La ventilazione: uno strumento per la riduzione dei consumi Arch. Valentina Raisa

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1 La ventilazione: uno strumento per la riduzione dei consumi ARCHinNOVA ASSOCIAZIONE CULTURALE

2 La ventilazione ambientale è un aspetto impresindibile per la tutela della salute negli spazi confinati. Direttiva Europea 2002/91/CE del Parlamento Europeo e del Consiglio del 16 dicembre 2002 sul rendimento energetico nell edilizia. La ventilazione è citata come un bisogno per un uso standard dell edificio

3 allo scopo di evitare eventuali effetti negativi quali una ventilazione inadeguata. in riferimento alla tutela del manufatto edilizio (comparsa di muffe, eccesso di umidità relativa interna, ecc). in riferimento alla tutela della salute delle persone (eccesso di inquinanti indoor di tipo fisico, chimico, biologico). in riferimento all ottimizzazione dei consumi energetici (ad esempio la condensazione interstiziale, dovuta ad una ventilazione carente, provoca un aumento di conduttività dei materiali edilizi; un eccesso di ventilazione, dovuto ad esempio alla frequente apertura dei serramenti nelle stagioni fredde o alla presenza di dispositivi di aerazione nei locali di installazione di apparecchi a gas per uso domestico, può comportare eccessive dispersioni di calore.

4 Effetto dell umidità assorbita sulla conducibilità termica di alcuni materiali Fonte: ANIT 2005

5 ALCUNI EFFETTI DI UNA VENTILAZIONE INSUFFICIENTE Formazione di muffe in prossimità di ponti termici

6 ALCUNI EFFETTI DI UNA VENTILAZIONE INSUFFICIENTE

7 Le norme CEN di supporto all EPBD includono un ampia trattazione riguardo la ventilazione (aspetto molto trascurato sino a pochi anni fa) Fonte: UNI EN ISO 13790

8 OTTIMIZZAZIONE DEI CONSUMI RELATIVI AI PROCESSI DI VENTILAZIONE SCELTA DEL SISTEMA DI VENTILAZIONE INDIVIDUAZIONE DEL PIU IDONEO TASSO DI RICAMBIO DELL ARIA CONTROLLO DELLA VENTILAZIONE - norme nazionali - regolamenti edilizi - linee guida - norme europee di supporto all EPBD

9 SISTEMI DI VENTILAZIONE [AERAZIONE: infiltrazioni attraverso i serramenti, apertura delle finestre] SISTEMI DI VENTILAZIONE NATURALE SISTEMI DI VENTILAZIONE IBRIDA - ventilazione naturale e meccanica in mutua esclusione - ventilazione naturale assistita - ventilazione meccanica assistita SISTEMI DI VENTILAZIONE MECCANICA CONTROLLATA - a semplice flusso autoregolabile (portata fissa) - a semplice flusso igroregolabile (portata variabile) - a doppio flusso con recupero di calore (statico, termodinamico, geotermico)

10 PRINCIPALI CARATTERISTICHE DEI SISTEMI DI VENTILAZIONE VENTILAZIONE NATURALE no impiego di ventilatore no controllo portate no possibilità di filtrazione dell aria in ingresso no garanzia di continuatività (es. nella mezza stagione) necessità di ingombri consistenti per la presenza di camini che devono attivare il tiraggio VENTILAZIONE MECCANICA CONTROLLATA impiego di ventilatore possibilità di controllo delle portate (ad esempio sulla base del tasso di CO 2 e di umidità relativa interni) possibilità di filtrazione dell aria in ingresso (nei sistemi a doppio flusso) possibilità di recuperare il calore dell aria espulsa (nei sistemi a doppio flusso) garanzia di continuità del processo: ESSENZIALE per la tutela della salute (es. fughe di gas)

11 ALCUNI RIFERIMENTI A UNA PUBBLICAZIONE CASA CLIMA

12 ALCUNI RIFERIMENTI A UNA PUBBLICAZIONE CASA CLIMA Il Dimensionamento di un sistema di ventilazione non può prescindere da considerazioni legate al benessere ambientale

