Impianti di ventilazione e di condizionamento efficienti ...

Impianti di ventilazione e di condizionamento efficienti sotto l'aspetto energetico

Impianti di ventilazione e di condizionamento efficienti

sotto l'aspetto energetico

Programma d'impulso RAVEL - Uso razionale dell'elettricità Ufficio federale dei problemi congiunturali


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Organizzazione responsabile:

SIA Società svizzera degli ingegneri e degliarchitetti

Patronato:

SBHI Società svizzera degli ingegneri consulentiper l'impiantistica e l'energia

ATS Associazione tecnici svizzeri

SITC Società degli ingegneri termici e climatici

ASIRA Associazione svizzera delle imprese diriscaldamento e aerazione

Direttore del progetto:

Urs Steinemann, Ingenieurbüro US,8832 Wollerau

Autori:

Anton de Martin, Aicher de Martin Zweng AG,6006 Lucerna

Robert Meierhans, Meierhans & Partner AG,8117 Fällanden

Urs Steinemann, Ingenieurbüro US,8832 Wollerau

Preparazione del progetto:

– Thomas Baumgartner, Ingenieurbürofür Haustechnik, 8600 Dübendorf

– Fritz W. Berg, ABB Normelectric AG,8953 Dietikon

– Christoph Brunner, E + B-Concept,1113 St-Saphorin s/Morges

– Rudolf Furter, ZTL, 6048 Horw– Heinrich Gugerli, INTEP, 8034 Zurigo– Werner Hochstrasser, Hochstrasser Consulting

AG, 8152 Glattbrugg– Miklos Kiss, Elektrowatt Ingenieurunterneh-

mung AG, 8022 Zurigo– Jürg Nipkow, ARENA, 8006 Zurigo– Erich Schadegg, Gruenberg & Partner AG,

8027 Zurigo– Bendicht Schütz, ZTL, 6048 Horw– Heinz Villa, Amt für technische Anlagen und

Lufthygiene, 8090 Zurigo– Charles Weinmann, Weinmann - Energies,

1040 Echallens– Daniel Wolfisberg, Team-Kader AG, 6304 Zugo

ISBN 3-905251-06-XEdizione originale: ISBN 3-905233-40-1

Copyright © Ufficio federale dei problemi congiunturali,3003 Berna, settembre 1993La riproduzione parziale è autorizzata purché sia citata la fonte.Il presente manuale può essere ordinato presso l'Ufficio cen-trale federale degli stampati e del materiale (UCFSM),3000 Berna (n. d'ord. 724.307 i)

Form. 724.307 i 10.95 500 U27609


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Il programma di promozione «Edilizia ed Energia»,della durata totale di 6 anni (1990-1995), è compostodai tre programmi d'impulso seguenti:

• PI EDIL - Manutenzione e rinnovamento dellecostruzioni

• RAVEL - Uso razionale dell'elettricità• PACER - Energie rinnovabili.

Questi tre programmi d'impulso sono realizzati instretta collaborazione con l'economia privata, lescuole e la Confederazione. Il loro scopo è quello dipromuovere una crescita economica qualitativa. Intale ottica essi devono sfociare in un minor sfrutta-mento delle materie prime e dell'energia, con unmaggiore ricorso al capitale costituito dalle capacitàumane.

Il fulcro delle attività di RAVEL è costituito dal mi-glioramento della competenza professionale nel-l'impiego razionale dell'energia elettrica. Oltre agliaspetti della produzione e della sicurezza, che finoraerano in primo piano, deve essere dato ampio risal-to all'aspetto costituito dal rendimento. Sulla base diuna matrice del consumo, RAVEL ha definito in mo-do esteso i temi da trattare. Oltre alle applicazioni del-l'energia elettrica negli edifici vengono presi in con-siderazione anche i processi nell'industria, nel com-mercio e nel settore delle prestazioni di servizio. Igruppi mirati sono adeguatamente svariati: com-prendono i professionisti di ogni livello, nonché i re-sponsabili delle decisioni che si devono esprimere inmerito a decorsi ed investimenti essenziali per quan-to concerne il consumo dell'energia elettrica.

Corsi, manifestazioni, pubblicazioni,videocassette, ecc.Gli obiettivi di RAVEL saranno perseguiti medianteprogetti di ricerca volti all'ampliamento delle cono-scenze di base e – a partire dallo stesso principio –mediante la formazione, il perfezionamento e l'infor-mazione. La divulgazione delle conoscenze è orien-tata verso l'impiego nella prassi quotidiana e si basaessenzialmente su manuali, corsi e manifestazioni. Siprevede di organizzare ogni anno un congresso RA-VEL durante il quale, di volta in volta, si informerà,discutendone in modo esauriente, in merito ai nuo-vi risultati, sviluppi e tendenze della nuova ed affa-scinante disciplina costituita dall'impiego razionaledell'elettricità. Il bollettino «IMPULSO», pubblicatodue o tre volte all'anno, fornirà dettagli concernentiqueste attività ed informerà gli interessati in meritoall'offerta di perfezionamento ampia ed orientata aseconda dei singoli gruppi d'interesse. Tale bolletti-

Prefazione

no può essere ordinato in abbonamento (gratuito)presso l'Ufficio federale dei problemi congiunturali,3003 Berna. Ogni partecipante ad un corso o ad unamanifestazione organizzati nell'ambito del program-ma riceve una documentazione. Essa consiste es-senzialmente della pubblicazione specializzata ela-borata a questo scopo. Tutte queste pubblicazionipossono pure essere ordinate presso l'Ufficio cen-trale federale degli stampati e del materiale (UCFSM),3000 Berna.

CompetenzePer poter fronteggiare questo programma ambizio-so di formazione è stato scelto un concetto di orga-nizzazione e di elaborazione che, oltre alla collabora-zione competente di specialisti, garantisce anche ilrispetto dei punti d'interazione nel settore dell'im-piego dell'energia elettrica, nonché dell'assistenzanecessaria da parte di associazioni e scuole del ramointeressato. Una commissione composta dai rappre-sentanti delle associazioni, delle scuole e dei settoriprofessionali interessati stabilisce i contenuti del pro-gramma ed assicura la coordinazione con le altre at-tività che perseguono l'uso razionale dell'elettricità.Le associazioni professionali si assumono anche l'in-carico di organizzare i corsi di perfezionamento pro-fessionale e le campagne d'informazione. Della pre-parazione di queste attività è responsabile la direzio-ne del progetto composta dai signori dott. RolandWalthert, Werner Böhi, dott. Eric Bush, Jean-MarcChuard, Hans-Ruedi Gabathuler, Jürg Nipkow, RuediSpalinger, dott. Daniel Spreng, Felix Walter, dott.Charles Weinmann, nonché Eric Mosimann, UFCO.Nell'ambito delle proprie competenze l'elaborazioneè eseguita da gruppi di progettazione che devono ri-solvere singoli problemi (progetti di ricerca e di tra-sformazione) per quanto concerne il contenuto, l'im-piego del tempo ed i costi.

DocumentazioneIl presente documento tratta gli aspetti principali deiquali occorre tener conto al momento della proget-tazione, dell'esercizio e della manutenzione degli im-pianti di ventilazione e di condizionamento, onde po-ter adempiere le condizioni poste al clima ambientecon il minimo dispendio possibile d'energia. È statoattribuito un valore particolare alla diffusione delleultime conoscenze e dei nuovi sviluppi. Occorre men-zionare in particolare le raccomandazioni SIAV382/1-3, pubblicate nel 1992, le conoscenze tratte dal pro-gramma di ricerca «Flussi d'aria negli edifici rilevan-ti sotto l'aspetto energetico» (ERL), nonché i diversicomponenti ed i diversi sistemi che aprono la via alfuturo.


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Dopo una procedura di consultazione e la prova d'im-piego nel corso di una manifestazione pilota, la pre-sente documentazione è stata rielaborata con cura.Gli autori erano tuttavia liberi di valutare i diversi pa-reri in merito a singoli problemi, tenendone conto se-condo il proprio libero apprezzamento. È questo ilmotivo per cui si sono assunti anche la responsabi-lità dei testi. Le lacune che venissero alla luce durantel'applicazione pratica potrebbero essere eliminate inoccasione di un'eventuale rielaborazione del pre-

sente manuale. L'Ufficio federale dei problemi con-giunturali ed il responsabile del progetto (cfr. p. 2) sa-ranno lieti di ricevere suggestioni a tale proposito.In questa sede desideriamo ringraziare tutte le per-sone che hanno contribuito alla realizzazione dellapresente pubblicazione.

Prof. dott. B. Hotz-Hart Vicedirettore dell'Ufficio federaledei problemi congiunturali

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Prefazione 3

Indice 5

Riassunto 7

1. Contenuto e scopo della documentazione 91.1 Problematica, campo d'applicazione 111.2 Scopo della documentazione 111.3 Come utilizzare la presente documentazione 111.4 Indicazioni concernenti altri documenti e progetti 12Bibliografia capitolo 1 15

2. Consumo di elettricità e risparmio potenziale 172.1 Consumo di energia finale in Svizzera 192.2 Consumo di elettricità a seconda dei settori di utilizzazione 192.3 Risparmio potenziale degli impianti di ventilazione e di condizionamento 20Bibliografia capitolo 2 20

3. Dati fondamentali 213.1 Comfort 233.2 Calcolo del carico di raffreddamento 293.3 Determinazione del flusso volumetrico dell'aria 323.4 Fabbisogno d'energia per il trasporto dell'aria 343.5 SIA 380/4 «L'energia elettrica nell'edilizia» 39Bibliografia capitolo 3 42

4. Sistemi di ventilazione e di condizionamento 434.1 Problemi organizzativi 454.2 Scelta dei sistemi 474.3 Ricupero del calore 524.4 Ventilazione di appartamenti 564.5 Necessità di un raffreddamento dell'aria ambiente 584.6 Necessità di un'umidificazione dell'aria ambiente 584.7 Ventilazione notturna 594.8 Raffreddamento di solette di calcestruzzo 604.9 Soffitti freddi 624.10 Collettore tubolare sotterraneo ad aria 634.11 Sonde geotermiche 664.12 Comando e regolazione adeguati al fabbisogno 684.13 Impianti con flusso volumetrico variabile (VAV) 69Bibliografia capitolo 4 70

Indice

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5. Ventilatori 735.1 Tipi di ventilatori 765.2 Curve caratteristiche dei ventilatori 805.3 Leggi dei gas, della proporzionalità e dell'affinità 885.4 Curva caratteristica della rete e punto di funzionamento 905.5 Possibilità di regolazione 915.6 Perdite durante il montaggio 98Bibliografia capitolo 5 98

6. Sistemi di azionamento per ventilatori 996.1 Approvvigionamento di energia elettrica 1016.2 Motori elettrici (motori trifase asincroni) 1036.3 Misurazione della potenza 1136.4 Trasmissione 1146.5 Regolazione del numero di giri 1156.6 Protezione contro le esplosioni 1206.7 Acustica 120Bibliografia capitolo 6 121

7. Liste di controllo 123LC1 Lista di controllo per la progettazione dell'edificio 125LC2 Lista di controllo per la progettazione

degli impianti di ventilazione e di condizionamento 128LC3 Lista di controllo per la progettazione di singoli componenti 130LC4 Lista di controllo per la fase d'esercizio 132

Pubblicazioni del programma d'impulso RAVEL 135

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Una valutazione approssimativa dimostra che oggitutta l'impiantistica, compresa l'illuminazione, utiliz-za circa un quarto dell'energia elettrica consumataglobalmente in Svizzera, ossia 12500 su un totale di50000 GWh/a. L'energia elettrica utilizzata per i mo-tori delle pompe e dei ventilatori, per gli organi dicomando e per gli ascensori viene stimata all'8% delconsumo globale, ossia a 4000 GWh/a.

La presente documentazione intende contribuire al-la diminuzione futura del consumo di elettricità inSvizzera per gli impianti di ventilazione.

Secondo una considerazione complessiva non si puòtuttavia trattare di ridurre, in modo unilaterale, il con-sumo di elettricità a spese di altri vettori energetici.Vale invece la pena di tendere ad una riduzione delconsumo globale d'energia, tenendo in tal caso con-to dell'efficacia dei diversi vettori energetici.

Gli elementi più importanti di questa strategia dirisparmio energetico sono i seguenti:

– creare presupposti nel settore dell'edilizia, dell'e-sercizio ed a livello organizzativo onde renderepossibile un debole consumo di energia negli im-pianti.

– Verificare in modo sistematico la necessità dell'u-tilizzazione prevista.

– Stabilire i criteri di dimensionamento secondo ilfabbisogno. Rinunciare alle funzioni inutili, nonchéagli impianti ed ai componenti sovradimensiona-ti.

– Utilizzare in tutto il settore dell'esercizio compo-nenti che hanno un buon rendimento.

– Concepire e far funzionare gli impianti per un eser-cizio corrispondente al fabbisogno. È possibile rea-lizzare risparmi energetici notevoli già con un sem-plice temporizzatore.

– Permettere la misurazione dei parametri d'eserci-zio determinanti e dei consumi d'energia ed effet-tuarla regolarmente durante l'esercizio. Tenereuna contabilità dell'energia.

Riassunto

Il capitolo 7 della presente documentazione contieneliste di controllo per

– la progettazione dell'edificio,

– la progettazione degli impianti di ventilazione e dicondizionamento,

– la progettazione di singoli componenti e

– la fase d'esercizio.

Le liste di controllo del capitolo 7 sono particolar-mente adatte quale accesso alla tematica. Durante laloro utilizzazione nelle diverse fasi, dalla progetta-zione fino alla messa in funzione dell'impianto, essedovrebbero contribuire a fare in modo che venganosfruttate tutte le misure possibili per la riduzione delconsumo d'energia.

Contenuto e scopo della documentazione

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1.1 Problematica, campo d'applicazione 11

1.2 Scopo della documentazione 11

1.3 Come utilizzare la presente documentazione 11

1.4 Indicazioni concernenti altri documenti e progetti 121.4.1 Norme e raccomandazioni SIA 121.4.2 Programma di ricerca ERL 121.4.3 Bibliografia specializzata 13

Bibliografia capitolo 1 15

1. Contenutoe scopo della documentazione


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1.1 Problematica, campod'applicazione

Diverse ricerche dimostrano che non si può trascu-rare il consumo di elettricità degli impianti di venti-lazione e di condizionamento per il trasporto dell'a-ria e per la preparazione della stessa. Soprattutto gra-zie alle attività del programma d'impulso RAVEL di-versi impianti sono potuti essere misurati ed analiz-zati. Alcuni di questi lavori vengono presentati sottola forma di casi pratici durante il corso di due giorniche completa la presente documentazione. Taliesempi pratici saranno oggetto di una documenta-zione separata consegnata ai partecipanti al corso[1.7]. E` interessante costatare che il consumo di elet-tricità degli impianti di ventilazione e di condiziona-mento varia enormemente negli edifici con utilizza-zione similare e, di conseguenza, con esigenze para-gonabili per quanto concerne l'impianto di ventila-zione e di condizionamento. Questo fatto richiamal'attenzione sul grande potenziale di risparmio ener-getico possibile in molti impianti esistenti. La com-missione SIA 380/4 «L'energia elettrica nell'edilizia»elabora esigenze generali concernenti il consumo dielettricità a seconda dell'utilizzazione. Un primo pro-getto di una corrispondente raccomandazione SIA èpassato attraverso una fase di prova fino alla fine del1992 [1.1].

La presente documentazione, nonché le altre con-cernenti il programma d'impulso RAVEL e la futuraraccomandazione SIA 380/4, intendono contribuire inSvizzera alla riduzione del consumo futuro di elettri-cità negli impianti di ventilazione e di condiziona-mento nuovi ed in quelli già esistenti. La documen-tazione vale in primo luogo per gli impianti di venti-lazione e di condizionamento esistenti in locali abi-tati (uffici, amministrazione, sale di riunione, scuole,soggiorni, ecc.). È tuttavia ampiamente possibile emolto auspicabile l'applicazione per analogia agli im-pianti speciali impiegati nell'industria, negli ospeda-li, nel traffico, nei ristoranti, nell'ambito della prote-zione civile, eccetera, tenendo conto, di volta in vol-ta, delle esigenze particolari di questi impianti spe-ciali. Non vengono trattati gli aspetti concernenti laproduzione meccanica del freddo.

1.2 Scopo delladocumentazione

La documentazione ha lo scopo di realizzare una rap-presentazione approfondita degli aspetti che eserci-tano un influsso sul consumo di elettricità degli im-pianti di ventilazione e di condizionamento. Essa èdestinata in primo luogo ai progettisti ed alle pro-gettiste nel settore della tecnica di ventilazione. Molteindicazioni sono tuttavia utili anche per i produttoridi componenti degli impianti di ventilazione, gli ar-chitetti, i committenti e gli utenti degli impianti.

1.3 Come utilizzare la presentedocumentazione

Alle pagine 5 e 6 della presente documentazione sitrova un indice generale che può essere utilizzatoquale ottimo strumento per accedere ai temi trattati.Ogni capitolo comincia con un indice suo proprio econtiene alla fine una raccolta di cenni bibliograficiconcernenti i temi trattati. All'inizio di ogni ampio pa-ragrafo a due cifre sono riassunte, di volta in volta, leconsiderazioni più importanti del paragrafo stesso.

In molti casi un accesso alla tematica può aver luo-go in modo conveniente per mezzo delle liste di con-trollo del capitolo 7. Tali liste riguardano le fasi se-guenti:

– lista di controllo per la progettazione dell'edificio

– lista di controllo per la progettazione degli impiantidi ventilazione e di condizionamento

– lista di controllo per la progettazione di singolicomponenti

– lista di controllo per la fase d'esercizio.

Contenutoe scopo della documentazione


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1.4 Indicazioni concernentialtri documenti e progetti

1.4.1 Norme e raccomandazioni SIA

Per trattare i problemi in rapporto con gli impianti diventilazione e di condizionamento, la società svizze-ra degli ingegneri e degli architetti mette a disposi-zione tre raccomandazioni:

Raccomandazione SIA V382/1 «Esigenze tec-niche richieste agli impianti di ventilazione edi condizionamento» [1.2]

– Determinazione delle designazioni per i flussi d'a-ria ed i tipi d'impianto

– Esigenze richieste agli impianti di ventilazione edi condizionamento, tenendo conto degli aspetticoncernenti il comfort, l'igiene ed il consumo d'e-nergia

– Definizione dei valori di garanzia e procedura dicollaudo

– Indicazioni generali concernenti la progettazione el'esecuzione d'impianti di ventilazione e di condi-zionamento.

