Risparmio energetico degli edifici

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1 Risparmio energetico degli edifici Comfort respiratorio olfattivo, IAQ e ventilazione Prof. arch. Fabio Sciurpi Dipartimento di Tecnologia dell Architettura e Design Pierluigi Spadolini Università degli Studi di Firenze

2 LA QUALITÀ DELL ARIA INTERNA Indoor Air Quality (IAQ) GLI INQUINANTI DELL ARIA Origine degli inquinanti Effetti Valori limite di concentrazione LA VENTILAZIONE DEGLI AMBIENTI La ventilazione naturale La ventilazione artificiale La ventilazione ibrida

3 Indoor Air Quality (IAQ) - concetti di base La qualità dell aria che respiriamo è di fondamentale importanza ai fini del benessere e della salute delle persone negli ambienti confinati. A tal fine è importante che l aria non sia inquinata. L inquinamento interno è definito come Qualsiasi alterazione delle caratteristiche chimico fisiche e biologiche dell aria, determinata sia da variazioni di concentrazione dei suoi normali costituenti sia e soprattutto, dalla presenza di sostanze estranee alla sua composizione normale in grado di determinare effetti di molestia e/o danno all uomo (Ministero dell Ambiente, 1991)

4 Breve storia. studio aria esterna in seguito al manifestarsi di patologie correlate all ambiente costruito, l attenzione si è rivolta all ambiente interno Building Related Illness (BRI) vere malattie le cui cause sono correlate all edificio (febbre da umidificatore, legionellosi, tumore dovuto al radon, ecc.) Sick Building Sindrome (SBS) insieme di sintomi generali (mal di testa, difficoltà di concentrazione, irritazione degli occhi, senso di malessere generale) che colpiscono un numero significativo (>20%) delle persone che soggiornano in determinati edifici; i sintomi spariscono abbandonando l edificio. Cause dovute ad un senso di insoddisfazione generalizzato dell edificio cui concorrono fattori diversi (inquinamento dell aria interna, condizioni microclimatiche, illuminazione, rumore, stress, ecc.) studi hanno rilevato livelli di inquinamento interno >> esterno SORGENTI INTERNE

5 Principali cause. politiche di risparmio energetico uso di nuovi materiali di derivazione chimica contenenti sostanze nocive scarsa attenzione progettuale alle soluzioni tecniche diverse abitudini di vita delle persone, che tendono a trascurare le normali operazioni di pulizia uso di prodotti che aumentano il carico inquinante (deodoranti, insetticidi, ecc.) le persone passano l 80% del loro tempo in ambienti confinati

6 Principali effetti sull uomo uomo. Funzione della concentrazione dell inquinante e del tempo di esposizione dell individuo (dose), della suscettibilità e del tipo di sostanza Effetti irritativi su cute e mucose (laringiti, congiuntiviti,eritemi) Effetti sul sistema nervoso (emicranie) Effetti sensoriali (bruciore alla gola, lacrimazione, effetti neuropsichici) Effetti sul sistema riproduttivo cardiovascolare, gastrointestinale Effetti genotossici (alterazione delle cellule, cancro) Effetti respiratori (asma, allergie, bronchiti, infezioni)

7 Principali sorgenti degli inquinanti negli ambienti confinati Ambiente esterno Componenti dell edificio Attività degli occupanti bioeffluenti (VOC, CO 2, vapore)

8 Materiali e prodotti per l edilizial Rilasciando direttamente sostanze pericolose (VOC, Radon, ecc.); Adsorbendo e poi rilasciando sostanze presenti nell aria e derivanti da altre sostanze; Favorendo l accumulo di sporco e la crescita di microrganismi; Emissione dipende dal materiale stesso (età, superficie emittente, stoccaggio, materiale naturale o artificiale, ecc.), da fattori ambientali (t, UR, ventilazione, ecc.), dalla posizione del materiale, dal volume dell ambiente, dalle modalità di posa in opera, ecc. Materiali ecocompatibili - Requisiti ecologici Durevoli ed idonei all applicazione Non pericolosi in caso di incendio Ottenuti da materie prime rigenerabili Riutilizzabili, riciclabili o smaltibili senza causare alti impatti ambientali Prodotti e distribuiti con poco dispendio di energia, acqua ed altre risorse Privi di sostanze tossiche ed inquinanti La loro produzione e lavorazione non deve comportare rischi per l ambiente e per i lavoratori Applicabili con tecniche sicure per i lavoratori Salubri e sicuri per gli utenti

