VENTILAZIONE. Ing. Giovanni Quarato.

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1 VENTILAZIONE Ing. Giovanni Quarato Laboratorio di Ingegneria & Servizi Tecnici Studio Associato Via Galliani, Foggia [email protected] 1

2 Sensibilizzare i Professionisti RISPARMIO ENERGETICO Le problematiche attuali: il clima ed il consumo energetico degli edifici COME FARE? Strategie per i sistemi di riscaldamento e di raffrescamento: la ventilazione 2

3 Strategie per i sistemi di riscaldamento e di raffrescamento: la ventilazione Residenze 100K Arch. M. Cucinella 3

4 Strategie per i sistemi di riscaldamento e di raffrescamento: la ventilazione Definizione: insieme di operazioni volte ad immettere aria proveniente dall esterno in uno spazio confinato. Obiettivi: - Garantire il confort interno [inverno ed estate] - Permettere il raffrescamento degli ambienti [estate] - Favorire il risparmio energetico [min. ventilazione manuale, sinergia con sistemi attivi] Tecniche di ventilazione: - Naturale controllata [VNC] - Archetipi bioclimatici - Meccanica controllata [VMC] 4

5 PERCHE OCCORRE VENTILARE? 1 diluizione e rimozione degli inquinanti indoor 2 diluizione di inquinanti specifici (odori provenienti da servizi igienici vapori di cottura 3 garantire l aria per l attività metabolica degli occupanti 4 garantire il controllo dell umidità interna ed evitare la formazione di condense e successivamente muffe 5 fornire il giusto apporto di aria comburente in presenza di apparecchiature a gas per uso domestico 5

6 VENTILAZIONE NELL EDILIZIA RESIDENZIALE 1- NATURALE Infiltrazioni attraverso i serramenti Apertura delle finestre Sistemi a tiraggio naturale 2- MECCANICA CONTROLLATA Sistemi a semplice flusso Sistemi a doppio flusso 3 - IBRIDA Ottimizzazione dei consumi energetici ventilazione per le reali necessità 6

7 A VOC (composti organici volatili): benzene, toluene, formaldeide, composti ossigenati B Gas prodotti dalla combustione Principali inquinanti indoor C Particolato aerodisperso (Fonte: Ministero della Salute, 2001) D Batteri, muffe ed altri organismi E Derivati organici di animali e dell uomo F Amianto e fibre minerali G Radon H Fumo di sigaretta 7

8 Inquinamento indoor: situazioni di rischio per la salute umana 8

9 Perché ventilare Principali inquinanti indoor 9

10 Inquinamento indoor: effetti della condensazione superficiale Esempio di un ponte termico 10

11 Inquinamento indoor: radon Alcuni dati: Pubblicazioni dell ARPA delle Regioni Veneto e Friuli 11

12 Perché sostenere la ventilazione a norma di legge? (0,5 Vol/h) Principali problemi legati alla qualità dell aria indoor nelle residenze: A - concentrazione di vapore Concentrazione di vapore dell aria (470 gr) (stanza di 35 m 3 ) B - concentrazione di CO 2 Concentraz. esterna media CO 2 =0,4 l/m 3 12

13 QUANTITA DI ARIA NECESSARIA PER MANTENERE LA CONCENTRAZIONE DEGLI INQUINANTI A LIVELLI OTTIMALI N W X X i e N = portata di ventilazione W = produzione oraria dell inquinante X i = contenuto dell inquinante nell aria interna X e = contenuto inquinante nell aria esterna DOPO 4 ORE NELLA STANZA: Quantità di vapore totale è: 910g pari a 14 g/kg Corrispondenti al 90% circa di umidità relativa (UR) Concentrazione di CO 2 è pari a 3,26 l/m 3 13

14 VALORE MINIMO IMPOSTO DALLA LEGGE PER UNA CORRETTA VENTILAZIONE DEGLI AMBIENTI CONFINATI = 0,5 Vol/h N ottimale R R Dove: R 1 : portata d aria per mantenere la concentrazione di UR pari a 60% = 0,26 ricambi orari R 2 : portata d aria per mantenere la concentrazione di CO 2 a livelli ottimali = 0,73 ricambi orari N ottimale = 0,495 circa 0,5 ricambi orari 14