Raccomandazione SIA V382/2 «Fabbisogno dipotenza di raffreddamento degli edifici» [1.3]

– Procedura di calcolo per la determinazione delledimensioni degli impianti, onde poter garantire ivalori di condizionamento dei locali

– Indicazioni concernenti le condizioni esterne de-terminanti ed i carichi esterni

– Valori tipici dei carichi interni.

Raccomandazione SIA V382/3 «Accertamentodel fabbisogno per gli impianti di ventilazionee di condizionamento» [1.5]

– Accertamento del fabbisogno per un raffredda-mento ad aria (comprese le esigenze edilizie)

– Accertamento del fabbisogno per un'umidificazio-ne dell'aria

– Condizioni tecniche fondamentali per impianti ef-ficienti sotto l'aspetto energetico.

Una prima versione delle raccomandazioni SIAV382/1 e V382/3 è stata pubblicata nel mese di apri-le del 1989 e sottoposta ad una procedura di consul-tazione prolungata fino alla fine del 1991. Le espe-rienze fatte in quest'ambito, nonché le conoscenzeacquisite in questo intervallo di tempo, sono parte in-tegrante della nuova versione dell'edizione 1992.

La raccomandazione SIA V382/2 sostituisce la docu-mentazione SIA D 70 «Fabbisogno di potenza di raf-freddamento degli edifici» del 1983. Una descrizionecompletiva della metodica di calcolo utilizzata nellanorma SIA V382/2 si trova nella documentazione D 088 SIA [1.4].

Le raccomandazioni SIA V382/1 e V382/2 ed even-tualmente V382/3 saranno sostituite entro alcuni an-ni dalle norme europee CEN. Sono in pieno corso, incollaborazione con la Svizzera, i lavori corrispondentiCEN/TC 156. È questo il motivo per cui le tre racco-mandazioni SIA sono state pubblicate in versione V(giallo). Esse corrispondono, tuttavia, in modo preci-so allo stato attuale delle conoscenze e devono es-sere utilizzate fino all'entrata in vigore delle normeCEN corrispondenti.

Dalla raccomandazione SIA 380/4 ci si può attendereun grande contributo alla diminuzione del consumodi elettricità degli edifici:

Raccomandazione SIA 380/4 «L'energia elet-trica nell'edilizia» [1.1]

– Determinazione anticipata del consumo di energiaelettrica

– Valori migliori e valori limite per la valutazione deiconsumi di elettricità calcolati o misurati

– Allestimento ed aggiornamento di un bilancio del-l'energia

– Indicazioni concernenti la progettazione e l'eser-cizio.

Un progetto della raccomandazione SIA 380/4 era infase di prova fino alla fine del 1992 (paragrafo 3.5).

1.4.2 Programma di ricerca ERL

Il programma di ricerca «Flussi d'aria negli edifici, ri-levanti sotto l'aspetto energetico (ERL)» è stato pro-mosso nel 1985, in rapporto con il concetto di unapolitica di ricerca energetica del Consiglio dei poli-


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tecnici federali; la sua realizzazione è iniziata nel 1986.I temi principali del programma di ricerca erano co-stituiti dal trasporto di aria e di sostanze nocive al-l'interno degli edifici e del loro ambiente circostantediretto, tenendo conto in particolare degli aspettienergetici.

Lo scopo del programma di ricerca ERL è quello dimettere a disposizione dei progettisti di edifici e del-l'impiantistica strumenti tali da permettere di deter-minare, già in fase di progettazione, tutti i parametririlevanti della circolazione dell'aria nell'edificio edattorno allo stesso, in modo tale da

– garantire il benessere, il comfort e la sicurezzadegli utenti,

– poter utilizzare sistemi adeguati di ventilazione edi riscaldamento con una buona redditività,

– sfruttare ampiamente l'irradiazione solare ed ilcalore residuo,

– fare in modo che nell'assieme sia realizzato un im-piego ottimale dell'energia.

Si è dedicata un'attenzione del tutto particolare allecondizioni limite del clima, nonché a quelle meteo-rologiche tipiche del nostro Paese ed al genere di co-

struzioni usate in Svizzera. Per raggiungere questiobiettivi si è proceduto secondo le fasi seguenti:

– descrizione matematica del trasporto dell'aria edelle sostanze nocive all'interno di un locale e trale diverse zone di un edificio.

– Preparazione di metodi di misurazione della velo-cità dell'aria, delle sue variazioni, della temperaturadell'aria e della concentrazione di sostanze nocive.

– Chiarimenti concernenti sistemi di ventilazione, diriscaldamento e di condizionamento di edifici uti-lizzati per differenti scopi.

– Conversione dei risultati in documenti di proget-tazione che vengano, se possibile, utilizzati senzaelaboratori elettronici di grosse dimensioni.

Per la conversione nella pratica dei numerosi risul-tati del programma di ricerca ERL è prevista lapubblicazione di una collana di documentazione ERLin sette parti, secondo la tabella 1.1. La vendita diquesti documenti comincerà approssimativamenteall'inizio del 1994 per il tramite dell'ASIRA [1.6].

1.4.3 Bibliografia specializzata

Ogni capitolo principale termina con una lista di ope-re che concernono i temi trattati.

N. Titolo

ERL 1 Panoramica ERL

ERL 1A Appendice

ERL 2 Concetti della tecnicadi ventilazione

Contenuto

– introduzione, problematica– obiettivi– organizzazione e svolgimento (coordinazione, organigramma,

preventivo, svolgimento)– lavori e risultati dei settori parziali (riassunto)– conversione (concetto, gruppi di obiettivi, manifestazioni, docu-

menti per la prassi)– prospettive (prestazioni di servizi, progetti futuri)– lista dei singoli progetti– lista delle istituzioni implicate– lista delle pubblicazioni– indice delle abbreviature

– lessico dei concetti importanti della tecnica di ventilazione– lista dei termini tecnici– bibliografia


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N. Titolo

ERL 3 Fisica del flusso d'arianei locali

ERL 4 Atlante della ventilazionedei locali

ERL 4A Appendice

ERL 5 Programmi di calcolo perla determinazione deiflussi d'aria negli edifici

ERL 5A Appendice

ERL 6 Metodi di misurazioneper la valutazionedel consumo di energia,nonché del comfort

ERL 7 Sistemi di ventilazionemoderni -Conoscenze attuali eguida alla progettazionedi edifici per prestazionidi servizio

Contenuto

– introduzione– fisica del flusso dell'aria in un locale (leggi fondamentali)– accoppiamento termico con l'involucro dell'edificio– comfort termico e qualità dell'aria– valutazione della ventilazione– bibliografia– flusso nel singolo locale– scambio d'aria e di sostanze nocive tra le diverse zone degli edifici

e tra gli edifici e l'aria esterna

– introduzione– basi numeriche e fisiche– rappresentazione dei flussi per diversi sistemi di ventilazione– struttura dell'atlante– interpolazione dei risultati e studio della sensitività– bibliografia– atlante con istruzioni per l'uso e cataloghi per ventilazione

naturale e ventilazione mista

– introduzione– panoramica ed istruzioni per l'uso– modelli a zone singole– modelli a zone multiple– accoppiamento tra modelli a zone singole e modelli a zone

multiple– esempi di calcoli con il programma per zone multiple– esempi di accoppiamento tra modelli a zone singole e modelli a

zone multiple

– introduzione– scelta del metodo di misurazione adeguato– mezzi ausiliari generici di misurazione– misurazioni della temperatura e dei flussi dai quali dipende il

comfort– misurazioni per la valutazione di un locale– misurazioni per la valutazione di un impianto di ventilazione– misurazioni in edifici con parecchie zone – bibliografia/indice

– comfort termico– qualità dell'aria ambiente– flusso d'aria nei locali– scelta del sistema e settori d'applicazione– ventilazione naturale– ventilazione mista– soffitti freddi

Tabella 1.1Lista delle materie della collana di documentazione ERL [1.6]


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Bibliografia capitolo 1

[1.1] Società svizzera degli ingegneri e degliarchitetti SIAL'energia elettrica nell'edilizia Raccomandazione SIA 380/4, progetto per lafase di prova dal gennaio al dicembre del 1992

[1.2] Società svizzera degli ingegneri e degliarchitetti SIAEsigenze tecniche per gli impianti di ventila-zione e di condizionamentoRaccomandazione SIA V382/1, edizione 1992

[1.3] Società svizzera degli ingegneri e degliarchitetti SIAFabbisogno di potenza di raffreddamento negli edificiRaccomandazione SIA V382/2, edizione 1992

[1.4] Società svizzera degli ingegneri e degliarchitetti SIAErgänzungen zur Berechnungsmethodik in derEmpfehlung SIA V382/2Documentazione D 088, edizione 1992

[1.5] Società svizzera degli ingegneri e degliarchitetti SIAAccertamento del fabbisogno per gli impiantidi ventilazione e di condizionamentoRaccomandazione SIA V382/3, edizione 1992

[1.6] Associazione svizzera delle imprese di riscal-damento e aerazione ASIRACollana di documentazione per il programmadi ricerca «Flussi d'aria negli edifici, rilevantisotto l'aspetto energetico»

ERL 1 Panoramica

ERL 2 Concetti della tecnica di ventilazione

ERL 3 Fisica del flusso d'aria nei locali

ERL 4 Atlante della ventilazione dei locali

ERL 5 Programmi di calcolo per la determina-zione dei flussi d'aria negli edifici

ERL 6 Metodi di misurazione per la valutazio-ne del consumo di energia e del comfort

ERL 7 Sistemi di ventilazione moderni –conoscenze attuali e guida alla proget-tazione di edifici per prestazioni diservizioPubblicazione inizio 1994

[1.7] Ch. Weinmann, Chr. BrunnerStudi di casiDocumenti per il corso RAVEL «Impianti di ven-tilazione e di condizionamento efficienti sottol'aspetto energetico»

Consumo di elettricità e risparmio potenziale

17

2.1 Consumo di energia finale in Svizzera 19

2.2 Consumo di elettricità a seconda dei settori di utilizzazione 19

2.3 Risparmio potenziale degli impianti di ventilazione e di condizionamento 20


2. Consumo di elettricità e risparmio potenziale


19

2.1 Consumo di energia finalein Svizzera

La figura 2.1 illustra il consumo di energia finale inSvizzera dal 1910 fino al 1990, in funzione dei vetto-ri energetici.

2. Consumo di elettricitàe risparmio potenziale

A partire dalla metà del nostro secolo il consumo dienergia finale aumenta in modo continuo, con unalieve diminuzione solo all'inizio degli anni settanta acausa della crisi del petrolio. L'elettricità fa parte deivettori energetici con una crescita ininterrotta del 3%in media all'anno durante gli anni ottanta. Anche pergli anni novanta ci si attende un ulteriore aumento,possibilmente attenuato, del consumo di elettricitàed una stabilizzazione sembra possibile solo verso lafine del secolo.

Figura 2.1Consumo di energia finale dal 1910 al 1990 in funzione deivettori energetici [2.1]

Teleriscaldamento

Elettricità

Gas

Carburanti

Combustibilia base di petrolio

Rifiuti industrialiCarboneLegna

2.2 Consumo di elettricitàa seconda dei settoridi utilizzazione

La figura 2.2 illustra, sulla base di una valutazione ap-prossimativa, la ripartizione del consumo di elettri-cità in Svizzera. Secondo tale valutazione l'impianti-stica è all'origine di un quarto del consumo globaledi energia elettrica in Svizzera, ossia circa 12500 suun totale di 50000 GWh/a [2.2].

Il consumo di elettricità per motori, pompe, ventila-tori, organi di comando e ascensori viene valutatoall'8% del consumo globale, ossia 4000 GWh/a.

Processi industriali (30%)Impiantistica (25%)

Trasporti (7%)

Utilizzazione economia domestica (24%)

Processi nel settoredelle prestazioni di servizio (14%)

Figura 2.2Ripartizione approssimativa del consumo di elettricità inSvizzera [2.2]


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2.3 Risparmio potenziale degliimpianti di ventilazionee di condizionamento

Gli impianti di ventilazione e di condizionamento po-trebbero, senz'ombra di dubbio, essere alla base diun risparmio potenziale del consumo di elettricità.Le misurazioni del consumo di elettricità eseguite suimpianti esistenti per utilizzazioni similari indicano,ad esempio, una variazione dei parametri specifici delconsumo di elettricità nel rapporto da 1:5 per il tra-sporto dell'aria e nel rapporto da 1:8 per il consumoglobale di elettricità [2.3].

Le misure più importanti per la riduzione del consu-mo di elettricità per gli impianti di ventilazione e dicondizionamento sono le seguenti:

– creare presupposti nel settore dell'edilizia, in quel-lo dell'esercizio, nonché a livello organizzativo on-de rendere possibile un debole consumo di ener-gia degli impianti.

– Verificare in modo sistematico la necessità dell'u-tilizzazione prevista.

– Stabilire i criteri di dimensionamento secondo ilfabbisogno. Rinunciare alle funzioni inutili, nonchéagli impianti ed ai componenti sovradimensionati.

– Utilizzare in tutto il settore dell'esercizio compo-nenti che hanno un buon rendimento.

– Concepire e far funzionare gli impianti per un eser-cizio corrispondente al fabbisogno. È possibile rea-lizzare risparmi energetici notevoli già con un sem-plice temporizzatore.

– Permettere la misurazione dei parametri d'eserci-zio determinanti e dei consumi d'energia ed effet-tuarla regolarmente durante l'esercizio. Tenereuna contabilità dell'energia.


[2.1] Ufficio federale dei problemi congiunturaliManuale RAVEL Sfruttare razionalmente l'elettricitàISBN 3-7281-1830-3, 1992

[2.2] Ufficio federale dei problemi congiunturaliProgramma d'impulso RAVEL Concetto 89

[2.3] Ch. Weinmann, Chr. BrunnerStudi di casiDocumenti per il corso RAVEL «Impianti di ven-tilazione e di condizionamento efficienti sottol'aspetto energetico»

Dati fondamentali

21

3.1 Comfort 233.1.1 In generale 233.1.2 Zona di soggiorno 233.1.3 Comfort termico 243.1.4 Qualità dell'aria dei locali 263.1.5 Esigenze concernenti l'acustica 28

3.2 Calcolo del carico di raffreddamento 293.2.1 In generale 293.2.2 Svolgimento del calcolo 313.2.3 Flusso volumetrico dell'aria necessario per l'asportazione del calore 31

3.3 Determinazione del flusso volumetrico dell'aria 32

3.4 Fabbisogno d'energia per il trasporto dell'aria 343.4.1 Esigenze secondo SIA V382/3 343.4.2 Fabbisogno specifico di potenza 343.4.3 Fabbisogno specifico d'energia 353.4.4 Misure per la riduzione delle perdite di pressione 37

3.5 SIA 380/4 «L'energia elettrica nell'edilizia» 393.5.1 Obiettivo 393.5.2 Stato del progetto 393.5.3 Idee fondamentali 393.5.4 Bilancio dell'energia per la luce, la forza, i processi 393.5.5 Prestazione globale del sistema 41


3. Dati fondamentali

Dati fondamentali

23

Princìpi

– Le esigenze di comfort e la definizione della zonadi soggiorno devono essere stabilite, tempestiva-mente ed in modo completo, d'intesa con il com-mittente. In generale occorre partire dalle condi-zioni fissate in SIA V382/1.

– Esigenze più elevate causano per lo più un au-mento del consumo di energia e devono esserescelte solo in casi eccezionali e motivati.

3. Dati fondamentali

3.1 Comfort

3.1.1 In generale

Un impianto di ventilazione e di condizionamento haun influsso determinante su:– comfort termico,– qualità dell'aria ambiente,– livello del suono.

Il benessere e l'efficienza di persone che si trovanoin un locale dipendono tuttavia anche da altri fattorideterminanti, quali– il tipo di attività,– la sistemazione del posto di lavoro,– le dimensioni del locale e l'arredamento,– l'illuminazione ed i colori,– la vista verso l'esterno,– il clima di lavoro,– il benessere personale.

Nei paragrafi da 3.1.3 fino a 3.1.5 vengono formula-te le esigenze che dovrebbero essere in generale ri-spettate nella zona di soggiorno, secondo il punto divista attuale e come definito nel paragrafo 3.1.2.Questi dati si basano sulla raccomandazione SIAV382/1 [3.8].

Anche adempiendo le esigenze menzionate qui di se-guito, si è potuto notare il verificarsi di situazioni dimancanza di comfort a causa di una cattiva conce-zione ergonomica dei posti di lavoro (ad es. una po-sizione di lavoro rigida). In questi casi si raccoman-da di perseguire un cambiamento dei posti e dellecondizioni di lavoro; solo in casi eccezionali dovreb-bero essere poste esigenze di comfort più elevate.

Le esigenze poste al comfort termico sono determi-nate al paragrafo 3.1.3, analogamente a SIA V382/1,

per un indice PPD del 10%, facendo alcune semplifi-cazioni. Per dettagli maggiori confrontisi anche ISO7730 [3.2].

3.1.2 Zona di soggiorno

Le condizioni di comfort enumerate qui di seguitonon devono essere rispettate in tutto il locale, bensìsolo nella zona di soggiorno. Le misurazioni effet-tuate in occasione del collaudo dovranno quindi es-sere eseguite nella zona di soggiorno.

La definizione della zona di soggiorno dipende dal-l'utilizzazione del locale e deve essere stabilita di ca-so in caso.

In generale la zona di soggiorno può essere definitacome segue (cfr. figura 3.1):– a 1.00 m di distanza dalle finestre– a 0.50 m di distanza da tutte le pareti interne e dal-

le pareti esterne senza finestre– a 0.10 m di distanza dal pavimento

(limite inferiore)– a 1.30 m di distanza dal pavimento nel caso di

un'attività eseguita prevalentemente stando se-duti

– a 1.80 m di distanza dal pavimento nel caso diun'attività eseguita prevalentemente stando inpiedi.

Figura 3.1Zona di soggiorno [3.8]

In mancanza di accordi particolari gli spazi seguentinon fanno parte della zona di soggiorno:– zone di passaggio– zone in prossimità di porte utilizzate frequente-

mente oppure aperte– zone in prossimità di scarichi dell'aria

(ad es. scarichi dell'aria nel pavimento)– zone in prossimità di apparecchi che sprigionano

molto calore oppure provocano una forte circola-zione d'aria (ad es. fotocopiatrici).