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11 Inquinanti dell aria indoor di natura chimica di natura fisica Biossido e monossido di carbonio (CO 2 CO) Biossido di azoto e di zolfo (NO 2 SO 2 ) Ozono (O 3 ) Composti Organici Volatili (VOC) Fumo di tabacco (ETS) Pesticidi.. Radiazioni ionizzanti: radon Radiazioni non ionizzanti Fibre minerali artificiali (lana di vetro e roccia) Fibre minerali naturali (amianto) Polveri.. di natura microbiologica Virus e batteri Funghi e muffe Pollini Acari..

12 Inquinanti interni GRANDEZZE DA CONSIDERARE NELLA DEFINIZIONE DEI VALORI LIMITE valori di picco TLV (Threshold Limit Value) da non superare mai valori di MAC (Maximum Allowable Concentration), riferiti alla media su otto ore valori di AIC (Acceptable Indoor Concentration), riferiti alla media annua altri tempi di esposizione UNITA DI MISURA DELLA CONCENTRAZIONE Tipo di inquinante Unità di misura gas / vapore ppm in volume, mg/m 3 particolato mg/m 3, μg/m 3 gas radioattivi βq/m 3 4 Natura biologica CFU/m 3 1 ppm in volume = 1 ml/m 3 1 Bq = 1 trasformazione radioattiva al secondo da moltiplicare per per ottenere ppm in volume massa molecolare mg/m 3 (a 25 C e 101 kpa) 24,45 % in volume ppm

13 Biossido di azoto (NO 2 ) In genere l emissione è dovuta ad una combustione incompleta; in assenza di fonti interne le concentrazioni all interno sono allineate con quelle rilevabili all esterno NO 2 DANNI CAUSATI DA NO è altamente velenoso se assimilato in quantità superiori a certi valori; attacca i polmoni distruggendone le cellule, dilatandone i vasi e, in certe concentrazioni, alterando gravemente la circolazione Biossido di zolfo (SO 2 ) Deriva dalla combustione di prodotti contenenti zolfo ed in genere le concentrazioni all interno sono allineate con quelle rilevabili all esterno SO 2 DANNI CAUSATI DA SO è irritante per gli apparati respiratorio e circolatorio NO 2 [ mg/m 3 ] CAMPO DI VALORI LIMITE PER LA CONCENTRAZIONE DI NO NORMATIVE INTERNAZIONALI TLV MAC AIC SO 2 [ mg/m 3 ] CAMPO DI VALORI LIMITE PER LA CONCENTRAZIONE DI SO MINISTERO DELLA SANITA CANADESE ,1-0,3 MINISTERO DELLA SANITA CANADESE breve periodo 1,0 lungo periodo 0,05 breve periodo 0,5 lungo periodo 0,12 ORGANIZZAZIONE MONDIALE SANITA periodo di esposizione valore medio da non superare 1 h 0,40 24 h 0,15

14 Ossido di carbonio (CO) Si presenta all interno degli ambienti essenzialmente a causa di processi di combustione e fumo di tabacco, talvolta per le emissioni di veicoli a motore in garage contigui nel sottosuolo dell edifici. In assenza di fonti interne le concentrazioni all interno sono allineate con quelle rilevabili all esterno DANNI CAUSATI DA CO l elevata affinità per l emoglobina,, circa 200 volte maggiore di quella dell ossigeno, determina la produzione di carbossiemoglobina estremamente pericolosa TLV MAC AIC CO CAMPO DI VALORI LIMITE PER LA CONCENTRAZIONE DI CO [ mg/m 3 ] NORMATIVE INTERNAZIONALI MINISTERO DELLA SANITA CANADESE su 1 h 29 su 8 h 13 N.B. un fornello a gas può produrre anche mg/m 3 ORGANIZZAZIONE MONDIALE SANITA periodo di esposizione valore medio da non superare 15 min min 60 1 h 30 8 h 10