13 ALCUNI DATI PER L INDIVIDUAZIONE DELLE PORTATE Riferimenti normativi S.O. 252 alla G.U. 276 del 27 novembre 2001, Accordo tra il Ministero della salute, le Regioni e le province autonome sul documento concernente: Linee-guida per la tutela e la promozione della salute negli ambienti confinati Importanza della qualità dell aria negli ambienti confinati (indoor) Effetti sulla salute e sul comfort ambientale della qualità dell aria indoor Sorgenti degli inquinanti dell aria indoor. Esposizione della popolazione italiana e valutazione del rischio per la salute Aspetti strutturali e funzionali degli edifici connessi alla qualità dell aria indoor Strategie per la prevenzione degli effetti dell inquinamento indoor Il Piano di Prevenzione per la tutela e la promozione della salute negli ambienti interni

14 ALCUNI DATI PER L INDIVIDUAZIONE DELLE PORTATE La ventilazione è il processo con cui l aria pulita è intenzionalmente fornita ad un ambiente e quella vecchia è rimossa. Il ruolo primario della ventilazione, dovrebbe essere quello di diluire e rimuovere in modo appropriato gli inquinanti che sono inevitabilmente presenti in uno spazio confinato: CHIMICI: NO x CO, O 3 SO x, PM 10, PM 2.5, C 6 H 6, VOC (composti organici volatili), IPA (idrocarburi aromatici policiclici), fumo di tabacco, pesticidi, amianto. FISICI: radon, fibre minerali, polveri. BIOLOGICI: batteri, acari, allergeni degli animali, muffe e funghi, virus, pollini.

15 ALCUNI DATI PER L INDIVIDUAZIONE DELLE PORTATE Riferimenti normativi pren 15251: Criteria for indoor environment including thermal, indoor air quality (Ventilation), light and noise. non ha senso occuparsi della qualità energetica di un edificio senza contemporaneamente considerare il livello di qualità ambientale atteso dall utente La norma fornisce una metodologia per la classificazione, certificazione dell ambiente interno e per poter operare una correlazione tra i consumi energetici di un edificio ed il corrispondente livello di qualità dell ambiente interno. 6.2: IAQ e tassi di ventilazione per l edilizia residenziale e non. Per l edilizia residenziale è specificato che l IAQ dipende da vari fattori come il numero delle persone e relativo tempo di occupazione, emissione di inquinanti, lunghi periodi di cottura : ventilazione meccanica controllata (per l edilizia residenziale). Ventilazione suggerita durante i periodi di inoccupazione: tra 0,05 e 0,1 l/s m 2. Appendice C: valori di emissione/produzione di inquinanti da parte degli occupanti ed esempi relativi alla generazione di vapore acqueo nelle residenze in relazione alle attività svolte. Appendice B. Valori di ventilazione nell edilizia residenziale. categoria Portata di ventilazione per l intero alloggio (vol/h) A B C 1 0,7 0,5

16 ALCUNI DATI PER L INDIVIDUAZIONE DELLE PORTATE Riferimenti normativi Esempi portate d aria per rimuovere la CO 2 in una stanza da letto (presenza simultanea di due perone). Appendice F del PR CR 14788: Ventilation for buildings - Design and dimensioning of residential ventilation systems

17 ALCUNI DATI PER L INDIVIDUAZIONE DELLE PORTATE Riferimenti normativi Esempi di generazione di vapore acqueo. Appendice A del PR TR 14788

18 ALCUNI DATI PER L INDIVIDUAZIONE DELLE PORTATE Riferimenti normativi Segue: Esempi di generazione di vapore acqueo. Appendice A del PR TR 14788

19 ALCUNI DATI PER L INDIVIDUAZIONE DELLE PORTATE Riferimenti normativi Esempi portate d aria per contenere il tasso di UR in una stanza da letto e verifica della possibile formazione di condensazione superficiale o di muffa. Appendice F del PR TR 14788