* Durante i giorni di afa (te max > 30°C) la tempera-tura dell'aria ambiente può superare i 28°C durantel'orario di utilizzazione. Per queste situazioni ec-cezionali la temperatura interna non può esseregarantita.

Tabella 3.1Valori progettati e temperatura d'esercizio dell'aria am-biente ti durante l'attività d'ufficio (met = 1.2) [3.8]

Dati fondamentali

24

3.1.3 Comfort termico

Il comfort termico di un essere umano in un localedipende dai fattori seguenti:

a) dagli influssi del locale stesso– dalla temperatura media delle superfici circo-

stanti (temperatura di radiazione)– dalle fonti che irradiano calore localmente

b) dagli influssi esercitati dall'essere umano – dalla sua attività, ossia dal calore emesso dal

suo corpo (valore met)– dal suo abbigliamento, ossia dalla coibentazio-

ne termica dello stesso (valore clo)

c) dagli influssi dell'impianto di ventilazione e di con-dizionamento– dalla temperatura dell'aria ambiente– dal movimento dell'aria

(velocità, direzione, turbolenza)– dall'umidità relativa dell'aria ambiente.

I princìpi fondamentali del comfort termico sono sta-biliti dalla norma SIA 180 «Isolamento termico degliedifici» [3.4]. Per i locali muniti d'impianti di ventila-zione e di condizionamento valgono inoltre le defini-zioni seguenti, tratte dalla raccomandazione SIAV382/1.

Per l'attività esercitata negli uffici si calcola general-mente un valore met di 1.2 e per l'abbigliamento neimesi invernali un valore clo di 1.0, mentre in estateviene utilizzato un valore clo di 0.5.

Quale esercizio invernale s'intendono tutti gli staticon produzione di calore per l'impianto di ventila-zione e di condizionamento oppure per il riscalda-mento statico, in quanto quest'ultimo non servaessenzialmente a migliorare il comfort in vicinanzadelle finestre. Il trasporto di calore provenientedall'utilizzazione del calore residuo oppure dall'uti-lizzazione d'impianti per il ricupero del calore non va-le come esercizio invernale.

Con il termine di esercizio estivo s'intendono tuttigli stati senza adduzione primaria di calore attraver-so l'impianto di ventilazione e di condizionamento,con o senza raffreddamento. Nel caso di carichi ter-mici interni importanti, anche in inverno è possibile,di conseguenza, avere un esercizio estivo.

3.1.3.1 Temperatura dell'aria ambiente tie temperatura del locale tR

L'emissione del calore irradiato dal corpo umanoviene determinata dalla temperatura delle superfici

circostanti, mentre l'emissione di calore per conve-zione dipende dalla temperatura dell'aria e dalla ve-locità della stessa.

La temperatura risultante del locale tR, secondo SIA180 [3.4] (definita «operative temperature» secondoISO 7730), è il parametro che permette di giudicare lecondizioni di comfort per la radiazione del corpo uma-no. La temperatura ambiente tR in un locale non cor-risponde alla temperatura dell'aria del locale ti e le dif-ferenze tra tRe tisono diverse nello spazio enel tempo.

Poiché il dimensionamento e la regolazione degliimpianti di ventilazione e di condizionamento av-vengono sulla base della temperatura dell'aria am-biente ti, quest'ultima viene considerata come primocriterio di comfort e viene controllata anche in occa-sione del collaudo. Occorre inoltre controllare ilmantenimento del comfort per irradiazione, sulla ba-se della temperatura ambiente tR, rispettivamentedella temperatura media della superficie toi.

Valori di progettazione per la temperaturadell'aria ambiente tiNelle costruzioni dotate di una buona coibentazionetermica e munite di una protezione adeguata controil sole, per l'attività d'ufficio normale (valore met =1.2) e per un abbigliamento adeguato in caso di eser-cizio invernale (valore clo = 1.0), nonché per l'eserci-zio estivo (valore clo = 0.5), quali valori di progetta-zione valgono le temperature dell'aria ambientesecondo la tabella 3.1. Tutti questi valori tengonoconto della sensibilità al calore di tutto il corpo.

Nel caso di applicazioni particolari con altri valori cloe met, i valori di progettazione per la temperatura del-l'aria ambiente possono essere stabiliti secondo ISO7730, per analogia con la tabella 3.1.

Esercizio invernaleclo = 1.0

Valore di progettazione = 20°CTemperatura d'esercizio= 19-24°C

Esercizio estivoclo = 0.5

Valore di progettazione = 26°CTemperatura d'esercizio= 22-28°C*

Dati fondamentali

25

Nelle condizioni di dimensionamento i valori di pro-gettazione devono essere rispettati secondo la rac-comandazione SIA V382/2.

Controllo del comfort per radiazione

In inverno è necessario evitare le penetrazioni d'ariafredda in prossimità delle finestre e devono essererispettate le esigenze della raccomandazione SIA384/2 [3.12].

In estate per poter ottenere il comfort termico desi-derato occorre che la differenza tra la temperaturamedia delle superfici interne e quella dell'aria am-biente sia inferiore a 4 K e che la temperatura risul-tante tR del locale sia compresa tra 22 e 28°C. La ve-locità dell'aria nel locale non dovrà inoltre superarei valori limite indicati nel paragrafo 3.1.3.2. In questicasi la temperatura del locale risulta dalla media trala temperatura dell'aria e la temperatura media del-le superfici interne (cfr. anche la norma SIA 180 [3.4]).

tR = ti + toi

2

Tu =W84% – W50%

W50%

tR temperatura ambiente

ti temperatura dell'aria ambiente

toi media delle temperature di tutte le superficiinterne

Tu grado di turbolenza [–]

W84% valore 84% della velocità dell'aria (non vienesuperato durante 84% del tempo)

W50% valore 50% della velocità dell'aria (non vienesuperato durante 50% del tempo)

Nella figura 3.2 sono rappresentati i valori ammissi-bili della temperatura di superficie media toi per l'e-sercizio estivo, a seconda della temperatura dell'ariaambiente ti. Vi è rappresentata anche la temperaturarisultante del locale tR.

Figura 3.2Variazioni ammissibili della temperatura media delle su-perfici toi durante l'esercizio estivo a seconda della tempe-ratura dell'aria ambiente ti [3.8]

Tem

pera

tura

med

ia d

elle

supe

rfici

inte

rne

t oi[°

C]

Campo d'esercizio«Esercizio estivo»

Temperatura dell'aria ambiente ti [°C]

3.1.3.2 Velocità dell'aria nel locale

L'aria di alimentazione addotta in un locale median-te getti d'aria vi crea turbolenze la cui velocità varianel tempo. Il grado di turbolenza Tu caratterizza leturbolenze del movimento dell'aria.

Dati fondamentali

26

Nel caso di un flusso a debole turbolenza (ad es. lo-cali vuoti) sono ammesse velocità dell'aria più ele-vate, mentre nel caso di un flusso a forte turbolenzasono ammesse velocità minori. In generale le velo-cità dell'aria ammesse sono più elevate nel caso ditemperature ambiente elevate che non in quello ditemperature ambiente basse. Queste relazioni sonoillustrate nella figura 3.3. Il modello utilizzato è statoelaborato da CEN/TC 156/WG 6 e vale per le personeche nell'assieme hanno un comportamento termica-mente neutro.

Nel caso di locali critici (ad es. con finestre di grandesuperficie oppure con una geometria complessa) èraccomandabile verificare in laboratorio il sistemadello scarico dell'aria previsto.

3.1.3.3 Umidità dell'aria ambienteNel limite di temperatura tra 19 e 28°C è esigua la per-centuale d'evaporazione necessaria al mantenimen-to ed alla regolazione della temperatura del corpoumano. È questo il motivo per cui l'umidità relativadella zona di comfort varia da w = 30% u.r. (durantel'esercizio invernale, con ti = 19-24°C) fino a 65% u.r.(durante l'esercizio estivo, con ti = 22-28°C). I valoridi u.r. inferiori fino al 20% o superiori fino al 75% pos-sono, dal punto di vista fisiologico, essere tolleratioccasionalmente durante alcuni giorni all'anno.

Se non esistono esigenze particolari per quanto con-cerne il clima ambiente, un'umidificazione dell'arianon è generalmente necessaria (raccomandazioneSIA V382/3 [3.11]). L'esperienza dimostra che i recla-mi dovuti ad una percentuale troppo elevata di ariasecca sono spesso causati da temperature troppo ele-vate, da un eccesso di aria fresca, oppure da una per-centuale di polvere troppo elevata dell'aria o, infine,dalla presenza di corpi estranei nell'aria, ad esempiola formaldeide. Queste impurità dell'aria devono es-sere eliminate alla fonte mediante misure adeguate.

In quanto sia necessaria un'umidificazione, l'utilizza-zione di un umidificatore locale è spesso più effica-ce di un'umidificazione generale inserita nell'im-pianto di ventilazione e di condizionamento.

Un raffreddamento dell'aria può avere come conse-guenza una deumidificazione della stessa. Una de-umidificazione oppure un'umidificazione continuesono giustificate solo in locali con esigenze partico-lari.

3.1.4 Qualità dell'aria dei locali

L'aria del locale deve essere fornita in modo daevitare– problemi di salute,– pregiudizio al benessere,– danni al locale stesso.

Contemporaneamente il fabbisogno d'energia del-l'impianto di ventilazione e di condizionamento de-ve essere per quanto possibile minimo.

La seconda esigenza consiste in una riduzione delleemissioni nocive mediante misure adottate alla fon-

Figura 3.3Velocità dell'aria ammissibili nel locale a seconda della tem-peratura ambiente e del grado di turbolenza [3.8]

Velocità dell'aria ammissibile nel localeBase: Draught Risk DR = 10%

Grado di turbolenza Tu

Velo

cità

med

ia d

ell'a

ria n

el lo

cale

[m/s

]

Temperatura dell'aria ambiente [°C]

Nei locali con impianti convenzionali di ventilazionee di condizionamento il grado di turbolenza oscillatra 0.3 e 0.6. Per questi casi valgono i valori limite del-la tabella 3.2.

Esercizio invernaleclo = 1.0

ti = 19–24°C0.12 m/s

Esercizio estivoclo = 0.5

ti = 22–28°C0.15 m/s

Tabella 3.2Valori ammissibili della velocità dell'aria, non superati peril 50% del tempo e per un'attività d'ufficio (met = 1.2) [3.8]

Nel caso delle velocità dell'aria ammissibili summen-zionate si tratta di esigenze severe che possono es-sere rispettate solo con un dispendio adeguato. Essecostituiscono il presupposto necessario per garanti-re il comfort con le temperature d'aria ambiente del-la tabella 3.1.

Dati fondamentali

27

te, un modo tale che le percentuali di aria esterna co-munque necessarie siano sufficienti per diluire le so-stanze nocive contenute in tali emissioni. Ciò vale inmodo particolare per le emissioni d'impianti interni,di materiali da costruzione e lavori di pulitura, non-ché contro le infiltrazioni di radon in locali abitati. Nelcaso di una persistenza di singole fonti notevoli ènecessario eseguire una ripartizione architettonicaoppure istallare una bocchetta d'aspirazione locale,affinché le emissioni non siano percepite in tutto illocale.

Secondo il paragrafo 3.1.2 nella zona di soggiornovalgono le esigenze seguenti per quanto concerne laqualità dell'aria ambiente.

Nei locali nei quali non si fuma, determinanti per l'ad-duzione necessaria di aria esterna sono gli odori cor-porei trasmessi all'aria ambiente e, a seconda dellaregione e della temperatura esterna, anche l'umidità.Quale indicatore degli odori corporei può essere pre-sa in considerazione la percentuale di anidride car-bonica generata dai processi metabolici.

Per la valutazione sensoriale della qualità dell'ariapuò anche essere utilizzato il Dezipol, mentre l'Olf ser-virà quale unità di misura per la percentuale d'inqui-namento atmosferico. Tra i valori forniti dal Dezipole l'ammissibilità della qualità dell'aria esiste un rap-porto come tra le percentuali di ventilazione e la lo-ro ammissibilità. In tale modo è possibile aggiunge-re ad ogni valore Dezipol la quantità d'aria esternache deve essere addotta per ottenere la qualità del-l'aria richiesta. Durante le valutazioni della qualitàdell'aria mediante valori Dezipol occorre tener contodel fatto che vengono rilevati solo gli inquinamentipercettibili dell'aria ambiente e che un accumularsid'impurità dell'aria di diverso tipo può rappresenta-re un problema.

Nei locali nei quali si fuma sono necessarie quantitàd'aria maggiori. È discutibile l'utilizzazione d'indica-tori del fumo del tabacco, come ad esempio il mo-nossido di carbonio, giacché i sensori utilizzati a que-sto scopo permettono soltanto la determinazione del-la concentrazione media in un locale e non la deter-minazione della concentrazione nell'ambiente a di-retto contatto con la persona interessata, ciò che sa-rebbe determinante per la valutazione del disturbodovuto al fumo del tabacco.

Negli impianti di ventilazione e di condizionamentooggi usuali devono essere rispettate le percentualid'aria esterna secondo il paragrafo 3.1.4.1, nonché le

indicazioni fornite al paragrafo 3.1.4.2 per la diluizio-ne e la rimozione delle emissioni inevitabili comeCO2, odori, umidità ed eventualmente il fumo del ta-bacco. Nei sistemi dotati di un buon ricambio dell'a-ria dei locali, la qualità dell'aria dei locali richiesta nel-la zona di soggiorno può eventualmente essere ot-tenuta anche con percentuali d'aria esterna minori.

3.1.4.1 Percentuali consigliate d'aria esternaLe percentuali d'aria esterna nei locali in cui non sifuma dipendono dalle esigenze di comfort. Gli im-pianti di ventilazione e di condizionamento sono ingenerale dimensionati in modo tale da mantenere,nell'aria del locale, una percentuale di anidride car-bonica dello 0.10% (corrispondente ad una differen-za dal 0.06 fino al 0.07% tra aria interna ed aria ester-na), motivo per cui è necessaria una percentuale d'a-ria esterna variabile da 25 a 30 m3 all'ora e per per-sona. Dal punto di vista igienico una percentuale dianidride carbonica dello 0.15% (corrispondente aduna differenza di 0.11-0.12%) è ancora senz'altro suf-ficiente; a questo scopo sono necessari dai 12 ai 15m3 all'ora e per persona.

Inchieste hanno dimostrato che in un locale con unapercentuale di anidride carbonica dello 0.15%, la qua-lità dell'aria è giudicata sufficiente dall'85% dei pre-senti.

Per un apporto uguale di aria esterna, quanto mag-giore è il volume del locale a disposizione, tanto piùlentamente aumenta la percentuale di anidride car-bonica fino ad una stabilizzazione della concentra-zione. Le quantità d'aria esterna consigliate per man-tenere una concentrazione di anidride carbonica del-lo 0.10%, rispettivamente dello 0.15% si basano suuna ventilazione convenzionale e possono eventual-mente essere ridotte mediante un'ottimizzazione del-l'apporto d'aria esterna.

Nei locali nei quali si fuma, per evitare effetti irritan-ti sono necessari dai 30 ai 40 m3 circa d'aria all'ora eper persona, mentre sono necessari dai 60 ai 70 m3

all'ora e per persona se s'intende evitare qualsiasi ti-po di disturbo. Nei grandi locali pubblici e nei gran-di uffici provvisti d'impianti di ventilazione e di con-dizionamento, l'apporto d'aria esterna deve essereregolato a seconda del numero delle sigarette fuma-te in un'ora. Qualora si voglia evitare qualsiasi tipodi disturbo e di danno alla salute deve essere intro-dotto un divieto di fumare. Qualora ciò sia possibilesi consiglia di creare sale apposite per i fumatori,rispettivamente uffici nei quali lavorino solo i fuma-tori.

Dati fondamentali

28

Nei locali di piccole dimensioni (fino a circa 100 m3)è possibile ridurre l'inquinamento dovuto al fumo deltabacco utilizzando depuratori dell'aria, nella misurain cui questi apparecchi siano muniti di filtri efficacie siano in grado di far circolare l'aria almeno 2-3 vol-te all'ora in tutto il locale.

Se i princìpi della diminuzione delle emissioni nonvengono sufficientemente rispettati, l'aria del localerischia di essere inquinata già durante i 2-3 primi an-ni d'esercizio da sostanze organiche moleste o perfi-no velenose. Ciò esigerebbe un'intensificazione del-la ventilazione.

Rispettando le percentuali d'aria esterna summen-zionate, nelle abitazioni e negli uffici conformi allanorma SIA 180 è possibile evitare l'insorgere di dan-ni dovuti all'umidità, nonché la formazione di asper-gilli sulle pareti esterne.

Riassumendo, a seconda del tipo di utilizzazione vie-ne raccomandato il rispetto delle percentuali d'ariaesterna secondo la tabella 3.3.

3.1.4.2 Inquinamento dell'aria esternaL'aria nelle abitazioni e negli uffici dovrebbe rispon-dere alle esigenze dell'Ordinanza contro l'inquina-mento atmosferico (OIAt). Quale criterio per la valu-tazione della qualità dell'aria esterna serve il diossi-do d'azoto NO2, per il quale nell'allegato 7 dell'OIAtsono fissati i seguenti valori limite d'immissione.

Fumo

vietato

autorizzato

Percentuali d'aria esterna consigliate per persona

per 0.15% CO2: v = 12-15 m3/h per personaper 0.10% CO2: v = 25-30 m3/h per persona*

v = 30-70 m3/h per persona

* base generica per locali nei quali non si fuma

Tabella 3.3Percentuali d'aria esterna consigliate per persona [3.8]

Nei locali poco o nient'affatto occupati si raccoman-da un ricambio dell'aria esterna di almeno 0.3 h-1 op-pure una ventilazione sufficiente del locale prima chelo stesso venga occupato.

Valori limite d'immissione

30 mg NO2/m3

100 mg NO2/m3

80 mg NO2/m3

Definizione statistica

Valore annuo medio(media aritmetica)

95% dei valori medi su 1/2 hdi un anno < 100 mg/m3

Valore medio su 24 h; può esseresuperato al massimo una volta all'anno

Tabella 3.4Valori limite d'immissione dell'OIAt per il diossido d'azotoNO2 [3.13]

I valori limite dell'OIAt valgono per l'inquinamentoglobale misurabile, causato da diverse fonti e tenen-do conto dell'inquinamento già esistente. Gli ufficicantonali competenti sono generalmente in grado difornire i dati concernenti la situazione locale delle im-missioni.