15 Anidride carbonica (CO 2 ) Si presenta all interno degli ambienti a causa di : persone, per effetto del metabolismo (l aria espirata da un individuo contiene circa il 4% di anidride carbonica) fumo di tabacco da processi di combustione CO 2 DANNI CAUSATI DA CO non è uno degli inquinanti più dannosi, condizioni di pericolo si hanno infatti per concentrazioni superiori al 5%, in genere, può determinare mal di testa e riduzione delle capacità di critica e di giudizio CAMPO DI VALORI LIMITE PER LA CONCENTRAZIONE DI CO NORMATIVE INTERNAZIONALI TLV MAC AIC MINISTERO DELLA SANITA CANADESE breve periodo lungo periodo 6300 CO 2 [ mg/m 3 ] VOC e formaldeide (HCOH) I composti organici volatili (VOC) sono una grande famiglia di composti che hanno punto di ebollizione fra C e C; appartengono a tale famiglia gli alcooli, gli esteri, i chetoni, i terpeni, gli idrocarburi aromatici, alifatici e clorurati e le aldeidi; tra queste ultime, la più importante dal punto di vista tossicologico e mutagenico è la formaldeide (HCOH). Sono emessi da numerose sostanze (vernici, solventi e collanti, cosmetici e deodoranti, prodotti per le piante, schiume poliuretaniche, arredi a base di truciolato, tarmicidi, detergenti domestici, cere di pavimento ecc.), oltre che da processi di combustione, fumo di tabacco e metabolismo umano. L emissione di HCOH aumenta all aumentare della temperatura e dell umidità. DANNI CAUSATI DA BREVI ESPOSIZIONI ALL HCOH concentrazione effetti osservati (mg/m 3 ) 0,2-2,5 irritazione oculare,lievi effetti neurologici 6-36 marcata irritazione delle vie aeree superiori >12 morte degli animali da esperimento CAMPO DI VALORI LIMITE PER LA CONCENTRAZIONE DI HCOH [ mg/m 3 ] NORMATIVE INTERNAZIONALI TLV MAC AIC 1,88-3,66 0,94-3,66 0,094-0,45 ORGANIZZAZIONE MONDIALE SANITA periodo di esposizione valore medio da non superare HCOH 30 min 0,1

16 Ozono (O 3 ) Si può formare negli ambienti interni a causa di sorgenti di radiazioni UV (macchine fotocopiatrici e stampanti), di filtri elettrostatici, adottati in alcuni impianti di condizionamento, e di ionizzatori. Una volta rimossa la fonte interna, la concentrazione si riduce rapidamente (il tempo di dimezzamento dell ozono, cioè il tempo necessario a dimezzare la concentrazione iniziale, è minore di 30 min) DANNI CAUSATI DA O 3 forte ossidante, l ozono irrita gli occhi e l apparato respiratorio,, tende a ridurre la funzione polmonare e diminuisce le difese dell organismo CAMPO DI VALORI LIMITE PER LA CONCENTRAZIONE DI O 3 [ mg/m 3 ] ORGANIZZAZIONE MONDIALE SANITA periodo di esposizione valore medio da non superare Fumo di tabacco E formato da particelle e da gas risultanti dal processo di combustione del tabacco; oltre a provocare danni certi e gravissimi ai fumatori, è una delle principali cause di inquinamento. Il fumo passivo è formato sia dal fumo espirato da parte del fumatore (15%) sia da quello rilasciato dalla sigaretta durante gli intervalli tra un inalazione e l altra (85%); in esso sono state finora identificate oltre 2000 sostanze specifiche Componenti del fumo di una sigaretta con filtro Componente Tipo di fumo Rapporto mg/sigaretta diretto (FD) espirato (FE) FD/FE Catrame 34,5 10,2 3,4 Particolato ,6 Nicotina 1,27 0,46 2,8 Ossido di carbonio ,7 Formaldeide 4 0,08 51 Anidride carbonica ,8 Ammoniaca 7,4 0,16 46 Ossidi di azoto 0,051 0,014 3,6 Fenoli 0,603 0,228 2,6 Catecoli ,3 Benzopirene ,4 1 h 0,15-0,20 24 h 0,10-0,12 MINISTERO DELLA SANITA CANADESE breve periodo (1h) 0,24 lungo periodo DA FUMO DI TABACCO DANNI CAUSATI DA la presenza di fumo rende sgradevole l ambiente sia dal punto di vista olfattivo sia per l irritazione agli occhi e alle mucose che genera; vi sono inoltre forti sospetti che l inalazione di fumo passivo provochi effetti patologici a danno dell apparato respiratorio ed aumenti il rischio di tumore polmonare