15 Ventilazione naturale e controllata 15

16 La certificazione energetica nell edilizia 16

17 Esempio di elevate prestazioni energetiche: CASA DA TRE LITRI Gli elementi essenziali di una casa ad ultra-basso consumo energetico sono: - un rivestimento della casa spesso ed ottimamente coibentato; - un aerazione controllata dei locali, con recupero di calore. In una casa da 3 litri non si può consumare annualmente un energia di riscaldamento superiore all equivalente di 3 litri d'olio combustibile al metro quadrato di superficie utile dell edificio, ciò corrisponde a max. 30 kwh/m² all anno. 17

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19 Sistemi di riscaldamento e di raffrescamento La ventilazione naturale controllata [VNC] Tipo di VNC: - Diretta - Indiretta [Spazio filtro] - Passiva [Effetto camino] - Ibrida [Ventilatori] Tipo di climatizzazione in analisi: - Microclimatico - Geotermico 19

20 La forza che governa la ventilazione naturale degli edifici è la differenza di pressione dell aria. Tale differenza di pressione è causata da tre fenomeni fisici: Il galleggiamento dell aria (stratificazione dei fluidi); Le differenze di temperatura con conseguenti variazioni di densità; Il vento. 20

21 Il raffrescamento microclimatico [estate] Modalità di raffrescamento microclimatico: La ventilazione naturale controllata [VNC] - Corporeo _ confort ventilation [RVC]: Max. velocità aria 0,8 m/s; aperture altezza busto - Ambientale _ Free cooling [RVA]: Max. 26 ; Min Strutturale _ Structural cooling [RVS]: Aperture filo solai; top intradosso solaio Schema localizzazione aperture 21

22 VNC ambientale [inverno] La ventilazione naturale controllata [VNC] Sistema E-Stack [Progetto pilota Univ. Cambridge Prof. Fitzgerald]: Funzionamento: sistema con due camini di areazione a funzionamento intelligente a seconda delle stagioni -Estate: ventilazione passiva [T ext. > 18 C] -Inverno: ventilazione ibrida [5 C>Text. C] Applicazione al Queen A. College Un camino di areazione è dotato di 2 ventole che miscelano l aria in ingresso con l aria interna: < consumi del pre-riscaldamento Schema funzionamento 22

23 Il raffrescamento geotermico La ventilazione naturale controllata [VNC] - Definizione: controllo della T tramite aria di rinnovo che viene riscaldata/raffrescata a contatto col terreno Tipo di circolazione: - Passiva [Effetto camino] - Ibrida [Ventilatori] Tipo di raffrescamento: - Diretto - Indiretto Tipologia di scambiatori: - A singola canna [piccolo residenziale] - A collettore [ampi edifici] Schema circolazione ambientale 23

24 Il raffrescamento geotermico: scambiatore a singola canna Schema funzionamento Schema planimetrico 24

25 Il raffrescamento geotermico: scambiatore a collettore Schema funzionamento Schema planimetrico 25

26 A parità di temperatura e di pressione totale della miscela aria-vapore, la densità è una funzione decrescente del titolo e, quindi, che l aria più umida è anche più leggera. Questo comportamento è importante per mantenere le condizioni di flusso nelle torri di raffreddamento a circolazione naturale. 26

27 La ventilazione naturale controllata [VNC] Archetipi bioclimatici Torri del Vento Medio Oriente Torri del Vento Coventry University UK Distribuzione e tipologie di VN in Medio Oriente 27

28 La ventilazione naturale controllata [VNC] Archetipi bioclimatici Mashrabiya : Il luogo dove si beve Caratteristiche: - Sorta di Bow-window con pannelli grigliati di legno - Inserimento di giare con acqua pro raffrescamento evaporativo Funzioni: - Controllo solare - Ventilazione naturale - Controllo umidità e temperatura aria - Assicurare la privacy Mashrabiya Il Cairo 28