Le concentrazioni di NO2 nei locali ventilati in modonaturale oppure muniti d'impianti di ventilazione e dicondizionamento senza depurazione speciale dell'a-ria raggiungono circa la metà delle concentrazioni diNO2 contenute nell'aria esterna. Poiché oggi inSvizzera non esistono praticamente più inquinamentidell'aria esterna con valori di concentrazione supe-riori al doppio dei valori limite imposti dall'OIAt, lanecessità dell'istallazione di un impianto di ventila-zione e di condizionamento unicamente a causa d'in-quinamenti elevati dell'aria esterna da parte di so-stanze nocive esiste solo in situazioni eccezionali, adesempio alla presenza d'inquinamenti notevoli do-vuti ad odori o a polvere.

3.1.5 Esigenze concernenti l'acustica

La norma SIA 181 [3.5] fissa le esigenze concernentil'isolamento acustico negli edifici (compresa l'im-piantistica) con locali sensibili al rumore provenien-te dall'esterno o dall'interno. I locali d'abitazione egli uffici vengono generalmente considerati come lo-cali con una sensibilità al rumore di livello medio e,

Dati fondamentali

29

in mancanza di convenzioni particolari, valgono leesigenze minime della norma SIA 181.

L'Ordinanza contro l'inquinamento fonico (OIF) ha loscopo di proteggere dai rumori dannosi o molesti al-l'aperto e in edifici con le finestre aperte. Un inqui-namento fonico esterno troppo elevato esiste quan-do i valori limite d'immissione dell'OIF vengono su-perati per il grado di sensibilità determinante; in que-sto caso può essere opportuna l'istallazione di un im-pianto di ventilazione e di condizionamento, onde ga-rantire l'apporto necessario d'aria esterna con le fi-nestre chiuse. Per molte zone di pianificazione ven-gono messi a disposizione catasti dei rumori, dai qua-li è possibile trarre i valori che interessano.

3.2 Calcolo del caricodi raffreddamento

Princìpi

– Prima di procedere al calcolo del carico di raffred-damento occorre dimostrare che è necessario unraffreddamento dell'aria ambiente. Le regolamen-tazioni corrispondenti sono reperibili nella normaSIA V382/3 e nelle prescrizioni delle autorità.

– I princìpi del calcolo del carico di raffreddamentosono descritti nella norma SIA V382/2. Il calcolopuò essere eseguito manualmente oppure me-diante un programma per computer.

– Per minimizzare il carico di raffreddamento occor-re tener conto anche delle misure edilizie. Ciò va-le in modo particolare per quanto concerne unaprotezione esterna efficace contro il sole ed un'e-levata capacità di accumulazione termica della co-struzione.

– Il calcolo di tutti i componenti di raffreddamentoavviene di ora in ora ed occorre tener conto in mo-do particolare dello svolgimento giornaliero dei ca-richi interni che ci si può effettivamente attendere.

– Il fabbisogno globale di potenza di raffreddamentodi ogni edificio è il risultato della somma dei profiliindividuali del carico di raffreddamento per localee non della somma dei carichi massimi per locale.

3.2.1 In generale

La determinazione del fabbisogno di potenza di raf-freddamento di singoli locali e di interi edifici costi-tuisce un compito molto complesso per il quale so-no disponibili oggi diversi modelli di simulazione di-namica. Ciò vale anche per la valutazione delle tem-perature dell'aria dei locali che si possono verificarein estate senza un condizionamento.

Per l'applicazione pratica, presso l'EMPA hanno da-to buona prova i programmi per computer HELIOS eDOE-2.

Programma per computer HELIOS

Il programma di calcolo HELIOS è stato sviluppatodalla sezione fisica delle costruzioni dell'EMPA e vie-

Dati fondamentali

30

ne oggi offerto nella versione per PC. Si tratta di unmodello di simulazione dinamica ad una zona per ilrilevamento del comportamento termico di edifici, infasi di un'ora, tenendo conto dei fenomeni di radia-zione ad onde corte e ad onde lunghe. Il modello dicalcolo utilizza il metodo del bilancio energetico ed iproblemi causati dai fenomeni d'accumulazione in-costanti vengono risolti mediante il procedimento deifattori di risposta.

Il programma non tiene conto, tra l'altro, del bilanciodell'umidità dell'edificio, dei ponti termici, dei calco-li della luce naturale, dei calcoli dell'ombra e degli in-flussi esercitati dai diversi sistemi di condiziona-mento.

Il programma HELIOS è relativamente semplice ed èparticolarmente comprensibile anche per l'utenteche ha poca dimestichezza con il PC. Esso è partico-larmente adatto per il calcolo dei carichi termici e diraffreddamento di singole zone, nonché per la valu-tazione della protezione estiva contro il sole, rispet-tivamente per fornire la prova del fabbisogno di unraffreddamento.

Programma per computer DOE-2

Il DOE-2 è un programma di simulazione per l'im-piantistica, in grado di riprodurre nei dettagli, imi-tandolo, il comportamento termico di un edificio infasi costanti della durata di un'ora. Esso è stato svi-luppato dal Simulation Research Group del LawrenceBerkeley Laboratory a Berkeley, CA, USA in collabo-razione con altri istituti e con il sostegno finanziariodel Department of Energy degli Stati Uniti.

La prima versione del programma è del 1978 (DOE-1).Da allora il programma è stato continuamente svi-luppato e migliorato. Diverse società americane di di-stribuzione dell'energia elettrica sostengono in mo-do particolare e continuo gli ampliamenti dei pro-grammi, onde poter far fronte a nuove esigenze. Laversione DOE-2.1D, attualmente utilizzata, esiste dal1989.

Il programma, sviluppato in origine con il sistemaoperativo UNIX, viene offerto, da alcuni anni, anchenella versione per PC da almeno una ditta privata in-dipendente. Solo la versione «DX» compilata con«Extended DOS» è in grado di sfruttare pienamentetutte le possibilità offerte dal programma.

Oggi il programma viene largamente utilizzato so-prattutto negli USA, ma è diffuso anche nel resto del

mondo. In Svizzera il programma è utilizzato da mol-ti anni dall'EMPA di Dübendorf nell'ambito di pro-getti di ricerca e di incarichi di calcolo. Da alcuni an-ni – soprattutto dopo l'apparizione della versione perPC – esso è utilizzato da un numero crescente (nel1992 erano circa 30) di uffici d'ingegneria e di ditte diconsulenza nel settore dell'energia. Da allora l'EMPAsi limita all'assistenza degli utenti esterni mediantela consulenza in caso di problemi, alla consegna didati meteorologici concernenti la Svizzera, occupan-dosi di nuove versioni del programma e della docu-mentazione, nonché dei miglioramenti necessari delprogramma.

Quale conseguenza delle sue molteplici possibilità, ilprogramma DOE-2 esige un lungo periodo di ap-prendimento ed un lavoro, che non va sottovalutato,per la preparazione dei dati da inserire e del control-lo di plausibilità dei risultati. Ci si può attendere unacerta semplificazione dalla versione DOE-PLUS chepossiede un interfaccia con menu. L'EMPA metteinoltre a disposizione dei file dati standard per casidi applicazione tipici.

Raccomandazione SIA V382/2

In Svizzera l'accertamento del fabbisogno della po-tenza di raffreddamento di singoli locali e di interi edi-fici ha luogo secondo la raccomandazione SIA V382/2«Fabbisogno di potenza di raffreddamento degli edi-fici» [3.9]. Essa descrive un metodo di calcolo ma-nuale che utilizza le differenze di temperatura dei ca-richi di raffreddamento ed i fattori degli stessi che so-no stati calcolati dall'EMPA per alcuni casi tipici me-diante il programma di simulazione DOE-2.Contemporaneamente vengono stabilite le condizio-ni limite che devono essere utilizzate per il calcolo delfabbisogno di potenza di raffreddamento con il pro-gramma DOE-2 o con altri programmi di simulazio-ne. Una descrizione esauriente delle condizioni limi-te e dei calcoli eseguiti è reperibile nella documen-tazione SIA D 088 «Ergänzungen zur Berechnungs-methodik in der Empfehlung SIA V382/2» [3.10].

VAA volume d'aria d'alimentazione [m3/h]Q potenza termica sensibile [W]r densità dell'aria [kg/m3]cp capacità termica specifica dell'aria [J/kg.K]ti temperatura dell'aria ambiente [°C]tAA temperatura dell'aria di alimentazione allo

scarico dell'aria [°C]

Semplificando è possibile utilizzare le formule se-guenti:

Altopiano svizzero

a 1000 m s.l.m.

Dati fondamentali

31

Dati meteorologici

Il calcolo del carico di raffreddamento secondo SIAV382/2 ha luogo per i mesi di luglio (estate) e di set-tembre (autunno). Vengono utilizzati dati meteorolo-gici sintetici con le condizioni limite seguenti:

– temperatura dell'aria esternaandamento sinusoidale del giornoluglio: valore medio = 22.5°C

valore massimo = 30.0°Csettembre: valore medio = 19.0°C

valore massimo = 26.0°CIl calcolo avviene per lo stato stazionario (5° gior-no).

– IrradiazioneIrradiazione per i giorni chiari per il 23 di luglio(estate) ed il 23 di settembre (autunno). La racco-mandazione SIA V382/2 contiene questi dati sottoforma di tabelle per la stazione Zurigo-Kloten; èinoltre a disposizione il programma SOLAR 1 (daordinare presso la SIA), mediante il quale è possi-bile calcolare i dati concernenti l'irradiazione persuperfici orientate in qualsiasi modo e per qua-lunque luogo in Svizzera.

Per ulteriori domande e problemi l'EMPA tiene a di-sposizione differenti dati concernenti il clima.

3.2.2 Svolgimento del calcolo

Il fabbisogno di potenza di raffreddamento di un lo-cale è composto come segue:

– dal calore prodotto nel locale stesso(carichi interni) e

– dal calore che penetra nel locale dall'esterno(carichi esterni).

Allo stato d'inerzia con una temperatura ambiente co-stante il calore ceduto all'aria del locale viene diret-tamente asportato mediante la ventilazione del loca-le stesso. I carichi interni ed esterni vengono calco-lati con il segno positivo se aumentano il carico ter-mico del locale.

Il fabbisogno globale di potenza di raffreddamentodi un edificio è composto da un grande numero difonti individuali che occorre calcolare con cura. Si do-vrà tenere conto in modo particolare della frequenzae della durata nel tempo dei carichi termici, nonchédella contemporaneità di tali carichi termici prove-nienti dai singoli locali.

Vengono prese in considerazione le seguenti fonti dicalore:

carichi interni (capoverso 6 della norma SIA V382/2)calore generato da persone QPcalore generato dall'illuminazione QBcalore residuo di apparecchi per l'ufficio QGtrasmissione attraverso superfici interne QIFaltre fonti di calore Qdiv

carichi esterni (capoverso 7 della norma SIA V382/2)trasmissione attraversosuperfici esterne opache QAW,Dtrasmissione attraverso finestre QFirradiazione attraverso finestre QFS

La potenza termica sensibile da asportare dal locale,rispettivamente dall'intero edificio mediante l'istal-lazione di un impianto di ventilazione, rispettiva-mente di condizionamento è la seguente:

Q = (QP + QB + QG + QIF + Qdiv) +

(QAW + QD + QF + QFS)

3.2.3 Flusso volumetrico dell'aria necessarioper l'asportazione del calore

Il volume d'aria di alimentazione necessario per l'a-sportazione della potenza termica Q definita al para-grafo 3.2.2 viene calcolato come segue:

VAA = Q + 3600

r . cp (ti – tAA)

VAA = Q

0.32 (ti – tAA)

VAA = Q

0.32 (ti – tAA)

.

.

.

.

Dati fondamentali

32

3.3 Determinazione del flussovolumetrico dell'aria

Nella figura 3.4 sono rappresentati i flussi volume-trici dell'aria necessari sotto l'aspetto igienico,espressi sotto forma di ricambio d'aria orario in unlocale alto 2.5 m.

Nel caso di un'occupazione media di un locale adibi-to ad ufficio e con una superficie del pavimento di 10m2 per persona, con un volume d'aria di alimenta-zione di 50 m3/h per persona si ottiene un ricambioorario doppio dell'aria esterna. Con una differenza ditemperatura di 10 K tra aria di alimentazione ed ariaambiente è così possibile asportare un carico termi-co sensibile costante di circa 16 W/m2.

Princìpi

– Misurare il flusso volumetrico dell'aria in funzionedelle percentuali d'aria esterna necessarie per per-sona.

– Ridurre le fonti di calore, d'inquinamento e di umi-dità del locale oppure aspirarle sul luogo.

– Nel caso di carichi termici elevati provare l'utiliz-zazione di un sistema ad acqua oppure di un raf-freddamento locale dell'aria riciclata.

I seguenti criteri permettono di determinare il flussovolumetrico dell'aria necessario:

– percentuale d'aria esterna per persona(paragrafo 3.1.4)

– asportazione del calore mediante la ventilazione(paragrafo 3.2.3)

– asportazione di sostanze nocive e di umidità

– ventilazione del locale.

Dal punto di vista energetico è desiderabile misura-re il volume d'aria esterna sulla base delle quantitàd'aria esterna necessarie per persona e rinunciare adun esercizio con aria riciclata, ossia aria di alimenta-zione = aria esterna. Qualora non sia possibile aspor-tare il carico termico con questa aria di alimentazio-ne, occorre prevedere l'utilizzazione di un sistema adacqua oppure il raffreddamento locale dell'aria rici-clata. Nei locali di abitazione e negli uffici non do-vrebbe in generale essere necessario un aumento delvolume dell'aria di alimentazione per l'asportazionedi sostanze nocive e di umidità oppure per ottenerela ventilazione desiderata dei locali stessi.

Dati fondamentali

33

Ricambio d'aria per l'adduzione d'aria esterna

Ricambio d'aria per l'asportazione del calore

Quantità d’aria esterna [m3/h per persona]

Superficie specifica del pavimento [m2/persona]

Differenza di temperatura ti – tAA [K]

Carico termico sensibile [W/m2]

Rica

mbi

o de

ll'ar

ia d

i alim

enta

zion

e [1

/h]

Rica

mbi

o de

ll'ar

ia e

ster

na [1

/h]

Dal punto di vista energetico è desiderabile misurare il volume d'aria esterna sulla base delle percentuali necessarie d'ariaesterna per persona e rinunciare ad un esercizio con aria riciclata. Qualora non sia possibile asportare il carico termico me-diante questa aria di alimentazione, bisogna prevedere l'utilizzazione di un sistema ad acqua oppure il raffreddamentolocale dell'aria riciclata.

Figura 3.4Percentuali tipiche di ricambi dell'aria (altezza libera del locale = 2.50 m)

Dati fondamentali

34

3.4 Fabbisogno d'energiaper il trasporto dell'aria

Princìpi

– Il trasporto dell'aria è causa di una percentuale no-tevole del consumo globale di elettricità negli im-pianti di ventilazione e di condizionamento.

– Le misure da adottare per la riduzione del consu-mo di energia sono le seguenti:• minimizzare le ore di funzionamento dell'im-

pianto.• Riduzione del flussi volumetrici dell'aria al mini-

mo effettivamente necessario. Evitare inoltre, tral'altro, le emissioni inutili di sostanze nocive, dicalore e di umidità nel locale (cfr. paragrafo 3.3).

• Nel caso di un cambiamento delle esigenze pre-vedere un'adduzione di aria esterna corrispon-dente al fabbisogno, ad esempio per mezzo disensori di CO2 o di sensori delle miscele di gas.

• Minimizzare le perdite di pressione nell'impian-to mediante basse velocità dell'aria nei canali enegli apparecchi, reti brevi e struttura della retedei canali e dei componenti favorevole all'aria.

• Utilizzare ventilatori e motori con un rendimen-to elevato nel settore d'esercizio più utilizzato.

– La ripartizione dell'aria deve corrispondere nelmodo più preciso possibile ai volumi d'aria previ-sti per i locali collegati. Ciò è particolarmente im-portante nel caso in cui sia necessario stabilire lequantità d'aria corrispondenti al fabbisogno.

– Si devono calcolare in anticipo e nel modo più esat-to possibile le perdite di pressione onde poter ri-nunciare ad inutili elementi di strozzamento e po-ter dimensionare i ventilatori ed i motori in modoottimale dal profilo energetico.

3.4.1 Esigenze secondo SIA V382/3

Nella raccomandazione SIA V382/3 [3.11] vengonoproposte le seguenti esigenze generali e le esigenzeaumentate che sono rilevanti per stabilire il fabbiso-gno di potenza necessario al trasporto dell'aria.

Esigenze secondo SIA V382/3

Parametro

Perdita di pressione globa-le (somma degli impiantiper l'aria di alimentazione eper l'aria viziata)

Percentuali di aria esternaper persona– permesso fumare– vietato fumare

Rendimento globale nelpunto di funzionamentoottimale a seconda delflusso d'aria nominale

> 15000 m3/h10000 m3/h5000 m3/h

≤ 1200 Pa

≤ 70 m3/h.P≤ 30 m3/h.P

> 65%> 60%> 55%

> 70%> 65%> 60%

≤ 50 m3/h.P≤ 25 m3/h.P

≤ 900 Pa

Generali(cifra 5 4)

Aumentate(cifra 5 2 6 2)

Tabella 3.5Esigenze per la riduzione del fabbisogno di potenza per iltrasporto dell'aria [3.11]

3.4.2 Fabbisogno specifico di potenza

Il fabbisogno specifico di potenza per il trasporto del-l'aria, riferito alla superficie netta del pavimento, ècalcolato come segue:

PAL fabbisogno di potenza per m2 di superfi-cie del pavimento per il trasporto dell'a-ria [W/m2] (somma dell'aria di alimenta-zione e dell'aria viziata)

v quantità d'aria esterna per persona[m3/h per persona]

Dp differenza di pressione [Pa](somma dell'aria di alimentazione edell'aria viziata)

occupazione occupazione da parte di persone[m2 netti/persona]

htot rendimento totale medio del ventilatore,del motore e dell'azionamento [–](media tra ventilatore dell'aria viziata eventilatore dell'aria di alimentazione)

Nella figura 3.5 è rappresentato il fabbisogno di po-tenza per il trasporto dell'aria per una quantità d'ariaesterna di 50 m3/h per persona (grafico in basso, esi-genza aumentata secondo la tabella 3.5, qualora siapermesso fumare) e di 25 m3/h per persona (grafico inalto, esigenza aumentata qualora sia vietato fumare).