17 LE SORGENTI DI RADON IN UN EDIFICIO Depressione edificio Radon (Rn( 222) Gas radioattivo incolore, inodore, insapore, presente naturalmente nel suolo, chimicamente non reagente ma estremamente volatile. Deriva dal decadimento dell uranio. danni al DNA danni ai polmoni materiali da costruzione acqua NORMATIVA SUL RADON Raccomandaz. Commissione EURATOM 143 del 21/2/1990: livello di riferimento: ai fini pratici può essere considerata equivalente ad una concentrazione media annua di 400 Bq/m 3 suolo livello di progettazione: può essere considerata equivalente a una concentrazione media annua di 200 Bq/m 3 DL 241/2000: Attuazione della direttiva 96/29/EURATOM livello di riferimento: 500 Bq/m 3

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19 Controllo dei principali inquinanti/1 Ventilazione degli ambienti Filtrazione aria esterna - filtri ad assorbimento Ventilazione degli ambienti - UNI CIG Rimozione della fonte Aspirazione forzata dell inquinante Ventilazione degli ambienti Uso materiali basso emissivi Filtrazione aria esterna - filtri ad assorbimento Ventilazione degli ambienti Uso materiali basso emissivi Ventilazione degli ambienti Uso materiali basso emissivi Corretta posa in opera Filtrazione dell aria Riduzione superfici assorbenti Ventilazione degli ambienti Materiali e Tecniche costruttive Pulizia ambienti manutenzione HVAC

20 Sistemi di mitigazione del Radon RIDUZIONE DELLA QUANTITA IN INGRESSO DI RADON - ATTRAVERSO METODI DI RACCOLTA PRIMA DELL INGRESSO NELLE ABITAZIONI - MODIFICANDO LA PRESSIONE DIFFERENZIALE INTERNA/ESTERNA RIDUZIONE DELLA CONCENTRAZIONE DOPO L INGRESSO - ATTRAVERSO LA DILUIZIONE PER MEZZO DELLA VENTILAZIONE

21 Controllo dei principali inquinanti/2 Inquinante Anidride solforosa (SO 2 ) Pentacloro fenolo ed altri biocidi (Ddt) Piombo ed altri metalli pesanti Descrizione Gas incolore, odore pungente, derivante dalla combustione di materiali contenenti zolfo (cherosene, olio) VOC con alta persistenza in ambiente, scarsa biodegradabilità; usato per trattamenti antiparassitari di legno, tessuti, nell industria conciaria, della carta, delle vernici (antimuffa) Piombo, Cromo, Manganese, Cadmio, Mercurio Sorgente impianti di riscaldamento, scarichi di auto, attività industriali Materiali per edilizia e arredamento trattati contro funghi ed insetti, tarmicidi per guardaroba, insetticidi e prodotti per l igiene della casa Vernici, smalti, prodotti di finitura, materiali in PVC, fumo di sigaretta, scarichi di auto Effetti Effetto irritante su mucose, occhi, naso, gola Effetto irritante su mucose, cute che può degenerare in forme tumorali Alterazioni sistema nervoso centrale, apparato digerente Ventilazione degli ambienti Filtrazione dell aria esterna - filtri ad assorbimento Uso materiali basso emissivi Corretto uso del prodotto Stoccaggio in ambienti chiusi lontani da alimenti Ventilazione degli ambienti No tarmicidi sintetici-canfora naturale, propoli, prodotti vegetali Uso materiali esenti da Pb Fibre minerali naturali (amianto) Basso λ, resistente agenti chimici e fuoco; fibre aerodinamiche e bassa velocità di sedimentazione; aerodisperse dal degrado dell amianto e poi inalate attraverso la respirazione Materiali da costruzione isolanti e antincendio (cemento amianto per tetti, tubazioni acqua, pavimenti), vernici antifiamma, rivestimenti condotti di aerazione Fibre inalate provocano tumori Rimozione (rifiuti speciali) Incapsulamento Fibre minerali artificiali Silicati che si presentano in fibre Lana di roccia, lana di vetro, materiali fibrosi, feltri Irritazioni di cute, mucose, occhi, prime vie respiratorie Evitare materiali fibrosi liberi o usarli confinati (muri)