20 ALCUNI DATI PER L INDIVIDUAZIONE DELLE PORTATE Riferimenti normativi relativi alle infiltrazioni attraverso i serramenti (aerazione) Classificazione dei serramenti (rif. UNI EN )

21 ALCUNI DATI PER L INDIVIDUAZIONE DELLE PORTATE Valutazione del ricambio d aria per infiltrazione Classe del serramento p c = 10 Pa p c = 50 Pa <10 18 Portata d aria di infiltrazione [m³/h] riferita a 10 m² di serramenti Caratteristiche dei serramenti di produzione attuale : buono / ottimo isolamento termico buon potere fonoisolante ridotte / inesistenti infiltrazioni d aria Ricambio d aria insufficiente

22 ALCUNI DATI PER L INDIVIDUAZIONE DELLE PORTATE Riferimenti alla UNI (ora sostituita dalla UNI EN 832) Da Appendice C Il metodo di calcolo per la determinazione della portata d aria per infiltrazione (m 3 /s) è data da: ϕ=p o V/3600 dove: P o : permeabilità all aria dell involucro edilizio V: volume riscaldato La verifica della portata d aria dovuta alle infiltrazioni attraverso i serramenti si effettuava mediante il metodo di calcolo illustrato in Appendice C. I calcoli sotto riportati si riferiscono ad un alloggio di 300 m 3. (fonte: Mazzacane-Raisa 2002) Classificazione dei serramenti Velocità media del vento in centro urbano Permeabilità verticale dell edificio Risultati (m 3 /h) CASO 1 senza 2-5 m/s elevata 68,51 CASO 2 senza 5 m/s elevata 167,78 CASO 3 Classe A1 2 5 m/s media 25,40 Dove: q è il numero dei serramenti r è il numero dei cassonetti p è la differenza di pressione tra interno ed esterno m è il coefficiente di perm. all aria dei serramenti di finestre e porte in m 3 /(hm 2 ) A è l area di finestre e porte v è il coeff. di perm. dei cassonetti in m 3 /(hm 2 ) l è la lunghezza dei cassonetti

23 Ventilazione meccanica controllata nell edilizia residenziale La UNI EN 832 Prestazione termica degli edifici - Calcolo del fabbisogno di energia per il riscaldamento Edifici residenziali. ha sostituito la UNI La norma, al punto 5, propone una trattazione relativamente all individuazione del coefficiente di dispersione termica per ventilazione. Definisce inoltre alcuni tassi di ventilazione. Ventilazione meccanica a funzionamento continuo o intermittente (metodo di calcolo fornito dalla norma) Ventilazione meccanica con recupero di calore (dove è definito ηv cioè il fattore di efficienza del recuperatore di calore dell aria) Ventilazione naturale. Mediante l Appendice F è possibile ottenere dei dati per la valutazione della ventilazione naturale e delle infiltrazioni V x : portata addizionale dovuta all azione del vento ed all effetto camino Vsup: portata d aria fornita Vex: portata d aria esausta (Come uso nelle normative europee) - Dipartimento di Architettura, Università di Ferrara; Aldes Italia

24 Ventilazione meccanica controllata nell edilizia residenziale La UNI (1995) Impianti aeraulici ai fini di benessere. Generalità, classificazione, requisiti. Regole per la richiesta d offerta, l offerta e la fornitura. Esaminando I valori di portata suggeriti dal Prospetto II si evince la norma suggerisce sostanzialmente una ventilazione di 0,5 vol/h, per l edilizia residenziale. Il valore di portata di aria esterna per persona equivale a 39,6 m 3 /h. Per un abitazione tipo di 100m 2 gli indici di affollamento proposti in appendice alla stessa norma (Appendice A) indicano la presenza simultanea di quattro persone per una portata di ventilazione complessiva pari a 158,4 m 3 /h, corrispondente a circa 0,5 vol/h. - Dipartimento di Architettura, Università di Ferrara; Aldes Italia