PAL = v + Dpoccupazione . htot . 3600

Dati fondamentali

35

Quantità d'aria esterna = 25 m3/h per persona

Quantità d'aria esterna = 50 m3/h per persona

Fabbisogno di potenza per il trasporto dell'ariaQuantità di aria esterna = 25 m3/h per persona

Rendimento globale dei ventilatori = 0.65

Differenza globale di pressione dal lato dell'aria [Pa]

Differenza globale di pressione dal lato dell'aria [Pa]


Fabbisogno di potenza per il trasporto dell'ariaQuantità di aria esterna = 50 m3/h per persona

Rendimento globale dei ventilatori = 0.65


Fabb

isog

no d

i pot

enza

aria

alim

enta

zion

eed

aria

viz

iata

[W/m

2 ]Fa

bbis

ogno

di p

oten

za a

ria a

limen

tazi

one

ed a

ria v

izia

ta [W

/m2 ]

Figura 3.5Fabbisogno di potenza per il trasporto dell'aria (rendimento globale dei ventilatori = 0.65)

Dati fondamentali

36

3.4.3 Fabbisogno specifico d'energia

Il fabbisogno di potenza per il trasporto dell'aria è sta-to descritto al paragrafo 3.4.2. Nel caso di un eserci-zio costante durante il tempo di utilizzazione, è pos-sibile calcolare nel modo descritto qui di seguito ilconsumo di energia annuo per il trasporto dell'aria.Conformemente alle definizioni della futura racco-mandazione SIA 380/4 (cifra 3.5), questo valore vie-ne riferito alla superficie di riferimento energetico(superficie lorda).

QLF= v . Dp . zoccupazione . htot

. (SRE/SN) .106

QLF fabbisogno d'energia per il trasportodell'aria [MJ/m2.a](riferito alla superficie lorda in m2)

v quantità d'aria esterna per persona[m3/h per persona]

Dp differenza di pressione [Pa](somma aria di alimentazione ed ariaviziata, compreso RDC)

z ore di servizio per il trasporto dell'aria[h/a]

occupazione occupazione da parte di persone[m2 netti/persona]

htot rendimento totale medio del ventilatore,del motore e dell'azionamento [–](media tra ventilatore dell'aria viziata eventilatore dell'aria di alimentazione)

SRE/SN rapporto tra la superficie lorda e quellanetta del pavimento [–](valore tipico = 1.1)

Nel caso in cui l'impianto RDC sia equipaggiato di unby-pass, la differenza di pressione durante le ore diservizio all'infuori del periodo di riscaldamento puòessere ridotta adeguatamente. Questa misura è tut-tavia razionale solo se è possibile mantenere co-stante la regolazione del numero di giri del ventila-tore del flusso d'aria in caso di una differenza di pres-sione ridotta.

L'analisi della formula summenzionata dimostra cheil fabbisogno d'energia per il trasporto dell'aria puòessere mantenuto al livello minimo adottando le mi-sure seguenti:

– minimizzazione delle ore di servizio.

– Riduzione del flusso volumetrico dell'aria al mini-mo necessario.

– Minimizzazione delle perdite di pressione.

– Scelta di ventilatori, motori ed azionamenti con unelevato rendimento in tutto il settore d'esercizio.

Dati fondamentali

37

3.4.4 Misure per la riduzione delle perditedi pressione

La raccomandazione SIA V382/3 prevede che la per-dita di pressione globale (somma degli impianti perl'aria di alimentazione e per l'aria viziata) non do-vrebbe superare 1200 Pa. Nel caso d'impianti ottimalisotto l'aspetto energetico non deve superare 900 Pa(cifra 3.4.1). È inoltre necessario tener conto delle in-dicazioni seguenti.

3.4.4.1 Scelta dell'ubicazioneOnde evitare perdite di pressione inutili è opportunofare in modo che i tratti tra la presa dell'aria esterna,rispettivamente lo sbocco dell'aria di smaltimento ele centrali, nonché tra le centrali ed i locali siano piùbrevi possibili.

La presa dell'aria esterna deve trovarsi in vicinanzadella centrale di ventilazione ed essere situata in mo-do da poter aspirare aria poco inquinata. A questoproposito bisogna tener conto degli avvertimenti se-guenti:– non aspirare l'aria dalla parte delle facciate che

fronteggiano vie con forte traffico.– Evitare gli effetti di by–pass con l'aria di smalti-

mento oppure altre fonti che emettono gas com-busti oppure odori.

– Non aspirare direttamente al livello del suolo, marispettare una distanza di almeno 1 m al di sopradello stesso.

– Prevedere un accesso per la pulitura.

Nel caso di impianti di grandi dimensioni può esse-re razionale una suddivisione in parecchie centrali ediversi condotti d'aerazione. In tal caso occorre pre-vedere anche un concetto di protezione antincendio.Quanto maggiore è la suddivisione della rete di ca-nali, tanto più facile sarà l'esecuzione della protezio-ne antincendio e delle modifiche ulteriori della rete.

3.4.4.2 FiltraggioNel caso d'impianti per l'aria di alimentazione di uf-fici e di edifici amministrativi è normalmente suffi-ciente uno stadio di filtraggio della classe EU 5/6. I fil-tri preliminari (ad es. i filtri grezzi per la polvere EU3) aumentano la resistenza opposta dagli impianti enon servono, generalmente, ad aumentare la duratadi vita dei filtri successivi. I filtri devono comunqueessere cambiati dopo 1-11/2 anni onde evitare pro-blemi di odori.

Un montaggio a tenuta stagna è essenziale per unabuona efficacia del filtro. Contemporaneamente an-

che l'apparecchio per il trattamento dell'aria e la retedei canali devono essere a tenuta stagna. Lo stadio difiltraggio desiderato può peggiorare di due classi qua-lora esistano un by-pass attorno ai filtri oppure per-dite troppo elevate per mancanza di tenuta stagna. Al momento in cui si tratta di determinare la resi-stenza del filtro per il dimensionamento dell'impian-to si deve partire da una resistenza finale minore diquella indicata normalmente dal fabbricante del fil-tro. Nel caso di una resistenza iniziale di circa 70 Pain un filtro EU 5/6 è raccomandabile una resistenzafinale di 150 Pa, rispettivamente una resistenza di di-mensionamento di circa 100 Pa.

3.4.4.3 Apparecchio per il trattamentodell'aria

Al momento della scelta dell'apparecchio per il tratta-mento dell'aria bisogna fare in modo di evitare, a cau-sa di blocchi inutili, aumenti locali della velocità di flus-so, resistenze al flusso stesso e perdite di carico do-vute a flussi sfavorevoli che giungono al ventilatore.

Ricerche effettuate in merito alle spese d'esercizio an-nue globali degli apparecchi per il trattamento del-l'aria in funzione della velocità hanno dimostrato cheesse erano minime per le velocità comprese tra 2 e 4m/s (cfr. esempio della figura 3.6). È questo il moti-vo per cui, dal punto di vista energetico, oggi è in ge-nerale raccomandabile, per gli impianti di ventilazio-ne negli edifici destinati ad uffici e negli edifici am-ministrativi, una velocità di 2 m/s (riferita alla sezio-ne netta del monoblocco) negli apparecchi per il trat-tamento dell'aria; nel canton Zurigo tale velocità vie-ne prescritta [3.3]. In casi speciali con esigenze par-ticolari, ad esempio allorché si verificano durate di

Figura 3.6Costi annuali in funzione della velocità dell'aria nell'appa-recchio per il trattamento dell'aria (esempio tratto da [3.1])

Costi annuali

Energia

Velocità dell'aria

Totale

Capitale eManutenzione

Nel canton Zurigo la velocità dell'aria nei canali de-gli impianti di ventilazione e di condizionamento nondeve superare i valori seguenti:

fino a 1000 m3/h 3 m/sfino a 2000 m3/h 4 m/sfino a 4000 m3/h 5 m/sfino a 10000 m3/h 6 m/soltre 10000 m3/h 7 m/s

Si deve dedicare un'attenzione del tutto particolareal fatto che la formazione dei canali e dei pezzi sago-mati deve essere favorevole al flusso dell'aria.

– Con una superficie, una velocità ed una rugositàuguali, le minori perdite di pressione si otterran-no con i canali rotondi. Quanto più aumenta il rap-porto larghezza-altezza, tanto più sfavorevoli sonoi canali rettangolari. Dovrebbe assolutamente es-sere evitato un rapporto superiore a 5:1.

– A confronto dei canali di lamiera zincata, per i ca-nali di eternit occorre tener conto di una rugositàdi 1.5 e per i canali isolati internamente da 1.5 a2.0.

– I gomiti rettangolari dovrebbero essere arroton-dati e muniti di deflettori di lamiera.

– Le curve delle tubazioni dovrebbero essere com-poste dal maggior numero possibile di segmenti.

Dati fondamentali

38

servizio eccezionalmente lunghe oppure corte, la ve-locità ottimale può derogare da questo valore indi-cativo, ciò che deve essere verificato mediante un'ot-timizzazione specifica.

In quanto siano necessari, i silenziatori montati dallato dell'aspirazione dovrebbero essere sistematinell'apparecchio per il trattamento dell'aria, giacchéla velocità della stessa vi è più debole e, di conse-guenza, le perdite di pressione sono piccole.

3.4.4.4 Rete dei canali d'aerazioneLe perdite di pressione nella rete dei canali d'aera-zione possono essere mantenute minime mediantetratti brevi, basse velocità dell'aria, rispettivamentebassi valori R e piccole resistenze singole. È ancheimportante un calcolo preciso della perdita di pres-sione, onde poter rinunciare ad inutili elementi distrozzamento per ottenere la ripartizione desideratadelle quantità d'aria.

La figura 3.7 presenta un esempio di costi globali inuna rete di canali d'aerazione in funzione della velo-cità dell'aria. Come per gli apparecchi per il tratta-mento dell'aria, nella curva delle spese globali ap-pare una zona piatta. Sotto l'aspetto energetico la ve-locità dell'aria dovrebbe essere ridotta finché non sinoti un aumento netto delle spese globali.

Figura 3.7Costi annuali in funzione della velocità dell'aria nella retedei canali d'aerazione (esempio tratto da [3.1])

Costi annuali

Energia

Velocità dell'aria

TotaleCapitale eManutenzione

Dati fondamentali

39

3.5 SIA 380/4 «L'energiaelettrica nell'edilizia»

Princìpi

– Attualmente viene elaborata una raccomandazio-ne SIA 380/4 «L'energia elettrica nell'edilizia».

– La raccomandazione SIA 380/4 costituisce unostrumento tale da permettere di accertare e di va-lutare in modo semplice tutto il fabbisogno di ener-gia elettrica.

– Onde permettere un paragone tra i parametri diconsumo, essi vengono menzionati secondo laprestazione (ad es. trasporto dell'aria esterna ocondizionamento del locale) e per un'utilizzazioneidentica (ad es. uffici).

– Per la valutazione dei parametri di consumo ven-gono forniti i valori limite ed i valori migliori. Nelcaso di edifici e d'impianti buoni sotto l'aspettoenergetico questi valori limite devono essere ri-spettati. Allo stato attuale delle conoscenze i valo-ri migliori possono essere raggiunti qualora ven-ga realizzata la miglior combinazione possibile trai componenti ed i sistemi.

3.5.1 Obiettivo

La raccomandazione SIA 380/4 «L'energia elettricanell'edilizia» [3.7] ha come obiettivo l'utilizzazione ra-zionale dell'energia elettrica per la luce, la forza ed iprocessi nell'edilizia. Essa completa la raccomanda-zione SIA 380/1 «L'energia nell'edilizia» [3.6] che trat-ta essenzialmente dello sfruttamento dell'energia perla produzione di calore. La raccomandazione SIA380/4 rappresenta uno strumento globale che per-mette di accertare in modo semplice il fabbisognoglobale di energia elettrica. Essa non sostituisce tut-tavia le raccomandazioni SIA V382/1-3 oppure altrenorme e raccomandazioni esistenti.

3.5.2 Stato del progetto

Un progetto della raccomandazione SIA 380/4 è sta-to messo in consultazione dall'1.1.1992 fino al31.12.1992. Attualmente ha luogo l'elaborazione del-la raccomandazione e della procedura di calcolo sul-la base dei risultati della fase di consultazione.

3.5.3 Idee fondamentali

Contrariamente al settore del calore, il consumo dienergia elettrica viene determinato da un grande nu-mero di utilizzatori. L'indice dell'energia costituitodall'elettricità dei diversi edifici può essere soggettoad un paragone solo se l'utilizzazione è simile.

In caso di un'utilizzazione uguale, si possono para-gonare facilmente i valori delle singole funzioni del-le infrastrutture secondo la figura 3.8.

Le prestazioni medie per funzione dell'infrastrutturae per unità d'esercizio devono di conseguenza esse-re paragonate ai valori limite, rispettivamente ai va-lori migliori. Non esistono esigenze concernenti l'in-dice dell'energia. Tutti i parametri si riferiscono allesuperfici lorde.

Qui di seguito verranno fornite alcune spiegazioniconcernenti il bilancio dell'energia e le esigenze delsistema.

3.5.4 Bilancio dell'energia per la luce,la forza, i processi

Nel bilancio dell'energia (tabella 3.6) i valori assolu-ti concernenti il consumo d'energia vengono suddi-visi secondo unità d'esercizio e secondo le funzionidell'infrastruttura. Questa rappresentazione indica ilconsumo d'energia di singole unità d'esercizio o difunzioni dell'infrastruttura.

BILANCIO DELL'ENERGIA [1000 kWh/a]Oggetto, luogo:Data:Progettista:

Impiantistica I Impianti diproduzione IP

Totale

Unità d'esercizio

Ufficio

Totale

Superficie di rif. energetico:Riscaldamento (1):Acqua calda (2):

m2

MWh/aMWh/a

MJ/m2aMJ/m2aMJ/m2a

Indici dell'energia

Riempire AE (4) oppure CO (5)

Eei (3-6):Eel (3-8):Ec (1-2):

Funzione dell'infra-struttura

SIA 380/4

DT3

AE4

CO5

LU6

IS7

SC8

IS 3 - 6

I + IPS 3 - 8

Tabella 3.6Bilancio dell'energia secondo SIA 380/4 [3.7]

Dati fondamentali

40

Funzionidell'infrastrutturanell'edilizia

Energiautile:

calore380/1

Energiautile:

luce,forza,processi380/4

ImpiantisticaI

Impiantidi produzione IP

1 Riscaldamento dei locali (produzione del calore,perdite di calore durante la distribuzione dellostesso) con riscaldamenti dinamici e staticiRL

2 Riscaldamento dell'acqua (produzione di acquacalda, perdite di calore durante la distribuzione)AC

3 Diversi (energia ausiliaria riscaldamento/utilizza-tori elettrici diversi, nonché comunicazione/tra-sporti/perdite)DT

4 Adduzione di aria esterna (adduzione della quan-tità d'aria minima necessaria)AE

5 Condizionamento dei locali (trasporto globaledell'aria, compresi l'adduzione di aria esterna, *)il trasporto dell'acqua, il raffreddamento, l'umi-dificazione, la deumidificazione)CO

6 Illuminazione (illuminazione generale, illumina-zione per decorazione)LU

7 Istallazioni singole (impianti di produzione distri-buiti sulle superfici principali)IS

8 Servizi centrali (impianti di produzione ripartiti susuperfici speciali, centro di calcolo, tipografia, ecc.)SC

Osservazione a margine:*) – per i valori migliori ed i valori limite vengono, di conseguenza, considerati solo l'adduzione di aria

esterna (nel caso in cui non esista un condizionamento del clima dei locali) oppure soltanto il con-dizionamento del clima dei locali.

Figura 3.8Funzioni dell'infrastruttura e loro attribuzione alle raccomandazioni SIA 380/1 e 380/4 [3.7]

3.5.4.1 Funzione dell'infrastrutturaLa funzione dell'infrastruttura copre un fabbisognomediante un sistema tecnico. In tal modo risulta un

consumo d'energia. Le funzioni dell'infrastruttura(gruppi di utilizzatori) e la loro attribuzione a SIA 380/1e 380/4 sono rappresentate alla figura 3.8.

Dati fondamentali

41

3.5.4.2 Impianto di produzioneIn un impianto di produzione sono riunite le parti del-l'edificio che hanno un'utilizzazione similare, adesempio: – uffici– superfici per la vendita– locali per corsi– ristoranti– cucine, ecc.

3.5.4.3 Scopo dell'applicazioneIl bilancio dell'energia rappresenta il filo conduttoredella progettazione; esso è controllato in parecchiefasi del progetto e in caso di notevoli modifiche alprogetto stesso. L'allestimento di un bilancio dell'e-nergia permette di riconoscere le eventuali deviazio-ni e di correggerle con misure adeguate.

Nel bilancio dell'energia sono fissati i valori di con-trollo. Essi devono poter essere misurabili tecnica-mente e devono essere misurati durante l'esercizio.Lo scopo di questo controllo è quello di eseguire unparagone tra i valori d'esercizio e quelli del progettoe di correggere eventuali errori di funzionamento.L'allestimento periodico del bilancio dell'energia do-vrebbe permettere di eseguire un rilevamento dellemodifiche dell'utilizzazione, permettendo contempo-raneamente la comprensione delle modifiche ese-guite.

Durante il collaudo dell'impianto non vengono di re-gola misurati i consumi d'energia, bensì le presta-zioni ed i singoli valori, come ad esempio le perditedi pressione ed i flussi volumetrici dell'aria che so-no stati utilizzati per il calcolo del consumo dell'e-nergia.

3.5.5 Prestazione globale del sistema

La prestazione globale del sistema rappresenta il li-mite massimo della potenza media dell'unità di pro-duzione riferita al tempo di utilizzazione normale.Essa viene espressa in W/m2.

I grandi utilizzatori d'energia (valori specifici) risulta-no dalla combinazione delle potenze medie in W/m2.Per la comprensione e la rappresentazione unitariadi questi parametri, nella raccomandazione SIA 380/4vengono messi a disposizione dei formulari.

3.5.5.1 ClassiLa raccomandazione SIA 380/4 definisce le classi peri differenti livelli di ogni prestazione; ad esempio peril condizionamento dei locali (CO) adibiti ad ufficio

3.5.5.2 Valore limite e valore migliore

Valore limite

Il valore limite è il valore utilizzato per costruzioni edimpianti buoni sotto l'aspetto energetico, che adem-piono le esigenze del committente e possono esserecostruiti e fatti funzionare in modo economicamenteredditizio. Il valore limite deve essere mantenuto du-rante l'applicazione delle esigenze del sistema.

