Sostenibilità tecnico-economica del benessere negli edifici di culto IL COMFORT ENTRA IN CHIESA. Spunti innovativi per correggere antichi difetti

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1 Sostenibilità tecnico-economica del benessere negli edifici di culto IL COMFORT ENTRA IN CHIESA Spunti innovativi per correggere antichi difetti Introduzione Negli ultimi tempi la discussione sul tema del riscaldamento delle chiese è divenuta particolarmente sentita e vivace, grazie soprattutto alla segnalazione di frequenti situazioni critiche esistenti e all urgenza di porre loro efficaci rimedi. Mentre si sta scrivendo questo articolo, è programmato sull argomento l imminente svolgimento di un convegno a Trento, i cui esiti, purtroppo, non giungeranno in tempo utile per essere ripresi in questa sede. Si ritiene comunque utile illustrare il contributo maturato nel corso dell ultimo quinquennio, con una alcune realizzazioni significative e loro monitoraggi, che indicano criteri di provata efficacia. Aspetti critici In generale il riscaldamento delle chiese risulta problematico per un duplice ordine di motivi, legati alle caratteristiche morfologiche e di utilizzo degli edifici di culto. Si tratta infatti di ambienti caratterizzati da uno sviluppo verticale considerevole e da un utilizzo fortemente discontinuo. 1 / 6

2 Quest ultimo aspetto rende assolutamente antieconomico un criterio di riscaldamento continuativo, al quale risulta nettamente preferibile una gestione intermittente, o, quantomeno, con forti attenuazioni nei periodi di non occupazione. Evidentemente l impiego intermittente presuppone una tipologia di climatizzazione molto dinamica, ovvero particolarmente efficace nei transitori di messa a regime: da questo punto di vista i risultati migliori si ottengono con il riscaldamento ad aria, dovendosi scartare quasi sempre sistemi di irraggiamento ad alta temperatura (termostrisce, tubi radianti, lampade ad infrarossi), perché esteticamente troppo invasivi. Il nemico invisibile : la stratificazione La scelta del riscaldamento ad aria calda la più frequentemente seguita - espone però al noto inconveniente della stratificazione del calore, ovvero alla formazione di strati a temperatura via-via crescente, salendo dal pavimento verso la volta dell edificio, con gradienti talvolta nell ordine di 1 C al metro. Ciò significa che per garantire una temperatura di comfort di (per un pubblico vestito con soprabito) devono esser tollerate temperature nelle parti alte della navata fino a Questo inconveniente è palesemente correlato alle rilevanti altezze ambientali che caratterizzano gli edifici di culto. Esso si porta inoltre appresso un effetto assolutamente indesiderato, per meglio dire dannoso: la circolazione naturale dell aria che si instaura consiste in marcate correnti ascensionali dell aria di mandata dell impianto di riscaldamento, sospinta verso quote più alte dalla minor densità rispetto all aria circostante (più fredda e più pesante); questi movimenti comportano un trasporto di particolati e polveri, che finiscono, almeno in parte, per depositarsi sulle superfici murarie dell edificio. La presenza di polvere, scarsamente intercettata dai sistemi filtranti, è poi aggravata da una circostanza frequentemente rilevabile nei sistemi di riscaldamento delle chiese: la localizzazione a pavimento delle griglie di ripresa; tale soluzione, ottimale per contrastare mezzi 2 / 6

3 dinamici la stratificazione (si aspira infatti aria fredda dagli strati più bassi, inducendo un movimento discendente ed un effetto destratificante), comporta la captazione della polvere inevitabilmente trascinata nell edificio sia dal calpestio degli utenti, che dall infiltrazione di correnti a filo pavimento dalle aperture. Quanto appena descritto si traduce in fenomeni di deposito di polveri sugli intonaci, con annerimento precoce degli stessi e, laddove esistano stucchi, dipinti o affreschi, lento ma incessante danneggiamento degli stessi. Altro aspetto negativo legato alla forte stratificazione in parola è dato dagli effetti critici spesso sofferti dalle canne degli organi, a causa dei violenti fenomeni di dilatazione termica, e conseguente necessità di procedere a frequenti e costose accordature. Ciò premesso, appare chiaro che il fenomeno della stratificazione dell aria nelle chiese rappresenti un problema da affrontare con la dovuta determinazione. Un alternativa problematica In prima analisi la stratificazione può essere efficacemente contrastata con sistemi di riscaldamento a pavimento, che per propria natura erogano e trattengono il calore negli strati più bassi, ovvero in quelli di occupazione. Per contro i pannelli a pavimento comportano sia una elevata inerzia termica, dipendente dalla rilevante massa di pavimento che deve essere portata in temperatura (che li rende poco adatti al riscaldamento discontinuo), che la necessità di demolire e/o sopraelevare i pavimenti (provvedimenti spesso incompatibili con la tutela di beni architettonici). Ciò si traduce in elevati di costi gestione, spesso non corrispondenti alle disponibilità parrocchiali. Circoscrivendo il riscaldamento al pavimento delle bancate, ed in particolare al loro zoccolo, si azzera l inerzia termica del sistema, lasciando pressochè intatti i pavimenti sottostanti: i benefici attesi sono tuttavia parziali (la superficie è limitata alle bancate e va controllato l effetto camino generato da un apporto di calore molto circoscritto) ed attualmente 3 / 6