25 Ventilazione meccanica controllata nell edilizia residenziale DM 27 luglio 2005: Norma concernente il regolamento d attuazione della Legge 9 gennaio 1991 n. 10 (articolo 4, commi 1 e 2), recante Norme per l attuazione del Piano energetico e di sviluppo delle fonti rinnovabili di energia. NB: questo decreto è stato abrogato per l entrata in vigore del D. Lgs 192 del 19 agosto Tuttavia è interessante sapere che L art. 5, comma 1, affermava: Il tasso di ventilazione dell aria per tutti I tipi di edifici è assunto pari a 0.25 vol/h salvo indicazioni diverse fornite dalla pubblica amministrazione per quanto concerne gli edifici di sua competenza. Una breve nota a questa disposizione riguarda il fatto che un abbassamento dei tassi di ventilazione, soprattutto nelle residenze, potrebbe essere critico per quanto concerne la tutela della salute degli occupanti e la tutela del manufatto edilizio. Molte ricerche epidemiologiche (si vedano le pubblicazioni dell ISIAQ e la rivista Indoor Air) dimostrano che un ricambio d aria pari a 0,5 vol/h è ottimale per la limitazione dei danni dovuti alla presenza di inquinamento indoor. Il fine del risparmio energetico non può penalizzare la qualità dell ambiente interno. Devono essere pertanto studiate ed utilizzate innovative soluzioni tecnologiche che permettano, ad esempio, un controllo della portata finalizzato alla rilevazione della presenza dell uomo o di particolari inquinanti (CO, CO 2, particolato, ecc) - Dipartimento di Architettura, Università di Ferrara; Aldes Italia

26 Ventilazione meccanica controllata nell edilizia residenziale Portata di aria di rinnovo dell edificio Numero di ricambi Efficienza di ventilazione - Dipartimento di Architettura, Università di Ferrara; Aldes Italia

27 Ventilazione meccanica controllata nell edilizia residenziale ALTRE NORME DI INTERESSE UNI CIG 7129/2001: Impianti a gas per uso domestico alimentati da rete di distribuzione. Progettazione, installazione e manutenzione. E in fase di inchiesta pubblica la UNI CIG 7129 suddivisa in quattro parti. ( PR UNI CIG 7129/1 Impianti a gas per usi domestici e similari alimentati da rete di distribuzione Progettazione e installazione Parte 1: Impianto interno PR UNI CIG 7129/2 Impianti a gas per usi domestici e similari alimentati da rete di distribuzione Progettazione e installazione Parte 2: Installazione di apparecchi di utilizzazione Ventilazione e aerazione dei locali di installazione PR UNI CIG 7129/3 Impianti a gas per usi domestici e similari alimentati da rete di distribuzione Progettazione e installazione Parte 3: Evacuazione dei prodotti della combustione PR UNI CIG 7129/4 Impianti a gas per usi domestici e similari alimentati da rete di distribuzione Progettazione e installazione Parte 4: Messa in servizio degli impianti/apparecchi - Dipartimento di Architettura, Università di Ferrara; Aldes Italia

28 Ventilazione meccanica controllata nell edilizia residenziale PR UNI CIG 7129/2: Impianti a gas per usi domestici e similari alimentati da rete di distribuzione Progettazione e installazione Parte 2: Installazione di apparecchi di utilizzazione Ventilazione e aerazione dei locali di installazione Inserimento di un paragrafo riguardante la ventilazione dei locali in presenza di sistemi di ventilazione meccanica controllata. Se la norma sarà approvata vi saranno ripercussioni positive per gli aspetti relativi all acustica (abolizione delle prese d aria esterna nelle cucine) ed al contenimento delle dimensioni dei cavedi per il passaggio dei canali di ventilazione (bagni ciechi, cappe cucina) - Dipartimento di Architettura, Università di Ferrara; Aldes Italia