Valore migliore

Si tratta del valore che può essere raggiunto me-diante la miglior combinazione dei singoli compo-nenti migliori e tecnicamente provati, rispettivamen-te dei singoli sistemi. Un investimento supplemen-tare può essere necessario in rapporto all'optimumeconomico. La possibilità di effettuare quanto dettodeve essere verificata di caso in caso. Il concetto divalore migliore non corrisponde al concetto di valo-re mirato della raccomandazione SIA 380/1.

Valore dell'opera

Il valore dell'opera è quello che viene stabilito du-rante la progettazione o misurato durante l'esercizio.Di regola esso si situa tra valore limite e valore mi-gliore.

3.5.5.3 Scopo dell'utilizzazioneI valori dell'opera secondo il progetto vengono con-frontati con i valori di riferimento. Quale esigenzaminima deve essere mantenuto il valore limite. Il cri-terio per giudicare la qualità della progettazione sot-to l'aspetto energetico è dato dal valore medio delprogetto, situato tra il valore limite ed il valore mi-gliore.

Condizionamento dei locali adibiti ad ufficio

Classe

CO 1 0-20 W/m2

CO 2 20-30 W/m2

Calore residuo

Tabella 3.7Suddivisione in classi del calore residuo nei locali destina-ti ad ufficio [3.7]

viene proposta la seguente suddivisione in classi:

Dati fondamentali

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[3.1] Ufficio federale dei problemi congiunturaliManuale RAVEL Sfruttare l'elettricità in modo razionaleISBN 3-7281-1830-3, 1992

[3.2] ISO/IS 7730Moderate thermal environments - determina-tion of the PMV and PPD indices and specifi-cations of the conditions for thermal comfort.Da ordinare presso: Schweizerische Normen-Vereinigung SNV, 8032 Zurigo

[3.3] Consiglio di Stato del canton ZurigoBesondere Bauverordnung IEdizione marzo 1991

[3.4] Società svizzera degli ingegneri e degliarchitetti SIAIsolamento termico nell'edilizia Norma SIA 180, edizione 1988

[3.5] Società svizzera degli ingegneri e degliarchitetti SIAIsolamento acustico degli edificiNorma SIA 181, edizione 1988

[3.6] Società svizzera degli ingegneri e degliarchitetti SIAEnergia nell'ediliziaRaccomandazione SIA 380/1, edizione 1988

[3.7] Società svizzera degli ingegneri e degliarchitetti SIAProgetto SIA 380/4, Progetto per la fase di con-sultazione dal mese di gennaio fino al mese didicembre 1992

[3.8] Società svizzera degli ingegneri e degliarchitetti SIAEsigenze tecniche degli impianti di ventilazio-ne e di condizionamentoRaccomandazione SIA V382/1, edizione 1992

[3.9] Società svizzera degli ingegneri e degliarchitetti SIAFabbisogno di potenza di raffreddamento degli edificiRaccomandazione SIA V382/2, edizione 1992

[3.10] Società svizzera degli ingegneri e degliarchitetti SIAComplementi alla metodica di calcolo dellaraccomandazione SIA V382/2Documentazione D 088, edizione 1992

[3.11] Società svizzera degli ingegneri e degliarchitetti SIAAccertamento del fabbisogno degli impianti diventilazione e di condizionamentoRaccomandazione SIA V382/3, edizione 1992

[3.12] Società svizzera degli ingegneri e degliarchitetti SIAFabbisogno di potenza calorifica degli edificiRaccomandazione SIA 384/2, edizione 1992

[3.13] Consiglio federale svizzeroOrdinanza contro l'inquinamento atmosfericodel 16 dicembre 1985, con modificazione del20 novembre 1991

Sistemi di ventilazione e di condizionamento

43

4.1 Problemi organizzativi 454.1.1 Bando di concorso 454.1.2 Lavori di concezione preliminari 454.1.3 Progettazione d'impianti efficienti sotto l'aspetto energetico 464.1.4 Messa in esercizio, collaudo, controllo ulteriore 46

4.2 Scelta dei sistemi 474.2.1 Possibilità e limiti della ventilazione attraverso le finestre 494.2.2 Impianti meccanici per l'aria viziata 504.2.3 Impianti di ventilazione e di condizionamento con aria di alimentazione ed aria viziata 504.2.4 Asportazione di calore e di sostanze nocive 50

4.3 Ricupero del calore 52

4.4 Ventilazione di appartamenti 56

4.5 Necessità di un raffreddamento dell'aria ambiente 58

4.6 Necessità di un'umidificazione dell'aria ambiente 58

4.7 Ventilazione notturna 59

4.8 Raffreddamento di solette di calcestruzzo 60

4.9 Soffitti freddi 62

4.10 Collettore tubolare sotterraneo ad aria 63

4.11 Sonde geotermiche 664.11.1 Riscaldamento in inverno 664.11.2 Raffreddamento in estate 67

4.12 Comando e regolazione adeguati al fabbisogno 68

4.13 Impianti con flusso volumetrico variabile (VAV) 69


4. Sistemi di ventilazionee di condizionamento


45

4.1 Problemi organizzativi usuale (riscaldamento, ventilazione ed eventual-mente condizionamento).

– Suddivisione in zone in funzione del tipo di locale,rispettivamente della sua utilizzazione (suddivi-sione in zone con ventilazione naturale e ventila-zione meccanica con esigenze diverse).

– Concetto di centrali e di condotti d'aerazione (al-lacciamento orizzontale e verticale). Ciò dovrebbepermettere, per quanto possibile, collegamentibrevi tra la presa dell'aria esterna, le centrali ed ilocali.

– Flessibilità per quanto concerne gli impianti e leloro modificazioni successive.

– Investimenti e redditività.

Onde poter raggiungere questi obiettivi, al momen-to dell'allestimento dei documenti del bando di con-corso è necessaria la collaborazione di un esperto delsettore dell'energia e dei problemi dell'impiantisticache sia anche membro della giuria.

4.1.2 Lavori di concezione preliminari

Per molti progetti di costruzione, ancora oggi nonvengono effettuati o vengono effettuati solo in mo-do approssimativo studi preliminari concernenti il ti-po e la necessità d'impianti di ventilazione o di con-dizionamento. Lo stesso vale per altri tipi di studionel settore della progettazione dell'impiantistica, inmodo particolare per quanto concerne la relazionetra l'impiantistica e l'edificio stesso (concetto globa-le). Il motivo di questa situazione è basato certamentesul fatto che fino ad oggi la retribuzione di un tale la-voro non è regolata in modo soddisfacente e, di con-seguenza, non viene richiesta la collaborazione di unprogettista dell'impiantistica, rispettivamente di untecnico specialista del settore.

Il problema della retribuzione adeguata dei lavori diconcezione preliminari può essere risolto nell'ambi-to del Regolamento degli onorari SIA 108 [4.16], ag-giungendo questi lavori alla fase 0 (fase degli studipreliminari) ed indennizzandoli a parte.

L'importanza di questi studi preliminari spesso nonè abbastanza riconosciuta sia dai committenti, sia da-gli architetti ed anche dai progettisti dell'impiantisti-ca. Di conseguenza manca la disponibilità a chiama-re in causa tempestivamente lo specialista dell'im-piantistica, onorandone a parte le prestazioni. La so-

4.1.1 Bando di concorso

Durante l'esecuzione di bandi di concorso occorre fa-re in modo che l'aspetto costituito dal consumo del-l'energia faccia parte del capitolato d'oneri e che almomento della valutazione dei progetti si tenga ap-punto conto in modo adeguato degli aspetti costitui-ti dal consumo dell'energia e dall'inquinamento am-bientale. Non si tratta quindi di allestire concetti det-tagliati d'impiantistica bensì di stabilire e di verifica-re i princìpi fondamentali e determinanti. Ha riscos-so successo la valutazione, eseguita secondo i crite-ri seguenti, dei progetti inoltrati con i bandi di con-corso:

– concetto dell'energia (tecnologie previste, utiliz-zazione di fonti d'energia rinnovabili, possibilità direalizzazione, complessità). Un concetto che ten-ga conto in modo particolare della luce naturalepermette soluzioni vantaggiose dal punto di vistadell'impiantistica. Un buon concetto dell'energiasi basa sulla capacità di accumulazione termicadell'edificio quale complemento all'impiantistica

4. Sistemi di ventilazionee di condizionamento

Princìpi

– Per una considerazione globale degli aspetti ener-getici è d'importanza capitale l'interazione tra gliedifici e l'impiantistica.

– Poiché molti problemi basilari, importanti sotto l'a-spetto energetico, devono essere risolti già in unafase di progettazione molto precoce, occorre pre-vedere una collaborazione per quanto possibileanticipata tra l'architetto ed il progettista dell'im-piantistica.

– Durante tutte le fasi di progettazione devono es-sere retribuiti in modo adeguato tutti i lavori di pro-gettazione che richiedono un notevole dispendiodi tempo. Una retribuzione solo sulla base del-l'ammontare globale dei lavori di costruzionespesso non costituisce uno stimolo per la proget-tazione d'impianti efficienti sotto l'aspetto ener-getico.

– Affinché gli impianti lavorino come stabilito, oc-corre dedicare la necessaria attenzione alla messain esercizio, al collaudo ed al controllo successivo.


46

luzione di retribuire la fase 0 e di dedurre in seguitotale somma dalle fasi seguenti non è affatto soddi-sfacente. Con una tale regolamentazione sarebbe dif-ficile ottenere pareri neutrali ed equi e, nel caso in cuifosse chiamato in causa, a parte, uno specialista perla fase 0, potrebbero insorgere conflitti inutili con l'in-gegnere specializzato cui incombe la responsabilitàdelle fasi seguenti.

4.1.3 Progettazione d'impianti efficientisotto l'aspetto energetico

Un impianto concepito per economizzare energia edimensionato nel modo migliore, permette in gene-rale di ridurre i costi d'investimento, ma causa pureuna mole più elevata di lavoro nel settore della pro-gettazione e costituisce spesso un rischio maggioreper l'ingegnere specializzato. L'interesse dei proget-tisti a concepire impianti parsimoniosi sotto l'aspet-to energetico è quindi spesso limitato, giacché essitemono che alle spese più elevate che ne conseguo-no corrispondano retribuzioni minori.

A lunga scadenza la regolamentazione concernentegli onorari dovrebbe essere rielaborata tenendo con-to di questa problematica. Una soluzione nell'ambi-to della regolamentazione in vigore per gli onorariconsisterebbe nel convincere innanzi tutto i commit-tenti che gli impianti più semplici o dimensionati alminimo corrispondono ad un grado di difficoltà piùelevato degli impianti convenzionali dimensionati inmodo generoso. D'altro canto i progettisti dovrebbe-ro essere sufficientemente abili da progettare ancheimpianti semplici dal livello tecnico elevato. Con ciòs'intende espressamente uno standard di progetta-zione tecnicamente elevato e non, in primo luogo, unostandard tecnicamente elevato dell'impianto proget-tato. Per i chiarimenti particolari dovrebbero even-tualmente essere richiesti mandati complementari.

4.1.4 Messa in esercizio, collaudo,controllo ulteriore

I princìpi fondamentali del collaudo d'impianti di ven-tilazione e di condizionamento sono stabiliti al capi-tolo 4 della raccomandazione SIA V382/1 [4.17].

Le misurazioni effettuate su impianti esistenti, ancheconvenzionali, dimostrano spesso che gli stessi nonlavorano come progettato. Sulla base delle poche mi-surazioni eseguite si può presumere che spesso i di-fetti restano sconosciuti a causa del fatto che non so-no state eseguite misurazioni complete al momentodel collaudo.

Il Regolamento concernente gli onorari SIA 108 pre-vede per il settore della ventilazione, del condiziona-mento e del raffreddamento una percentuale del 10%degli onorari per la prestazione parziale 12 «direzio-ne tecnica dei lavori», ed un'altra percentuale del 10%per la fase finale, ivi compresa la prestazione parzia-le 15 «lavori di garanzia». Questi onorari dovrebbe-ro permettere un collaudo coscienzioso, nonché uncontrollo dei difetti che devono essere eliminati. Èpossibile che la problematica consista nel fatto che il progettista e l'istallatore sono due parti in causalegate l'una all'altra e che dovrebbero controllarsi avicenda.

Per migliorare questa situazione è necessario adot-tare le due misure seguenti:

– esecuzione più conseguente delle procedure dicollaudo note, ciò che consiste nell'allestire in mo-do completo i verbali di collaudo della SITC 88-1Ventilazione [4.20], nonché l'esecuzione delle mi-surazioni e delle costatazioni necessarie a questoscopo per ogni singolo impianto di ventilazione edi condizionamento.

– Esecuzione di un controllo successivo. Esso puòaver luogo per il tramite del committente, del pro-gettista oppure di un terzo, indipendente. In que-st'ultimo caso sarebbe vantaggioso se questa per-sona, ad esempio un collaboratore della fase 0, co-noscesse già l'impianto. La retribuzione di questeprestazioni potrebbe aver luogo ad esempio fa-cendo in modo che il primo controllo ulteriore va-da a carico del committente sotto la forma di spe-sa supplementare. Se durante il controllo si nota-no dei difetti, i controlli ulteriori saranno a caricodella parte responsabile di tali difetti.


47

4.2 Scelta dei sistemi La figura 4.1 fornisce una panoramica della proce-dura generale che deve essere seguita al momentodella progettazione secondo SIA V382/3 [4.19].

Tutte le tre strategie di ventilazione – ventilazione at-traverso le finestre, impianto meccanico per l'aria vi-ziata, impianto di ventilazione e di condizionamentocon aria di alimentazione ed aria viziata – sono fon-damentalmente possibili qualora esistano finestre equalora l'inquinamento esterno permetta di aprire lefinestre (determinante è soprattutto l'inquinamentofonico, secondo il paragrafo 3.1.4 della presente do-cumentazione, rispettivamente la cifra 3 della racco-mandazione SIA V382/3).

Nel caso d'inquinamento esterno elevato, di localisenza finestre oppure di esigenze elevate per quan-to concerne l'utilizzazione, è giustificata la costruzio-ne d'impianti di ventilazione e di condizionamentooppure d'impianti meccanici per l'aria viziata. Questiargomenti non giustificano ancora, tuttavia, la ne-cessità di un raffreddamento o di un'umidificazionedell'aria ambiente; ciò dovrebbe essere verificatoseparatamente secondo quanto prescritto da SIAV382/3 (cifre 4.5 e 4.6).

Princìpi

– Grazie alle nuove leggi sull'energia ed alle rac-comandazioni SIA V382/1-3, in futuro dovrebbeessere possibile progettare impianti di ventila-zione e di condizionamento efficienti sotto l'a-spetto energetico, nonché controllare in modocritico la necessità di raffreddare o umidificarel'aria dei locali.

– Saranno soprattutto i progettisti finora piuttostospensierati ad essere obbligati a modificare il lorosistema di progettazione. Per la maggior parte de-gli impianti verranno fatte raccomandazioni perquanto concerne il limite della velocità massimadell'aria oppure le perdite di pressione (paragrafo3.4.4). In casi singoli saranno tuttavia possibili de-viazioni motivate verso l'alto o verso il basso.

– Per una valutazione del fabbisogno globale dienergia occorre tener conto dell'elevata efficaciadell'energia elettrica. Si può in generale racco-mandare che il fabbisogno di energia elettrica (ades. per il trasporto dell'aria) venga ponderato conun'efficacia di 3, mentre il fabbisogno di energiatermica per il riscaldamento lo sia con un'efficaciadi 1.

– Occorre fare in modo che il flusso dell'aria di ali-mentazione degli impianti corrisponda a quellodell'aria esterna igienica. Si devono esaurire tuttele possibilità di riduzione delle emissioni di caloree di sostanze nocive nel locale (riduzione alla fon-te). Nel caso in cui per l'asportazione di carichi ter-mici più elevati fosse necessario un flusso mag-giore dell'aria di alimentazione, dovrebbe essereprevisto un raffreddamento per radiazione oppu-re un raffreddamento locale dell'aria riciclata (pa-ragrafo 3.3).


48

Figura 4.1Panoramica del procedimento da seguire per la progettazione secondo SIA V382/3 [4.19](le indicazioni concernenti i capoversi si riferiscono alla raccomandazione SIA V382/3)

INIZIO

Inquinamentoesterno

capoverso 3

Esistonofinestre?

Esigenzerispettate?

Ventilazioneattraversole finestre

Ventilazionemeccanica

Rispettareindicazioni

capoverso 4

Dati di basesecondo

capoverso 5.1

Raffred-damento previ-

sto?

Accertamentodel fabbisogno

di raffreddamentocapoverso 5.2

Nessunraffreddamento

Umidificazioneprevista?

Accertamentodel fabbisogno

di umidificazionecapoverso 5.3

Condizionitecnichedi base

capoverso 5.4

FINE

Nessunaumidificazione

Fabbisognoesistente?

Fabbisognoesistente?

Impianto di venti-lazione e di

condizionamento

Sì

Sì

Sì

Sì

Sì

Sì

No

No

No

No

No

No


49

4.2.1 Possibilità e limiti della ventilazioneattraverso le finestre

Al momento dell'apertura delle finestre il ricambiodell'aria avviene per ventilazione immediata.

D'inverno, quando l'aria esterna è più fredda di quel-la interna e quando non soffia il vento, l'aria freddapenetra dalla parte inferiore dell'apertura, mentre l'a-ria calda sfugge dalla parte superiore. È allora im-possibile evitare le correnti d'aria, anche nei localimuniti di radiatori sotto le finestre. Il ricambio d'ariadeve essere rapido e di breve durata. Questo siste-ma non è adatto per un tipo di ventilazione continuad'inverno. È invece valido dal punto di vista energe-tico per una ventilazione breve ed intensa, giacchéevita un raffreddamento eccessivo dell'edificio.

In estate l'intensità della ventilazione attraverso le fi-nestre dipende soprattutto dal vento, ma anche dal-la differenza tra le temperature delle diverse facciatedell'edificio, differenza dovuta all'irradiazione solare.

Nel caso di ventilazione trasversale, ossia allorché siaprono contemporaneamente le finestre su due o pa-recchi lati dell'edificio, il ricambio d'aria è particolar-mente elevato ed in pochi minuti può essere com-pleto.