29 Archetipi bioclimatici Malqaf : tipico del Medio Oriente Caratteristiche: - Sistema di captazione dell aria - Condotto con un apertura superiore ed una inferiore sotterranea - Pareti apertura superiore: perpendicolari al vento Funzioni: La ventilazione naturale controllata [VNC] - Ventilazione naturale: convogliare aria fresca negli ambienti abitati Torri del vento Pakistan 29

30 La ventilazione naturale controllata [VNC] Archetipi bioclimatici Bagdir : tipico area del Golfo Caratteristiche: - Sistema di captazione e di estrazione dell aria - Condotto con un apertura superiore ed una inferiore sotterranea - Pareti apertura superiore: esposte a tutte le direzioni Funzionamento: - Ventilazione naturale a doppio senso: - Giorno: da ext a int - Notte: da int a ext [Effetto camino] Bagdir Iran 30

31 VENTILAZIONE MECCANICA 1 CONFORT 2 TUTELA DELLA SALUTE UMANA 3 TUTELA DEL MANUFATTO EDILIZIO 4 CONTENIMENTO DEI CONSUMI ENERGETICI 31

32 Perché ventilare in maniera meccanica? 32

33 Il principio di ventilazione di una residenza, illustrato nella figura sottostante consiste nell immissione di aria nuova nei cosiddetti locali nobili, ossia a bassa produzione di inquinanti, quali soggiorni e camere da letto, e nella simultanea estrazione dell aria viziata dai locali sporchi o tecnici, ossia a più alta concentrazione di inquinanti, quali le cucine, i servizi igienici e, se esistenti, le lavanderie. 33

34 La ventilazione meccanica controllata [VMC] Sistemi di riscaldamento e di raffrescamento - Principio di funzionamento: immissione forzata di aria in specifici ambienti. - Peculiarità: garantisce il controllo della portata e della temperatura dell aria. - Problematiche: - Isolamento acustico dell involucro - Radon [scambiatori interrati] - Tipologie di VMC: - Sistema a portata costante - Sistema a portata variabile 34

35 COMPONENTI 35

36 Sistemi a semplice flusso Si basano sul controllo delle portate d aria costanti TECNICHE DI VENTILAZIONE MECCANICA NELL EDILIZIA RESIDENZIALE Sistemi a doppio flusso Costituiti da un doppio impianto di ventilazione: uno che controlla l immissione dell aria nell ambiente e l altro che ne controlla l estrazione. 36

37 I sistemi di Ventilazione Meccanica Controllata (VMC) sono tecnologie che permettono la ventilazione continuativa delle residenze controllando le portate d aria di rinnovo secondo le esigenze determinate in fase di progetto. Essi si basano sostanzialmente sul concetto di ridurre quanto più possibile lo sviluppo delle reti aerauliche o di realizzarle con sistemi di economica installazione, quali i canali rigidi o flessibili di piccolo diametro. Soddisfano le seguenti esigenze: garantiscono portate d' aria di immissione/estrazione, in quantità prestabilite garantiscono possibilità di variare tali portate dell aria in funzione delle condizioni ambiente (aumento o diminuzione dell umidità ambiente, presenza o meno delle persone, ecc.) garantiscono possibilità di filtrazione dell aria (nei sistemi a doppio flusso) garantiscono possibilità di recupero del calore sull aria espulsa (nei sistemi a doppio flusso) Tipologie comunemente utilizzate: - sistemi di ventilazione meccanica a semplice flusso per estrazione a portata fissa - sistemi di ventilazione meccanica a semplice flusso per estrazione a portata variabile igroregolabile - sistemi di ventilazione meccanica a doppio flusso con recupero di calore statico o termodinamico 37

38 VMC a semplice flusso Il sistema indicato in figura è di tipo a semplice flusso per estrazione; l aria nuova entra nell alloggio mediante appositi dispositivi denominati ingressi aria, transita nelle zone interne sfruttando l area libera di passaggio ricavata nel sottoporta ed è richiamata, per effetto di una depressione, verso i locali tecnici ove sono presenti bocchette di estrazione che convogliano l aria nei canali/condotti di estrazione. Nel caso di un sistema meccanico all apice del canale di estrazione è situato un ventilatore che realizza una depressione in maniera continuativa. Al fine di garantire un lavaggio dell aria: la scelta delle aperture di aerazione dipende da fattori legati all ambiente; le canalizzazioni variano in base alla tipologia dell edificio; Nel caso di unità residenziali collettive sono previste canalizzazioni verticali nei locali tecnici e in corrispondenza di ogni alloggio una o più bocchette di aspirazione con variazione di sezione per stabilizzare la portata. 38