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23 .. come si può definire l accettabilitl accettabilità dell aria interna? la qualità dell aria interna è considerata accettabile quando in essa non sono presenti contaminanti conosciuti in concentrazioni dannose, secondo quanto stabilito dalle autorità competenti, e rispetto alla quale una notevole quantità di persone, almeno l 80%, non esprime insoddisfazione Standard ASHRAE 55/2001

24 La ventilazione e la IAQ In generale, la IAQ si controlla attraverso la diluizione generalizzata degli inquinanti con ventilazione naturale o artificiale mediante introduzione di aria esterna filtrata, eventualmente miscelata con aria di ricircolo. La ventilazione è l intenzionale immissione di aria all interno degli ambienti. I principali obiettivi sono: - garantire una accettabile qualità dell aria interna; - in alcuni casi, mantenere una adeguata temperatura ambiente garantendo il benessere interno, specialmente nelle stagioni intermedie e durante l estate (ventilazione notturna). La ventilazione è in contrasto con le esigenze di risparmio energetico. Principali riferimenti normativi Min. della Salute. Direz. Gen della Prevenzione. Linee Guida per la tutela e la promozione della salute negli ambienti confinati. Suppl. GU n. 252 del 27 novembre UNI Impianti aeraulici a fini di benessere. Generalità classificazione e requisiti. Regole per la richiesta d offerta, l offerta, l ordine e la fornitura. Giugno 1995.

25 Prestazioni di un sistema di ventilazione Le prestazioni di un sistema di ventilazione dipendono dalla portata di ventilazione, dal tasso di ricambio d aria ma anche dalla ubicazione e dalle dimensioni delle bocchette di estrazione ed immissione. Aria esterna Aria espulsa Aria di ricircolo Filtrazione Aria estratta Exfiltrazioni ed Espulsioni locali Infiltrazioni Ambiente Aria immessa Il calcolo della portata si basa sulla determinazione di diversi termini, quali: -Portata di contaminante emesso da persone e cose presenti in ambiente; -Concentrazione interna ammessa del contaminante analizzato, occorre pertanto conoscere quale contaminante si sceglie come rappresentativo (indicatore della qualità dell aria) e quale è il target di riferimento; -Concentrazione di inquinante dell aria immessa in ambiente; -Efficienza di ventilazione, che è una misura della capacità dell impianto di rimuovere un dato inquinante dall ambiente.

26 La diluizione mediante aria di ricambio permette il controllo della concentrazione di un certo inquinante emesso con portata q (l/h) in un ambiente di volume V. L andamento nel tempo della concentrazione interna C del contaminante analizzato (ppm) per campo uniforme è dato da: C 3 q C Q C C 3 q = e+ + o e Q e nt 10 ( 10 ) q = portata di inquinante emesso all interno dell ambiente (l/h) Q = portata di ventilazione d aria di ricambio (m 3 /h); C e = concentrazione nell aria di rinnovo dell inquinante analizzato (ppm); C o = concentrazione interna iniziale (ppm); n=q/v = ricambi orari. In regime stazionario si ha: Portata di un sistema di ventilazione C 3 = Ce + 10 Si ricavano le relazioni che forniscono la portata o i volumi/ora (ricambi orari) necessari per mantenere una certa concentrazione di inquinante C nell ambiente: 3 10 q Q = C Ce 3 n= Q 10 q n = V V( C Ce) q Q Occorre conoscere: - portata di inquinante emesso all interno dell ambiente; - concentrazione interna ammessa dell inquinante analizzato; - concentrazione nell aria immessa in ambiente dell inquinante analizzato.