La tabella 4.1 contiene valori indicativi approssima-tivi concernenti il ricambio d'aria orario medio che èpossibile ottenere mediante la ventilazione attraver-so le finestre.

La ventilazione più favorevole può essere ottenutamediante finestre scorrevoli oppure con altre solu-zioni che permettono di modificare le dimensioni del-l'apertura a seconda del fabbisogno. Ad ogni modoanche con questo sistema di ventilazione (ventila-zione continua) non è possibile garantire un ricam-bio d'aria controllato.

Tabella 4.1Valori indicativi approssimativi per il ricambio d'aria otte-nuto con ventilazione attraverso le finestre [4.13]

Posizione delle finestre

Finestre, porte chiuse *Finestre ribaltate, nessun avvolgibileFinestre a metà aperteFinestre aperte completamenteFinestre aperte sulle facciate opposte

* Ventilazione attraverso i giunti

Ricambio d'aria

0 - 0.5 h-1

0.3 - 1.5 h-1

5 - 10 h-1

10 - 15 h-1

fino a 40 h-1

Vantaggi della ventilazione attraverso le finestre– rinnovamento dell'aria semplice e poco costoso– nessun fabbisogno di energia per il trasporto

dell'aria– ben accettato dagli utenti– in estate possibilità di ventilazione intensa

durante la notte ed al mattino.

Svantaggi della ventilazione attraverso le finestre– nessun controllo del ricambio d'aria– correnti d'aria in inverno– eventuali conflitti nei grandi uffici occupati da

molte persone– nessun ricupero del calore– nessun trattamento dell'aria– inquinamento eventuale dovuto al rumore ed ai

gas di scarico– eventuali problemi di sicurezza

(ventilazione notturna).

Dal punto di vista energetico, qualora si volesse so-stituire la ventilazione attraverso le finestre con unaventilazione meccanica, il risparmio energetico do-vuto al ricupero del calore in inverno deve essere con-frontato con il costo dell'energia necessaria al tra-sporto dell'aria. Secondo i dati contenuti alla cifra 5 2 6 della raccomandazione SIA V382/3, in tal casoper la definizione d'impianti efficienti sotto l'aspettoenergetico si dovrebbe tener conto, soppesando concura la fattispecie, del fabbisogno di energia elettri-ca per il trasporto dei mezzi (aria ed acqua) con un'ef-ficacia di 3, nonché del fabbisogno di energia termi-ca per il riscaldamento ed eventualmente il raffred-damento con un'efficacia di 1.

Dal punto di vista energetico si raggiungono in ge-nerale i limiti della ventilazione attraverso le finestrequando, durante il periodo di occupazione, a causadi un'occupazione densa da parte di persone (meno


50

di 15 m2/persona circa) oppure ad emissioni elevatedi sostanze nocive (se, ad esempio, si fuma su unasuperficie specifica minore di 30 m2/persona circa) ènecessario un flusso medio di aria esterna superiore1.7 m3/h m2 (ciò che corrisponde ad un ricambio me-dio d'aria di circa 0.7 h per un'altezza del locale di cir-ca 2.50 m). Alcuni esempi di calcolo concernenti que-sta problematica si trovano in [4.22].

Nel caso di singoli uffici esterni o di piccoli uffici col-lettivi, la ventilazione attraverso le finestre costitui-sce generalmente la soluzione accettata più favore-volmente dagli utenti. Possono eventualmente in-sorgere conflitti allorché troppe persone devono met-tersi d'accordo sull'apertura delle finestre.

4.2.2 Impianti meccanici per l'aria viziata

Gli impianti meccanici per l'aria viziata sono costituitida ventilazioni forzate per mezzo di un ventilatore(ventilazioni meccaniche). L'aria viene soffiata dal lo-cale verso l'esterno mediante un ventilatore, mentrea causa della depressione provocata l'aria dei localivicini oppure l'aria esterna penetra attraverso le aper-ture sistemate di proposito o involontariamente. Sesi fa in modo che l'aria possa affluire liberamente at-traverso passaggi adeguati, gli impianti meccaniciper l'aria viziata costituiscono il mezzo più efficaceper migliorare la qualità dell'aria stessa.

Per questi impianti di ventilazione senza trattamen-to dell'aria e senza alimentazione meccanica dell'a-ria esterna, secondo la cifra 4 SIA V382/3 [4.19] val-gono i princìpi seguenti:

– gli impianti meccanici per l'aria viziata dovrebbe-ro essere dimensionati in modo che per i locali rac-cordati il flusso dell'aria viziata potrebbe essere co-mandato in funzione del fabbisogno.

– Per il dimensionamento di ventilatori centrali oc-corre tener conto della contemporaneità dell'uti-lizzazione. Per adeguare l'esercizio al fabbisognodel momento è opportuno fare una scelta tra azio-namenti regolabili a parecchi stadi oppure in mo-do continuo.

– Nel caso di flussi di aria viziata, asportati da loca-li riscaldati e che superano i 2500 m3/h, occorreprevedere un'adduzione controllata dell'aria diricambio con ricupero del calore.

– Eventuali zone tagliafuoco inserite nella costruzio-ne non devono essere collegate l'una con l'altra.

4.2.3 Impianti di ventilazionee di condizionamento con ariadi alimentazione ed aria viziata

Secondo le prescrizioni SIA V382/1, gli impianti di ven-tilazione e di condizionamento comprendono un siste-ma per l'aria di alimentazione ed un sistema per l'ariaviziata. A seconda del trattamento dell'aria si distin-guono quattro tipi d'impianto, secondo la tabella 4.2.

Un raffreddamento o un'umidificazione dell'aria deilocali devono essere effettuati solo qualora ciò sia ne-cessario. Indicazioni in questo senso si trovano neiparagrafi 4.5 e 4.6.

4.2.4 Asportazione di caloree di sostanze nocive

Il principio essenziale per la realizzazione d'impiantidi ventilazione e di condizionamento efficienti sottol'aspetto energetico è quello di esaurire assoluta-mente tutte le possibilità esistenti per la riduzione del-le emissioni di calore e di sostanze nocive che si pre-sentano nel locale (riduzione alla fonte). Le emissio-ni che possono essere evitate non devono essere di-luite ed asportate soltanto mediante un aumento delflusso d'aria.

Impianti di ventilazione edi condizionamento

Impianto di ventilazione

Impianto di ventilazionecon umidificazione

Impianto di ventilazionecon raffreddamento

Impiantodi condizionamento

Trattamento dell'aria di alimentazione *

F

● ●

● ● ●

● ● ●

● ● ● ●

C U R

* F = filtriC = calore (riscaldamento)U = umidificazioneR = raffreddamento, deumidificazione

(regolata oppure con raffreddamento)

Tabella 4.2Designazione degli impianti di ventilazione e di condizio-namento [4.17]


51

Misure per la riduzione dei carichi termici nel locale:

– tutte le finestre di un locale raffreddato devono di-sporre di una protezione efficace contro il sole op-pure di un'attrezzatura adeguata per creare ombra.Per quanto concerne l'irradiazione solare, attra-verso le finestre dovrebbe essere ottenuto un coef-ficiente di trasmissione dell'energia, compresa laprotezione contro il sole, di g = 0.15 oppure mino-re. Valori indicativi di costruzioni tipiche si trova-no alla cifra 7 3 2 della raccomandazione SIAV382/2 (cfr. anche paragrafo 4.5).

– Scelta di macchine e di apparecchi tali da permet-tere un risparmio dell'energia, nonché un concet-to d'illuminazione adeguato. Utilizzazione soltan-to in caso di bisogno.

– Nel caso di fonti singole importanti occorre pre-vedere un raffreddamento ad acqua oppure un'a-sportazione diretta del calore in un sistema di ven-tilazione chiuso oppure mediante cappe di aspi-razione, affinché il calore residuo non vengasentito in tutto il locale. Nel caso di apparecchi conun'elevata produzione di calore è anche possibi-le la loro istallazione in locali adiacenti e tali dapermettere temperature ambiente molto più ele-vate.

Misure per la riduzione dell'emissione di sostanze no-cive nel locale:

– scegliere materiali da costruzione ed impianti in-terni a debole emissione di sostanze nocive.Informazioni concernenti le emissioni dei materialida costruzione più importanti vengono attual-mente allestite e saranno pubblicate dalla SIA.

– Nel caso in cui non sia possibile evitare fonti im-portanti di sostanze nocive, occorre prevedereun'asportazione diretta delle stesse per mezzo diun sistema di ventilazione chiuso oppure median-te cappe di aspirazione. Eventualmente potrà es-sere utile sistemare tali fonti in locali adiacenti.

– Nel caso di utilizzazioni con emissioni di sostanzenocive differenziate (ad es. con o senza fumatori)occorre prevedere una separazione architettonicadei locali.

Se per l'asportazione dei carichi termici esistenti ènecessario aumentare il flusso di ventilazione ne-cessario per motivi igienici, sotto l'aspetto energeti-co è raccomandabile l'utilizzazione di apparecchi di

raffreddamento mediante aria riciclata oppure me-diante radiazione, utilizzando l'acqua quale termo-vettore.

La posizione ed il tipo di funzionamento delle aper-ture per l'aria di alimentazione e per l'aria viziata, iltipo e la sistemazione delle fonti di calore, nonché letemperature e le superfici che racchiudono il localedeterminano il movimento d'aria nel locale e, di con-seguenza, l'efficienza di una ventilazione nello stes-so. Per quanto concerne l'aspetto energetico occor-re scegliere sistemi che permettano una buona effi-cienza del sistema di ventilazione senza rendere ne-cessario un aumento delle quantità di aria esterna ri-chieste per motivi d'igiene. Ciò può essere ottenutosia con i sistemi classici di ventilazione mista, sia conil sistema, sempre più utilizzato, di ventilazione me-diante spostamento dell'aria. Occorre evitare i cor-tocircuiti del flusso, a causa dei quali negli sbocchidell'aria viziata giunge aria di alimentazione, senzaaver dapprima ventilato la zona di soggiorno.

Nel caso di una ventilazione per spostamento d'ariail movimento della stessa, alla presenza di fonti di ca-lore nel locale, sarà dominato da un flusso ascen-dente. Senza fonti di calore nel locale, la ventilazio-ne per spostamento d'aria provoca una ventilazioneforzata e l'aria più fredda, e di conseguenza più pe-sante, scorre dolcemente a livello del pavimento espinge l'aria ambiente calda in alto verso gli sbocchidell'aria viziata. Questa aria forzata non va tuttaviaconfusa con l'aria forzata con poca turbolenza, notanel campo della tecnologia dei procedimenti indu-striali e della tecnologia medica; in tali casi, un flus-so di forma allungata viene sempre spinto forzata-mente ed in grandi quantità attraverso zone ben de-finite del locale.

Sulla base di ricerche effettuate in Norvegia ed inDanimarca [4.10], in questi ultimi anni anche inSvizzera sono stati effettuati grandi sforzi per com-prendere meglio i fenomeni di spostamento dell'arianei locali ventilati e gli effetti dei nuovi sistemi, co-me la ventilazione per spostamento d'aria oppure isoffitti freddi. I risultati di questo programma di ri-cerca «Ventilazione ed energia nell'edificio» verran-no pubblicati, per l'uso pratico, in una collana di do-cumenti di 7 volumi (cfr. paragrafo 1.4.2, in partico-lare ERL 7).


52

4.3 Ricupero del calore

Sotto l'aspetto energetico, negli impianti di ricuperodel calore occorre tener conto degli aspetti seguenti:

– il fabbisogno di energia per il riscaldamento el'eventuale umidificazione dell'aria esterna ven-gono ridotti.

– Il fabbisogno di energia per il trasporto dell'ariaviene aumentato a causa della perdita di pressio-ne nel sistema RDC (eventualmente compresi i fil-tri accessori per l'aria viziata) e crea, di conse-guenza, un fabbisogno di energia supplementareper gli impianti ausiliari (ad es. per un circuito in-termedio acqua-glicole).

Gli impianti di ricupero del calore permettono un ri-sparmio di energia per il riscaldamento ed inoltre, sedimensionati in modo adeguato, creano i presuppo-sti di un dimensionamento più favorevole di ulterio-ri componenti dell'impianto. Il sistema RDC, infatti,presenta il miglior rendimento in condizioni estreme(massime differenze di temperatura, rispettivamen-te di entalpia), ciò che gli permette di eliminare lepunte di carico.

Princìpi

– A parte poche eccezioni, gli impianti di ventilazio-ne e di condizionamento dovranno sempre esse-re equipaggiati con un impianto di ricupero del ca-lore (RDC).

– La scelta del sistema avviene in funzione delle con-dizioni specifiche dell'oggetto. Non esiste alcun si-stema perfetto, ossia in grado di soddisfare tutti ifabbisogni.

– Nella tecnica di ventilazione e di condizionamen-to il ricupero del calore dipende da un dimensio-namento accurato, motivo per cui è determinanteil guadagno annuo netto d'energia. In tal caso oc-corre prendere in considerazione un eventuale fab-bisogno di energia elettrica con un'efficacia di cir-ca 3 in confronto all'energia termica.

– Secondo punti di vista economici, gli impianti RDCben dimensionati costituiscono, nella maggioran-za dei casi, un investimento redditizio, anche coni prezzi odierni dell'energia (troppo bassi).

Per progettare correttamente gli impianti di ricuperodel calore, bisogna non solo conoscere il rendimen-to dei componenti nel punto d'esercizio ideale, maconoscere anche il loro comportamento in condizio-ni d'esercizio differenti. Poiché gli impianti di ricupe-ro del calore necessitano anche di energia, in ultimaanalisi interessa l'utile netto. Gli impianti di ricuperodel calore non dovrebbero perciò essere dimensio-nati per la temperatura esterna più bassa (o più ele-vata), per le quali deve essere ancora sufficiente l'im-pianto di ventilazione, bensì per il miglior grado diutilizzazione annuale.

Si fa una distinzione tra il rendimento massimo pos-sibile ed il rendimento ottimale dell'impianto di ricu-pero del calore. In un impianto di ventilazione conuna forte accumulazione di calore estraneo, l'impian-to ottimale di ricupero del calore sarà progettato e di-mensionato in altro modo che non nel caso in cui siapresente soltanto una debole accumulazione di ca-lore estraneo.

Al momento del dimensionamento occorre tenerconto di molte condizioni non tecniche, quali il prez-zo dei combustibili fossili e dell'elettricità, le percen-tuali corrispondenti del rincaro, gli interessi attuali efuturi del capitale, il periodo d'ammortamento, non-ché gli obiettivi generali dello sforzo fatto per conse-guire un risparmio. L'impianto ottimale di ricuperodel calore non è quindi determinato soltanto da datitecnici, ma anche da molte ipotesi economiche e dipolitica ambientale.

Il presupposto della progettazione dell'impianto RDCe di tutto l'impianto di ventilazione e di condiziona-mento deve essere un'analisi accurata di minimizza-zione dei bisogni. D'altra parte, una ripartizione ra-zionale degli impianti, nonché dei mezzi di comandoe di regolazione adeguati, costituiscono le condizio-ni essenziali per un funzionamento parsimonioso econforme al fabbisogno.

Per gli studi preliminari il progettista può basarsi sudifferenti nuove pubblicazioni. Basi fondamentaliutili si trovano nel quaderno «ll ricupero del calorenegli impianti di ventilazione e condizionamento»del programma d'impulso per l'impiantistica 1987[4.8]. Dati utili si trovano anche nella direttiva 89-1della SITC [4.21] che ogni progettista dovrebbe cono-scere.

Una prima panoramica concernenti possibili sistemiRDC, a seconda della situazione, è fornita dalla figu-ra 4.2.


53

Sulla base delle condizioni locali e di utilizzazione tec-nica tutti i sistemi che entrano in considerazione de-vono essere dimensionati ed ottimizzati per mezzodei dati grafici forniti dal produttore.

Oggi purtroppo soltanto i sistemi interconnessi in uncircuito possono essere ottimizzati in modo affidabi-le sulla base di calcoli. Per gli altri sistemi (in parti-colare per i rotori rigenerativi) mancano ancora am-piamente le basi, rispettivamente non sono ancorastate elaborate.

La figura 4.3 dimostra che gli indici di ricupero del ca-lore e le perdite di pressione dei diversi componentidel sistema RDC devono essere confrontati tra di lo-ro alle stesse condizioni di flusso.

È desideratoil trasportodi umidità

Rol (U)Ror (U)

Figura 4.2Tabella dei criteri per una prima scelta tra le diverse possibilità di sistemi [4.8 completato]

Sistemi RDC possibili

Condotti per l'aria dialimentazione e l'aria viziata

assemblabili in modo razionale(nuova costruzione)

È tolleratauna grande

quantitàd'aria

riciclata

Utilizzazionedell'aria rici-clata (percen-tuale di ariaesterna con

RDC!) **

È tolleratauna piccola

quantitàd'aria

riciclata

È tolleratoun deboletrasportodi umidità

Aria viziatanon

aggressiva

Ariaviziata

aggressiva

Aria viziatanon

aggressiva

Ariaviziata

aggressiva

SP SP *SICCT

SCTSPRol

SICCT

SCTD

SIC *CT *

SCTD

PCnell'ariaviziata

Accoppiamento nelterreno

AE attraverso ilcollettore tubolare

sotterraneo ad aria **

Non ètollerataalcuna

ariariciclata

Condotti per l'ariadi alimentazione e l'aria viziata

che non possono essereassemblati (riattamento)

Rol/Ror SC a rotazione lenta o a rotazione rapidaSP scambiatore a piastreSIC sistema interconnesso in un circuito** utilizzazione dell'aria riciclata e sistema RDC a seconda della stagione mediante presa dell'aria esterna attraverso collettore tubolare

sotterraneo ad aria non costituiscono, per definizione, metodi RDC ufficiali. Essi servono tuttavia allo stesso scopo.