39 Impianto autoregolabile: installazione in abitazione unifamiliare Il sistema è costituito da un piccolo elettroventilatore di estrazione dell aria collegato mediante condotti rigidi e/o flessibili a griglie di estrazione collocate nei locali di servizio (cucina e bagni). L afflusso di aria esterna avviene attraverso bocchette, disposte sulle pareti esterne o sui serramenti delle stanze principali (soggiorno e camere), munite di dispostivi di autoregolazione della portata (membrane in PVC deformabili che modificano per depressione la sezione di passaggio). Il principio di funzionamento di una bocchetta autoregolabile è tale per cui la portata risulta essere costante. 39

40 Impianto igroregolabile: installazione in abitazione unifamiliare Il sistema consiste nella regolazione automatica delle portate di estrazione o di ingresso dell aria esterna in funzione dell umidità presente all interno dell ambiente, U.R. media 50% Il sistema è caratterizzato da un impianto di ventilazione che controlla l immissione e l estrazione dell aria e da bocchette igroregolabili che si aprono e si chiudono in base all umidità esistente. 40

41 Sistema igroregolabile: principio di funzionamento Il principio di funzionamento è praticamente identico a quello precedentemente descritto. Cambia solo la tipologia delle bocchette che sono munite di dispositivo sensibile all umidità relativa dell ambiente: se l umidità tende a scendere il dispositivo limita la portata d aria, mantenendone comunque un valore minimo; in questo modo si economizza la spesa energetica per la ventilazione, pur salvaguardando la qualità dell aria, poiché l umidità relativa ambientale può essere considerata come un indicatore indiretto della presenza delle persone: l ingresso delle persone negli ambienti comporta in maniera sufficientemente rapida il ripristino della portata nominale della bocchetta. L estrazione dell aria avviene anch essa attraverso bocchette igroregolabili. 41

42 La ventilazione meccanica controllata [VMC] A semplice flusso per estrazione [variabile]: - Immissione ed estrazione dell aria in grado di permettere una variabilità della portata. - Sistema igroregolabile (più diffuso): la ventilazione è dosata sulla base del tasso di umidità relativa interna. Occupazione notturna Occupazione diurna 42

43 La ventilazione meccanica controllata [VMC] 1 A semplice flusso per estrazione [costante]: - Immissione d aria in ambiente per depressione, rispetto all esterno, creata da un ventilatore. - L immissione è ottenuta mediante dispositivi molto contenuti, installati in corrispondenza degli infissi - Richiede la sola rete di estrazione. 43

44 La ventilazione meccanica controllata [VMC] 1 - A semplice flusso per estrazione [costante] 44

45 VMC a doppio flusso L immissione e l estrazione dell aria avviene mediante due diversi condotti collegati a due differenti ventilatori; in questo modo non è più necessario installare le bocchette di aspirazione esterne. Il ventilatore che regola l immissione ha una portata leggermente superiore rispetto all esterno, evitando eventuali infiltrazioni d aria dai serramenti. L impianto di immissione si caratterizza di una rete di canalizzazioni di distribuzioni, che collegano le bocchette di immissione in ogni locale: l aria immessa è riscaldata attraverso scambiatori di calore (aria/acqua) installati all interno di ciascun appartamento. Questi impianti consentono di tenere sotto controllo l umidità dell aria negli ambienti. 45

46 La ventilazione meccanica controllata [VMC] 2 A doppio flusso per estrazione [costante]: - Immissione ed estrazione d aria, mediante distinti ventilatori, usualmente attraverso dispositivi di recupero del calore dall aria espulsa - Richiede una rete di mandata e una di ripresa. 46