29 Ventilazione meccanica controllata nell edilizia residenziale Viste delle prese di aria esterna in alcuni edifici Minimo 100 cm 2. (6cm 2 per ogni kw di portata termica installata) Se gli apparecchi sono privi dispositivo di sicurezza per assenza di fiamma minimo 200 cm 2 - Dipartimento di Architettura, Università di Ferrara; Aldes Italia

30 Ventilazione meccanica controllata nell edilizia residenziale Prescrizioni sulla ventilazione nella UNI CIG 7129/2001 in sintonia con l impiego dei sistemi di ventilazione meccanica controllata È consentita anche la ventilazione indiretta, mediante prelievo dell'aria da locali adiacenti a quello da ventilare, con le avvertenze e le limitazioni di cui [ ] In caso non esista la possibilità di installazione della cappa, è consentito l'impiego di un elettroventilatore, installato su finestra o su parete affacciate sull'esterno, da mettere in funzione contemporaneamente all'apparecchio, purchè siano tassativamente rispettate le prescrizioni inerenti la ventilazione, di cui in 4.4. Novità contenute nel PR UNI CIG 7129/2 del Dipartimento di Architettura, Università di Ferrara; Aldes Italia

31 Ventilazione meccanica controllata nell edilizia residenziale Con il mandato M343 il Parlamento Europeo ha affidato al CEN la compilazione di un insieme di norme di supporto all EPBD. Tra i 31 progetti di norma ve ne sono alcuni inerenti la ventilazione nell edilizia ed uno che riguarda la certificazione dell ambiente interno. Rif: CDA dicembre 2005 febbraio 2006 articoli di R.Zecchin e V. Raisa EN Ventilation for buildings - Calculation methods for the determination of air flow rates in dwellings. (Questa norma verrà ritirata dopo l entrata in vigore della EN 15242) M19 pren Ventilation for buildings - Calculation methods for air flow rates in buildings including infiltration M20-M21 pren Ventilation for buildings - Calculation methods for energy requirements due to ventilation systems in buildings EN Ventilation for non-residential buildings Performance requirements for ventilation and room conditioning systems M 31 - pren 15251: Criteria for indoor environment including thermal, indoor air quality (Ventilation), light and noise - Dipartimento di Architettura, Università di Ferrara; Aldes Italia

32 TECNICHE DI VENTILAZIONE MECCANICA CONTROLLATA

33 VMC a semplice flusso autoregolabile (portata fissa)

34 VMC a semplice flusso igroregolabile (portata variabile) Occupazione diurna Occupazione notturna

35 VMC a doppio flusso con recupero di calore statico

36 VMC a a doppio flusso con recupero di calore termodinamico

37 VMC a a doppio flusso con recupero di calore termodinamico Risultati di alcune simulazioni di calcolo per una casa unifamiliare tipo di 120 m 2. (Fonte: Aicarr 2003) In una giornata tipo autunnale o primaverile in cui le temperature esterne oscillano tra i 13 ed i 18 ºC, all interno dei diversi ambienti è possibile ottenere i 20 ºC senza accendere l impianto di riscaldamento. Per certe fasce orarie, inoltre, è possibile utilizzare il sistema di VMC in oggetto nella modalità di minimo consumo energetico. Nelle ore più calde della giornata, infatti, quando non è necessario trattare l aria da immettere preriscaldandola, il gruppo termodinamico si arresta facendo rimanere attiva la sola modalità di ventilazione di base a doppio flusso. Automaticamente, quando le sonde in ambiente inviano il segnale alla scheda elettonica per il fatto che le temperature stanno scendendo al di sotto dei 20 ºC - il sistema riprende a lavorare con l ausilio della pompa di calore. Nella situazione estiva, le temperature di immissione dell aria negli ambienti, ottenute sfruttando il sistema a pompa di calore, portano a temperature interne attorno ai 25 C. Una ventilazione meccanica controllata a doppio flusso permetterebbe il raggiungimento di temperature interne ben più elevate, secondo i valori delineati dalle linee tratteggiate, con picchi attorno ai 31 C per le ore serali.

