locali umidi), in quanto l’aria umida ed inquinata tende a risalire. h) In ambienti con fonte di calore interna (stufe, caminetti, termocucine, ecc.) risulta conveniente prevedere delle bocchette di ripresa in modo da poter distribuire il calore anche negli altri locali. Recuperatore di calore DWF 200 Bocchetta di ripresa Figura C - UC 500-MVHE In tutti i casi si provvederà affinché l’aria inquinata estratta dagli ambienti umidi non possa ritornare in circolo ma sia esclusivamente espulsa all’esterno. Queste macchine, opportunamente dotate di dispositivi per il free-cooling, potranno inoltre garantire, con un adeguato sistema di regolazione, il comfort per una parte rilevante dell’anno, ovvero nelle mezze stagioni quando l’impianto dell’edificio è disattivato. Indicazioni pratiche per la realizzazione degli impianti Immissione aria pulita negli ambienti Presa aria esterna Espulsione aria viziata Silavent HRX a) Nell’edilizia multi-residenziale, dove è possibile la scelta tra impianto di ventilazione indipendente o centralizzato, è consigliabile orientarsi verso i sistemi autonomi per le seguenti ragioni: Bocchette di mandata Tubazioni flessibili Ripresa aria ambiente (locali bagno/cucina) Esempio di applicazione del sistema di distribuzione dell’aria con tubo flessibile all’interno di un’abitazione L’immagine rappresenta un’abitazione con unità di ventilazione meccanica con recupero di calore abbinata ad un modulo di deumidificazione. La distribuzione dell’aria avviene mediante l’utilizzo del sistema di tubazioni flessibili installate nel controsoffitto. Questo sistema è ideale per applicazioni residenziali senza vincoli di ingombro e grazie all’utilizzo di tubazioni Ø 125 o 150 mm è possibile limitare il numero di canali e di bocchette necessarie, agevolando le operazioni di installazione. RDZ S.p.A. Viale Trento, 101 - 33077 Sacile (PN), Italy - Tel. +39 0434 787511 - Fax +39 0434 787522 - www.rdz.it - [email protected] -4-