27 Portata d aria d esterna NORMA UNI (1995) - Impianti aeraulici ai fini di benessere - Generalità, classificazione e requisiti - Regole per la richiesta d offerta, l offerta, l ordine e la fornitura PORTATA DI ARIA ESTERNA metodo prescrittivo CATEGORIE DI EDIFICI PORTATA DI ARIA ESTERNA O DI ESTRAZIONE NOTE V op V os (10 3 m 3 /s per persone) (10 3 m 3 /sm 2 ) uffici singoli 11 uffici open space 11 centri elaborazione dati 7 servizi estrazioni A sale riunioni senza fumatori 5,5 sale riunioni con fumatori 10 borse titoli 10 A: ricambio richiesto nei servizi igienici : -edifici adibiti a residenza e assimilabili 0,0011 vol/s (4 vol/h) -altre categorie in tabella 0,0022 vol/s (8 vol/h) il volume è quello relativo ai bagni, antibagni esclusi V : [m 3 /s persona] portata specifica di aria esterna per persona op V : [m 3 /s m 2 ] portata specifica di aria esterna per unità di os superficie

28 Portata d aria d esterna

29 Approccio sensoriale di Fanger Report prenv 1752 Ventilation for Buildings: Design Criteria for the Indoor Environment Oltre a questo metodo oggettivo non va dimenticato l approccio soggettivo suggerito da Ole Fanger secondo cui la ventilazione deve dipendere dalla percezione olfattiva della qualità dell aria interna più che dalla concentrazione delle sostanze contenute. La motivazione è che spesso gli individui sono insoddisfatti della qualità dell aria anche ove le concentrazioni di inquinanti sono al di sotto dei valori max ammissibili. Sostanzialmente secondo Fanger l insoddisfazione è dovuta al cattivo odore dovuto principalmente a: le persone e le loro attività; i materiali da costruzione e gli arredi; le sostanze chimiche usate per la pulizia; gli stessi impianti di ventilazione e condizionamento Il carico inquinante complessivo si ottiene sommando i contributi delle varie fonti, dimodochè se anche due inquinanti presentano concentrazioni al di sotto del valore accettabile l effetto complessivo è dato dalla somma e potrebbe risultare non accettabile.

30 Olf e Decipol Olf La capacità o carico inquinante olfattivo equivalente (G) di una sorgente, espresso in olf, rappresenta il tasso di produzione di cattivo odore delle diverse fonti (stimolo). Un olf rappresenta il tasso di sostanze inquinanti emesso da una persona normale (adulto, attività sedentaria, condizioni di benessere termico, standard igienico); tutte le sorgenti possono essere espresse in persone equivalenti. Fanger ha poi fornito tabelle di capacità inquinante ottenute mediante sperimentazione statistica su gruppi di soggetti

31 Olf e Decipol Olf La capacità o carico inquinante olfattivo equivalente (G) di una sorgente, espresso in olf, rappresenta il tasso di produzione di cattivo odore delle diverse fonti (stimolo). Un olf rappresenta il tasso di sostanze inquinanti emesso da una persona normale (adulto, attività sedentaria, condizioni di benessere termico, standard igienico); tutte le sorgenti possono essere espresse in persone equivalenti. Decipol Il livello di inquinamento olfattivo equivalente (ζ), espresso in decipol, rappresenta la percezione olfattiva (sensazione) di inquinamento dell aria percepita dalle persone. Un decipol viene definito come l inquinamento percepito in un ambiente con ricambio d aria di 10 l/s e causato da una persona normale (1 olf). La relazione fra olf e decipol è data da: ζ = 10 G Q Q = portata di ventilazione in l/s Se Q è espresso in m 3 /h al posto di 10 si usa 36

32 Percezione olfattiva e percentuale di insoddisfatti Tramite queste grandezze soggettive risulta possibile a somiglianza di quanto fatto per il benessere termoigrometrico ricavare per via statistica un legame fra percezione olfattiva (decipol) e percentuale di persone insoddisfatte della qualità dell aria ambiente (PD): 025, 325, ζ PD = 395e 112 ζ = [ln( PD) 598, ] 4 Questa ingegnosa proposta di Fanger non è stata recepita dal CEN. 15% 1 decipol Considerare l odore prodotto dalla sostanze inquinanti come indicatore della qualità dell aria comporta il fatto che alcune sostanze molto dannose per l uomo (CO2, radon, ecc) possono sfuggire a tale sensazione olfattiva.