4 in fase di monitoraggio. La scelta tra i riscaldamenti ad aria e a pavimento vede quindi una preferenza per il primo per situazioni ad uso diradato (o con vincoli pesanti sul rivestimento del pavimento), per il secondo per chiese importanti a frequentazione quasi-continua. L ottimizzazione del riscaldamento ad aria Laddove queste ultime condizioni di frequentazione non sussistano e prevalga invece la più frequente necessità di utilizzo saltuario e di costi di gestione contenuti, la tecnologia del riscaldamento ad aria calda si presenta come strada pressochè obbligata, ma con l opportunità di porre in atto una serie di accorgimenti e correttivi volti a eliminare (o, quanto meno, a limitare modo considerevolmente) gli effetti negativi sopra indicati. Il provvedimento essenziale riguarda la limitazione delle temperature di mandata; in alcuni casi estremi, sono state rilevate a ridosso della volta temperature prossime ai 40 C, causate da mandate di aria calda a temperatura nell ordine di 60 C; va da sé che la limitazione della temperatura di mandata a valori massimi di 35 C è misura certamente in grado di prevenire strati d aria a 40. Per salvaguardare l apporto termico richiesto dall edificio risulta però necessario compensare il minor contenuto termico dell aria con maggiori portate in circolazione: in parole volutamente semplici, si tratta di somministrare molta aria tiepida, anziché poca aria molto calda. Va tuttavia rilevato che l incremento di portata può essere limitato da vincoli geometrici, quali lo spazio disponibile per il trattamento dell aria, o la sezione dei canali di mandata e ripresa, o ancora l ampiezza delle bocche di immissione ed estrazione. E però il caso di segnalare che molto spesso i generatori di aria calda (gruppi termici con scambio diretto fumi aria) sono pesantemente sovradimensionati, per consentire rapide messe a regime dell ambiente. Risulta sicuramente preferibile ridurre la potenza termica immessa (al fine di consentire una drastica riduzione di temperatura di mandata), compensando 4 / 6

5 tale deficit con periodi di preriscaldamento più lunghi. Se in condizioni normali la temperatura di mandata dei generatori d aria calda in esercizio o in commercio si aggira sui C (e quindi con una temperatura di circa C superiore alla temperatura di comfort cercata), tale valore è opportuno si riduca a valori di C (con uno scarto di circa C sull ambiente). Riscaldamento e condensazione In tali condizioni lo scambio termico tra aria e prodotti della combustione porta questi ultimi a temperature localmente inferiori al punto di rugiada, con l insorgere di formazione di condensa lungo il giro fumi (e conseguenti fenomeni di corrosione). Si rende perciò necessaria l esecuzione delle parti a contatto fumi con acciai inossidabili, peraltro disponibile sul mercato quale versione opzionale. In tal modo si può tranquillamente affrontare l esercizio del generatore di aria calda in regime umido, con i noti benefici energetici derivanti dalla condensazione seppure parziale dei prodotti della combustione: tale fenomeno permette infatti la restituzione di una parte importante del calore di evaporazione (circa il 10 % del potere calorifico totale del gas naturale), oltre ad una parte del calore sensibile dei fumi, per un recupero complessivo valutabile nell ordine dell 8 10% del rendimento (a seconda del dimensionamento delle superfici interne di scambio termico), con corrispondenti riduzioni di consumi e di spese di esercizio. Una simile esecuzione consente inoltre di ridurre a piacere il carico del bruciatore, parzializzando la potenza di fuoco, con recuperi energetici crescenti al diminuire del carico. Tale considerazione ha quale conseguenza automatica l adozione di un sistema di combustione modulante, in cui la potenza erogata viene regolata da condizioni di temperatura preimpostate. Queste considerazioni possono essere estese parimenti a trattamenti aria con batterie ad acqua calda, in cui il pericolo di corrosione, ed il corrispondente recupero energetico, vengono al più spostati sulla caldaia. 5 / 6

6 Sistema di termoregolazione Risulta senz altro raccomandabile prevedere una regolazione con limite superiore della temperatura di mandata (per limitare la stratificazione) e controllo di quella di ritorno (regolazione temperatura ambiente, una volta che l impianto sia giunto a regime). Laddove l uso sia fortemente discontinuo e si parta da condizioni ambiente particolarmente rigide, può poi risultare opportuno, in base ad esperienze fatte, vincolare la temperatura limite di mandata a quella dell ambiente, impostando un differenziale fisso (temperatura di mandata scorrevole ) per evitare stratificazioni nelle fasi iniziali del preriscaldamento. Per quanto riguarda la portata risulta poi opportuno l impiego di un ventilatore a due velocità (o, meglio, a regime variabile mediante convertitore statico di frequenza), in modo da poter forzare la messa a regime dell impianto (portata massima per comprimere i tempi di preriscaldamento) e ottenere successivamente un esercizio confortevole (portata minima durante le celebrazioni) con limitati livelli sonori e ridotte velocità di lancio. Ing. Lorenzo Strauss T.E.S.I. Engineering srl 6 / 6