47 La ventilazione meccanica controllata [VMC] 2 A doppio flusso per estrazione [costante]: 47

48 La ventilazione meccanica controllata [VMC] 4 Puntiforme per estrazione [variabile] - Impiego di singoli ventilatori per l estrazione da ogni vano tecnico. Utile qualora non sia possibile la realizzazione di una rete di canali - L immissione avviene come nei casi precedenti - Pro: 1- Basso consumo 2 Min. rumorosità 3 - Min. ingombro 4 - Min. impatto estetico 48

49 Recuperatori di calore Il recupero di calore può avvenire secondo due modalità: Il RECUPERO STATICO: si ottiene mediante un recuperatore che svolge la funzione di trasferire il calore dell aria di espulsione all aria di immissione, senza che avvenga la contaminazione dei due flussi. Il recuperatore è, solitamente, provvisto di filtri, che svolgono la duplice funzione: di migliorare la qualità dell aria in im missione e di bloccare l accesso del particolato più grossolano. Il RECUPERO TERMODINAMICO: avviene mediante l impiego di una pompa di calore a inversione di ciclo e il recupero di calore avviene attraverso un processo termodinamico. 49

50 La ventilazione meccanica controllata [VMC] 5 A doppio flusso con recuperatore statico [variabile]: - Al ventilatore è associato un recuperatore di calore che trasferisce calore dall aria in espulsione a quella in immissione senza contaminazione tra i due flussi -Installazione tipo per condominio: 1- ventilatori centralizzati 2 - dispositivi di recupero di calore singoli (configurazione valida anche per recuperatori termodinamici) 50

51 La ventilazione meccanica controllata [VMC] 6 A doppio flusso con recuperatore termodinamico [variabile]: 51

52 La ventilazione meccanica controllata [VMC] Recuperatore termodinamico: prodotto in commercio Caratteristiche Pro: - Elevate prestazioni energetiche grazie al recupero dell umidità contenuta nell aria ambiente interno (funzionamento invernale) - Controllo dell umidità -Assenza di tubazioni di scarico condensa Caratteristiche Contro: - Alto costo iniziale - Necessita di canalizzazione di mandata e ripresa - Ingombro significativo [1050x470x550 mm - 55kg] 52

53 La ventilazione meccanica controllata [VMC] 7 A doppio flusso con ventilazione geotermica [variabile]: 53

54 Aspetti energetici Semplici studi energetici fanno corrispondere ai sistemi di ventilazione per apertura delle finestre ricambi attorno a 1,2 vol/h contro valori standard dei sistemi meccanici di 0,5 vol/h. I sistemi di ventilazione naturali sono anch essi energivori corrispondono a tassi di ventilazione di circa 0,8 vol/h. I sistemi di aerazione per infiltrazione attraverso i serramenti assolvono alla ventilazione solo per tassi riconducibili a valori di 0,05 vol/h, per condizioni di media ventosità e permeabilità verticale dell edificio media. Nei casi di impiego di sistemi meccanici occorre considerare che si utilizzano in norma ventilatori a basso consumo energetico (solitamente il consumo incide circa dai 25 W ai 40 W per alloggio), a curva piatta ed eventualmente dotati di inverter. I sistemi a portata fissa sono solitamente tarati per permettere una ventilazione continua di 0,5 vol/h. I sistemi di tipo igroregolabile, invece, presentano una media di tassi di ventilazione attorno a 0,4 vol/h ed il loro utilizzo comporta di norma un risparmio energetico di circa 15% rispetto all utilizzo di un sistema meccanico a portata fissa. L impiego di un sistema con recupero di calore statico, solitamente dimensionato per un ricambio pari a 0,5 vol/h è paragonabile, in termini di consumi, ad un sistema a semplice flusso che effettui un ricambio di 0,25 vol/h. In termini di costi iniziali, l installazione di un sistema di VMC incide circa da 0,25% all 1,2% sul costo di un alloggio a seconda della tipologia di sistema utilizzata. 54

55 Scambio termico per trasmissione nel caso di riscaldamento; scambio termico per ventilazione nel caso di riscaldamento; 55

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