33 Valutazione IAQ e ventilazione in opera Per effettuare misure quantitative di ventilazione si utilizza la tecnica dei gas traccianti : portata d aria efficienza ventilazione della distribuzione dell aria nei locali

34 I sistemi di ventilazione Naturale Artificiale Ibrida

35 La ventilazione naturale La portata di aria di ventilazione NON è COSTANTE ma è funzione delle condizioni climatiche esterne, variabili in modo stocastico ed imprevedibile... T e la portata immessa in ambiente dipende: vento da velocità del vento (gradiente anemologico) effetto vento ventilazione trasversale dal tiraggio naturale dovuto alla differenza di temperatura tra interno ed esterno (gradiente termico) effetto camino T i edificio la portata di aria di ventilazione è inoltre funzione della configurazione geometrica delle aperture: dimensione delle aperture collocazione delle aperture Con i sistemi di ventilazione naturale non è possibile garantire sempre e comunque una predeterminata portata di aria di ventilazione.

36 La ventilazione naturale esempi vernacolari 1) Sezione di un termitaio con condotti di aerazione, pareti sottili per raffrescamento convettivo e massa termica per controllo solare 3) Schema dei flussi d aria nel qa a del Cairo (1350) 2) Tepee indiano: chiuso (periodo freddo); effetto camino; ventilazione passante; protezione ai venti freddi 4) Schema dei flussi d aria in una torre iraniana con condotto sotterraneo

37 La ventilazione naturale tipologie 1) Ventilazione orizzontale passante e a lato singolo 3) Ventilazione verticale passante da atrio 2) Ventilazione verticale passante da torre

38 1) Ventilazione orizzontale passante La ventilazione naturale edilizia residenziale 2) Effetto camino

39 La ventilazione artificiale (VMC) La portata di aria di ventilazione può essere CONTROLLATA nella sua entità in relazione alle necessità. La portata di aria di ventilazione è COSTANTE o VARIABILE ed indipendente dalle condizioni climatiche esterne. L entità della portata di aria di ventilazione può essere stabilita attraverso due differenti approcci: prescrizionale, che stabilisce i valori minimi di portata d aria di ricambio prestazionale, che stabilisce i valori massimi della concentrazione per gli inquinanti ammessi in ambiente Indica direttamente il valore di portata Non indica direttamente il valore di portata

40 La ventilazione artificiale - tipologie 1) Flusso semplice: Immissione artificiale ed estrazione naturale 3) Doppio flusso: Immissione ed estrazione artificiale Immissioni Estrazioni 2) Flusso semplice: Immissione naturale ed estrazione artificiale

41 La ventilazione artificiale (VMC) i componenti Celle filtranti Filtri assoluti Filtri a tasche Filtri a carboni attivati

42 Impianti di Ventilazione e sistemi HVAC: attenzioni progettuali e realizzative Per ciascun impianto HVAC devono essere verificate particolari prestazioni relative ai seguenti componenti: Presa d aria esterna (p.a.e.) e bocca di espulsione: Condotte dell aria (progettazione ed esecuzione) Centrale di trattamento aria Umidificazione /deumidificazione Sistemi di filtrazione dell aria Recuperatori di calore Attenuatori acustici Bocchette di estrazione ed immissione dell aria PULIZIA, MANUTENZIONE e GESTIONE

43 Inquinamento all interno di condotte dell aria in metallo e cemento amianto

44 Condotta dell aria con sportello di ispezione e manicotto cilindrico per sonda di prelievo polveri aerodisperse e sonda inserita per l analisi Robot per la videoispezione nelle condotte aerauliche

45 Schema pulizia condotte di piccole dimensioni

46 2) Sistema di ventilazione per abitazione individuale. Ventilazione semplice flusso autoregolabile: ricambio dell'aria a portata costante Ventilazione semplice flusso modulata: igroregolabile: rinnovo dell'aria a portata variabile in funzione del tasso di umidità dell'alloggio a rivelazione di occupazione: rinnovo dell'aria a portata variabile in funzione dell'occupazione dei locali.