38 VMC a a doppio flusso con recupero di calore termodinamico Grazie ad un pannello di controllo l utente ha la possibilità di impostare la funzione di zoning e pertanto privilegiare alcune zone per la funzione di raffrescamento nella stagione estiva. Sono inoltre possibili ulteriori funzioni tra cui: impostazione delle modalità di funzionamento del sistema (preriscaldamento raffrescamento ventilazione forzata), selezione delle temperature ambiente e degli orari di funzionamento, controllo dello stato del sistema (guasti anomalie ).

39 VMC a doppio flusso con recupero di calore e possibilità di raffrescamento geotermico

40 VMC a semplice flusso igroregolabile con possibilità di free cooling nella stagione estiva

41 VMC a semplice fusso ripartita Ventilatore per più locali adiacenti Ventilatore per singoli vani tecnici Ventilatore per singolo vano tecnico Ventilazione ripartita. In alcuni casi, qualora non sia possibile la realizzazione di una rete di canali, è possibile ricorrere all impiego di singoli ventilatori per l estrazione da ogni vano tecnico. L immissione avviene come nei casi precedenti.

42 Dati relativi ai consumi energetici in un edificio tipo fonte: Aicarr 2004

43 Risultati di studi internazionali Thank you for attention. (Consumo dei ventilatori)

44 Considerazioni relative all impiego di diversi tipi di recuperatori di calore

45 Considerazioni relative all impiego di diversi tipi di recuperatori di calore

46 Considerazioni relative all impiego di diversi tipi di recuperatori di calore

47 Caratteristiche di alcuni ventilatori per sistemi di VMC a semplice flusso per estrazione Ventilatori per singola abitazione Modello 1 per VMC autoregolabile (Dimensioni: 320 x 320 x 275) Modello 2 per VMC autoregolabile (Dimensioni: φ415 x 308) Potenza assorbita 26/28 W 33/75 W Particolari Modello 3 per VMC igroregolabile (Dimensioni: 310 x 310 x 322) 45 W

48 Ventilatori per edifici condominiali Potenza assorbita Particolari Modello 1 per VMC autoregolabile (Dimensioni: 710 x 610 x 577) (portata max: circa 1200 m3/h) Modello 2 per VMC igroregolabile 325 W (abitazioni servite: circa 10) 465 W (portata: 2000 m 3 /h) 1500 W (portata: 6000 m 3 /h)

49 Ventilazione meccanica controllata nell edilizia residenziale Principali riferimenti bibliografici Di Bella A., Fellin F., Zecchin R., La ventilazione meccanica controllata in ambito residenziale: aspetti tecnologici, funzionali e normativi. In atti del convegno AICARR dal titolo Distribuzione e movimento dell aria nell ambiente confinati: energia, benessere, rumore, Padova, 18 giugno 2002 Böttcher O, Zecchin R., Müller D., Raisa V., Comparison between natural and mechanical ventilation of a residential building in Italy, in atti del 58 convegno ATI, San Martino di Castrozza, 9-12 settembre 2003 Liddament, M.W., A review of ventilation and the quality of ventilation air in Indoor air, Volume: 10, June 2000, pp Kotzias Dimitris, Indoor air and human exposure assessment needs and approaches in Experimental and Toxicologic Pathology, Volume 57, Supplement 1, July 22, 2005, pp. 5-7 PR CEN/TR 14788, Ventilation for buildings - Design and dimensioning of residential ventilation systems EN (1999), Finestre e porte. Permeabilità all aria Classificazione Prof. Ing. Roberto Zecchin - Dipartimento di Fisica Tecnica, Università di Padova

50 GRAZIE E ARRIVEDERCI ARCHinNOVA ASSOCIAZIONE CULTURALE