47 nel dettaglio.

48 I pattern abitativi e la ventilazione

49 e per un condominio

50 Bocchette estrazione Bocchette immissione: su infisso, su cassonetto e su muro autoregolabile Foro: circa 170 x 12 mm 15 cm igroregolabile Individuare quali ambienti devono essere messi in sovrapressione e quali in depressione, al fine di stabilire l adeguata circolazione dell aria all interno dell edificio. Per esempio, nel caso di edilizia residenziale: Soggiorni e camere da letto in sovrapressione Cucina e bagno in depressione

51 bocchetta applicata a muro bocchetta applicata a cassonetto bocchetta applicata sopra la finestra

52 3) Sistema VMC a doppio flusso con recupero di calore Ventilazione a doppio flusso con recupero di calore: rinnovo dell'aria a portata costante con recupero del calore dell'aria estratta inquinata per preriscaldare l'aria nuova immessa nei locali. Gli scambiatori aria-aria si distinguono in recuperatori e rigeneratori. I recuperatori funzionano in modo che il flusso termico sia scambiato continuativamente fra un flusso di gas e l altro attraverso una parete di separazione. In un rigeneratore ciò avviene in maniera intermittente dal contatto alternativo fra una matrice sovente metallica con il fluido caldo e freddo.

53 Recuperatori di calore a piastre separatori in carta speciale impregnata di sali igroscopici in grado di recuperare sia calore sensibile (75%) che latente (60%).

54 Ventilazione D.Lgs 311/2006 E1 E5 E7

55 Esempio di componenti di sistema di climatizzazione per un edificio a basso consumo Presa d aria esterna Scambiatore interrato Recuperatore di calore Collettori solari Aggregato compatto

56 La ventilazione ibrida Utilizza i principi della ventilazione sia naturale che artificiale. La ventilazione ibrida è un sistema intelligente capace di passare in modo automatico dalla modalità di funzionamento naturale a quella artificiale o di combinarle, al fine di controllare le condizioni interne e minimizzare i consumi energetici. 1) Ventilazione naturale & meccanica (o naturale o meccanica in mutua esclusione) I due sistemi sono completamente separati ed autonomi; il sistema di controllo passa dall uso dell uno all uso dell altro a seconda delle condizioni al contorno 2) Ventilazione naturale assistita (fan assisted) Il sistema di ventilazione naturale è associato ad una rete di estrazione o di immissione aria dotata di elettroventilatore. 3) Ventilazione meccanica assistita (wind and stack assisted) Il sistema di ventilazione artificiale sfrutta le componenti naturali per diminuire i consumi energetici (es. impianti a bassa pressione ).

57 New Parliament building (Londra) fonte: P.Wouters, Belgian Building Research Institute

58 EDIFICIO BRE - Garston (Regno Unito) - (Feilden Clegg Architects) Obiettivo: limitare al minimo l adozione di impianti di condizionamento dell aria a favore di strategie di ventilazione naturale incrociata grazie anche a vie di flusso dell aria all interno dei solai. Inverno: l aria esterna è immessa da lunette apribili poste sopra le finestre, passa attraverso condotti di ventilazione integrati nei solai, assorbe parte del calore immagazzinato dalla massa termica degli stessi e viene poi immessa negli uffici in parte preriscaldata, per poi essere espulsa dal lato opposto. Estate: ventilazione notturna Torri di estrazione integrate nella facciata sud Sistema computerizzato di gestione dell edificio (ventilazione, illuminazione, riscaldamento)

59 EDIFICIO BRE - Garston (Regno Unito) - (Feilden Clegg Architects)