(U) con strato igroscopicoSCT/SCTD scambiatore di calore a tubi / scambiatore di calore a tubi densi

* scambiatore AV con rivestimento speciale

CT condotta termicaPC pompa di calore

1 Scambiatore di calore a rotazione ET12, RT10, PT102 Scambiatore di calore a rotazione ET7, PT53 Scambiatore a glicole 10RR / 2.5 mm, A (netta) = h•B4 Condotta termica 6RR / 3.2 mm, diritta* Dati del prospetto inverosimili

Figura 4.3Esempio di un paragone tra le prestazioni [4.8]

PERD

ITA

DI P

RESS

ION

E PE

R SC

AM

B. D

I CA

LORE

DPv

[Pa]

VELOCITÀ DI AFFLUSSO SULLA SUPERFICIE NETTA [m/s]

IND

ICE

DI R

ICU

PERO

DEL

CA

LORE

f[%

]


54

Nella prassi le condizioni di spazio pongono spessochiari limiti. Le limitazioni reali di spazio fanno in mo-do che il paragone debba essere relativizzato. Se, adesempio, deve essere fatto un paragone tra la va-riante con sistema a circuito e la variante a rotore, èopportuno chiedersi dapprima a quali velocità di af-flusso abbia luogo l'esercizio. In un apparecchio diventilazione la velocità di afflusso sul rotore è di cir-ca 1.5-1.7 volte superiore a quella di un scambiatoredi calore a glicole, in cui lo spazio a disposizione vie-ne sfruttato in modo migliore. Questo aumento del-la velocità ha come conseguenza un minor rendi-mento del rotore (a causa della mancanza di spazio)dal 5 al 10%. Tali rapporti, non immediatamente ri-conoscibili al momento del lavoro di progettazioneusuale, rendono necessario il paragone solo tra va-rianti concrete.

Per motivi economici lo scambiatore a piastre è pra-ticamente l'unica soluzione possibile nei piccoli im-pianti. Ma anche per questo sistema oggi mancanoancora dati di progettazione soddisfacenti. I fabbri-canti dovrebbero in particolare pubblicare dati piùprecisi per quanto riguarda il pericolo di gelo e le mi-sure da adottare a questo proposito [4.2].

Durante il lavoro pratico di progettazione l'ingegne-re RDC prosegue normalmente in modo graduale.Uno strumento utile per i primi studi del sistema ècostituito dalla curva della frequenza cumulativa del-le temperature del punto scelto (cfr. figura 4.4). Sesono in gioco anche processi di umidificazione e dideumidificazione la curva della frequenza cumulati-va è inoltre adatta nel caso dell'umidità assoluta cherisulta dal rapporto probabile tra temperatura ed umi-dità. Al contrario del caso dell'impiego della curvadella frequenza cumulativa per l'entalpia, sarà pos-sibile mostrare e giudicare in modo differenziato l'im-portanza di variazioni della temperatura e dell'umi-dità. I dati meteorologici per differenti luoghi dellaSvizzera si trovano in [4.14].

Umidificatore

Temperatura dell'aria viziata = 24°C

Caso 1: temperatura mirata = 20°C

Caso 2: temperatura mirata = 12°C

Riscaldatore a calore residuo

Zurigo-Kloten 24 h

t aria [°C]

t aria

[°C]

Figura 4.4Esempio di dimensionamento di un sistema RDC concurve della frequenza cumulativa della temperatura e dell'umidità

Nel caso 2 dell'esempio della figura 4.4 (temperatu-ra mirata 12°C) un RDC di 50% è uguale (oppure per-fino leggermente migliore) di un RDC di 75% comenel caso 1, in cui l'aria deve essere riscaldata ad unatemperatura mirata di 20°C.

In questo stadio i rendimenti dei componenti pos-sono essere utilizzati, sotto forma di valutazioni, consufficiente esattezza. Questo lavoro di progettazio-ne sfocia non di rado in una rielaborazione di tuttoil sistema e, di conseguenza, in un miglioramentodelle condizioni limite per il RDC – se del caso coneffetti che si ripercuotono anche sul progetto archi-tettonico.


55

Un vantaggio di questa tecnica di progettazione è co-stituito dal fatto che essa permette un paragone gra-fico dei gradi ore che risultano ogni anno per le di-verse possibilità di soluzione. La quantità di caloreannuo viene calcolata moltiplicando i gradi ore perla capacità termica media. Qualora abbiano impor-tanza anche l'umidificazione e la deumidificazione,viene utilizzata in modo complementare anche la cur-va della frequenza cumulativa per l'umidità assolu-ta, nel qual caso i grammi ora per anno esprimonola superficie equivalente.

Quando si hanno a disposizione questi studi è razio-nale prendere contatto con i fornitori dei singolicomponenti. A seconda delle loro conoscenze e delleloro capacità tecniche essi potranno proporre un'ot-timizzazione più o meno fidata. È questo l'ultimomomento in cui il progettista ha la possibilità di chia-rire che nella seconda fase di progettazione, ossiadurante la progettazione per l'esecuzione, possonoessere considerati solo i componenti per i quali il pro-duttore è in grado di dare precise indicazioni:

– nel caso d'impianti da medi a grandi fanno partedi queste informazioni un'ottimizzazione detta-gliata e verificabile delle varianti d'esecuzione pos-sibili secondo criteri di ottimizzazione a scelta. Inquesto campo sono ad esempio compresi i circui-ti idraulici dei fluidi, le variazioni geometriche del-le lamine, le forme delle piastre, le ondulazioni, leresistenze, l'utilizzazione di energia ausiliaria, gliammortamenti, ecc.

– A ciò si aggiungono i dati concernenti la protezio-ne contro la corrosione e la durata di vita che ci sipuò aspettare con l'influsso corrispondente dellapotenza e dei costi d'acquisto.

– A ciò si aggiungono inoltre anche i dati concer-nenti il fabbisogno di energia e l'inquinamento del-l'ambiente per la produzione e l'eliminazione deicomponenti.

La figura 4.5 indica l'andamento dell'energia netta ri-cuperata in funzione dell'indice di ricupero del calo-re per due diverse temperature limite. Nel caso del-l'impianto A il calore può essere sfruttato soltanto fi-no ad una temperatura di 12°C, poiché all'aria ester-na trattata si aggiunge ancora aria riciclata. Ciò si-gnifica che l'impianto RDC è in funzione solo a tem-perature esterne minori di circa 11°C. L'indice di ri-cupero del calore ottimale è per questo motivo f =60%. Nel caso dell'impianto B il calore può tuttaviaessere sfruttato fino ad una temperatura di 20°C. Da

ciò risulta un indice di ricupero del calore ottimale dif = 82%, che viene limitato a causa del fatto che l'aria di smaltimento non deve essere raffreddata ulteriormente a causa del pericolo di gelo.

Figura 4.5 Dipendenza dell'esecuzione ottimale dai settori di utilizza-zione [4.8]

RICU

PERO

DEL

CA

LORE

NET

TO [k

Wh/

a]

ESEC

UZI

ON

E SC

ELTA

PERI

COLO

DI G

ELO

per TAA max = 20°C

per TAA max = 12°C

Un impianto RDC non dovrebbe mai essere definitosolo con una potenza o un rendimento in uno solopunto d'esercizio, bensì mediante l'energia netta ri-cuperata annualmente. Occorre tener conto di que-sto fatto al momento della messa al bando (cfr.[4.21]).


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4.4 Ventilazionedi appartamenti

Princìpi

– La ventilazione di appartamenti in Svizzera avvie-ne secondo sistemi tradizionali, ossia mediantel'apertura più o meno razionale delle finestre e acausa della mancanza di tenuta stagna della co-struzione. Un ricupero del calore non è possibilecon questo tipo di ventilazione.

– Nelle regioni con periodi di riscaldamento lunghila ventilazione di base degli appartamenti avvieneper lo più mediante semplici impianti meccanicimuniti di RDC.

– Se in Svizzera si esamina l'utilizzazione di una ven-tilazione meccanica degli appartamenti sulla basedi condizioni limite particolari (rumore, sporcizia,sicurezza, debole fabbisogno di energia globale)occorre tener conto dell'energia elettrica ausiliarianecessaria corrispondentemente alla sua impor-tanza (vedi riquadro alla fine del capitolo).

– Con i prezzi odierni dell'energia e secondo punti divista puramente economici, le ventilazioni mecca-niche degli appartamenti costituiscono investi-menti poco redditizi. Nel caso di un dimensiona-mento adeguato esse possono tuttavia contribuirealla riduzione del consumo di energia negli edifici.

Evitando i ponti termici e gli isolamenti insufficientinon si riducono soltanto il consumo di energia e l'in-quinamento ambientale, ma si aumenta anche ilcomfort, segnatamente:

– temperature maggiori delle superfici interne of-frono una sensazione di comfort anche con unatemperatura ambiente minore.

– Grazie alle potenze calorifiche minori dei corpiriscaldanti si manifestano minori vortici d'aria e dipulviscolo.

– Temperature ambientali minori ed inquinamentiminori dovuti al pulviscolo fanno in modo cheun'umidità ambiente meno elevata sembri ancoraconfortevole.

– Le temperature minori dei corpi riscaldanti per-mettono l'utilizzazione di produttori di calore chepresentano un livello di temperatura meno eleva-to e, di conseguenza, un'utilizzazione di calore am-biente e di calore residuo mediante pompe di ca-lore.

Se la finestra con la sua intelaiatura è strutturata inmodo da poter essere ottimizzata mediante possibi-lità d'isolamenti flessibili e di creazione d'ombra, lemisure di risparmio energetico potranno permette-re, anche in questo caso, miglioramenti del comforte semplificazioni sotto l'aspetto tecnico:

– durante il periodo di riscaldamento la finestraenergeticamente buona permette la penetrazionedi calore solare nella quantità desiderata ed evitairradiazioni troppo elevate in estate.

– La finestra buona sotto l'aspetto della coibenta-zione termica ed a tenuta stagna permette non sol-tanto di diminuire le dimensioni dei corpi riscal-danti, ma anche di modificare la loro ripartizionesulla facciata evitando di istallarne uno sotto ognifinestra.

Con questi presupposti perfino il riscaldamento tra-mite il pavimento può diventare nuovamente un si-stema di riscaldamento assolutamente razionale,giacché la temperatura del pavimento deve esseresolo di 1-2 K superiore alla temperatura dell'aria dellocale. Nel caso di una temperatura di andata limita-ta si verificherebbe inoltre uno scambio di calore trai locali molto caldi ed i locali più freddi.

Dipende da diverse condizioni limite il modo in cuil'aria esterna necessaria, possibilmente adeguata alfabbisogno, penetra all'interno dell'edificio e da que-sto esce nuovamente all'esterno portando seco ilmassimo di emissioni possibile. Nel caso della ven-tilazione di appartamenti bisogna fare una distinzio-ne tra i diversi tipi di case e tra condizioni di locazio-ne e condizioni di proprietà. Un ulteriore parametroche non bisogna sottovalutare è costituito dall'occu-pazione dell'appartamento, più o meno continua du-rante il corso della giornata, oppure con lunghi pe-riodi di assenza per motivi professionali.

L'architetto che si occupa di case unifamiliari puòspesso combinare il necessario approvvigionamen-to di aria esterna con lo sfruttamento passivo dell'e-nergia solare, nella misura in cui l'aria viene aspira-ta e preriscaldata attraverso elementi principali delrivestimento esterno riscaldati mediante l'irradiazio-


57

ne solare. Spesso le «superfici con collettori» a di-sposizione e lo spazio per i canali di ventilazione di-mensionati in modo generoso sono sufficientemen-te grandi da permettere di rinunciare a ventilatoriazionati elettricamente. Nel caso di costruzioni più al-te, i collegamenti interni su parecchi piani permetto-no di trarre profitto dalle correnti ascendenti natura-li. Gli sforzi che ne derivano sono tuttavia molto uti-li, giacché il tipo di casa unifamiliare libera è senz'al-tro molto più sfavorito sotto l'aspetto energetico diquanto non lo siano costruzioni più addensate.Ventilatori di qualsiasi tipo non dovrebbero essereutilizzati se non quando sia possibile garantire unbuon fattore di amplificazione termoelettrica (vedi ri-quadro al termine del presente paragrafo).

Nella casa plurifamiliare il sistema di ventilazione ègeneralmente meccanico a causa delle condizioni dispazio più ristrette e del livello di occupazione note-volmente più elevato. In tale caso il progettista devedecidere sia per una soluzione più o meno decentra-lizzata, sia per una soluzione centralizzata. Anche inquesto caso occorre ovviamente lavorare con quan-tità di aria di alimentazione minimizzate. Le prese del-l'aria viziata si concentrano nei locali con elevato fab-bisogno di ricambio d'aria, ossia le cucine, i bagni edi WC.

Astrazion fatta del dispendio più elevato per la pro-gettazione e per la direzione dei lavori, i sistemi diventilazione centralizzati in modo razionale presenta-no notevoli vantaggi rispetto a quelli decentralizzati:

– la presa dell'aria esterna e gli sbocchi dell'aria dismaltimento sono più facilmente controllabili sot-to l'aspetto dell'igiene dell'aria.

– I cicli legati alle stagioni, nonché al giorno ed allanotte possono essere sfruttati per il ricupero delcalore (ad es. collettore tubolare sotterraneo).

– I sistemi RDC di grandi dimensioni sono più effi-cienti di parecchi sistemi singoli di piccole dimen-sioni.

– I ventilatori e gli azionamenti di grandi dimensio-ni hanno chiaramente rendimenti migliori dei pic-coli ventilatori.

– Le perdite di pressione un po' più elevate per il tra-sporto dell'aria presentano il vantaggio che ladistribuzione dell'aria viene disturbata solo mi-nimamente da influssi esterni, quali il vento e lecorrenti ascendenti.

– Occorre dedicare una grande attenzione al filtrag-gio dell'aria.

– Le spese e gli utili di sistemi centralizzati possonoessere più facilmente misurati e valutati.

Sul piano economico/ecologico la ventilazione mec-canica delle abitazioni non dovrebbe costare più di450.- franchi per megawattora risparmiati annual-mente (valore sperimentale dell'Ufficio dell'energiadel canton Zurigo, stato 1992).

Per quanto concerne l'utilizzazione razionale di ener-gia elettrica, è importante verificare il fattore di am-plificazione elettrotermica e, se del caso, correggerlo!

Il concetto di amplificatore elettrotermico è stato in-trodotto e definito in [4.4]. Esso indica il rapporto tral'energia termica prodotta oppure l'energia fossileeconomizzata e l'energia elettrica consumata. I valo-ri tipici per l'amplificazione elettrotermica (AET) so-no i seguenti:

AET = ca 3 per pompe di calore a motoreelettrico

AET = ca 7-25 per il ricupero del calore oppurel'utilizzazione del calore residuocon energia elettrica utilizzataquale energia ausiliaria

AET = ca 5-10 per impianti moderni di aria diricambio, in confronto ad impianticonvenzionali

AET = ca 7.5-15 per veicoli elettrici leggeri inparagone ad automobili conven-zionali con motore a benzina

Per tener conto della grande efficacia dell'energiaelettrica e dei rischi che possono insorgere al mo-mento della sua produzione, l'amplificazione elettro-termica media di sistemi razionali dovrebbe esseresuperiore a 3.


58

4.5 Necessità di un raffredda-mento dell'aria ambiente

4.6 Necessità di un'umidifica-zione dell'aria ambiente

Princìpi

– I criteri validi per la valutazione della necessità diun raffreddamento dell'aria ambiente sono repe-ribili alla cifra 5.2 della raccomandazione SIAV382/3 [4.19]. Occorre inoltre rispettare anche leprescrizioni emanate dalle autorità.

– Un presupposto basilare per la prova del fabbiso-gno di un raffreddamento dell'aria ambiente è co-stituito dal rispetto delle esigenze edilizie minime.Ciò vale in modo particolare per una protezioneesterna efficace contro il sole e per una capacità di accumulazione termica sufficiente della costru-zione.

– Il fabbisogno di un raffreddamento dell'aria am-biente è dato quanto è soddisfatto uno dei criteriseguenti:• caso speciale con esigenze particolari per quan-

to concerne il clima ambiente• carichi interni elevati• temperatura dell'aria ambiente massima d'esta-

te troppo elevata senza raffreddamento (cfr. pa-ragrafo 3.1.3.1)

• impianto ottimo sotto l'aspetto energetico anchecon il raffreddamento. Soprattutto nel caso diun'utilizzazione delle nuove tecnologie con raf-freddamento per radiazione e raffreddamentomediante la massa dell'edificio, un raffredda-mento può essere spesso realizzato senza unconsumo più elevato di energia.

– ll fabbisogno di energia per un raffreddamentomeccanico può essere ridotto oppure addiritturasoppresso qualora si utilizzino le tecniche se-guenti:• ventilazione notturna (paragrafo 4.7)• raffreddamento della soletta di calcestruzzo

(paragrafo 4.8)• soffitti freddi (paragrafo 4.9)• collettore tubolare sotterraneo ad aria

(paragrafo 4.10)• sonde geotermiche (paragrafo 4.11)

Princìpi

– I criteri validi per la valutazione della necessità diun'umidificazione dell'aria ambiente sono reperi-bili alla cifra 5.3 della raccomandazione SIA V382/3[4.19]. Occorre inoltre rispettare anche le prescri-zioni emanate dalle autorità.

– La prova del fabbisogno di un'umidificazione del-l'aria ambiente è data quanto è soddisfatto uno deicriteri seguenti:• caso speciale con esigenze particolari per quan-

to concerne il clima ambiente• l'umidità minima dell'aria ambiente è troppo bas-

sa senza umidificazione (cfr. paragrafo 3.1.3.3).

– Negli edifici adibiti ad ufficio e ad abitazione nonè in generale necessaria alcuna umidificazione del-l'aria ambiente. I reclami a causa dell'aria tropposecca sono spesso da ascrivere a temperature deilocali troppo elevate, a quantità d'aria esterna trop-po elevate, ad un contenuto troppo elevato di pul-viscolo nell'aria oppure ad altri corpi estranei pre-senti nell'aria.


59

4.7 Ventilazione notturnaPrincìpi

– D'estate con l'aiuto di una ventilazione notturnaadeguata può essere attivata la capacità di accu-mulazione termica delle pareti che delimitano i lo-cali e dell'arredamento, ciò che rende possibileuna riduzione sensibile delle temperature estivemassime dei locali.

– Per una ventilazione notturna efficace le superficiche delimitano i locali devono avere una capacitàdi accumulazione termica sufficiente e durante leore notturne occorre ottenere un ricambio d'ariaesterna di almeno 3 h-1 mediante la ventilazioneattraverso le finestre oppure con un impianto diventilazione e di condizionamento.

– Nel caso di una ventilazione meccanica, per la va-lutazione della necessità di una ventilazione not-turna occorre tener conto del fabbisogno d'ener-gia più elevato per il trasporto dell'aria.

Impianti di ventilazione efficaci con raffreddamentoo impianti di condizionamento sono stati istallati fi-no a poco tempo fatto più o meno senza rifletteretanto. Oggi si tenta, in modo più intelligente e pia-cevole, di rimediare alla mancanza di comfort do-vuta a temperature troppo elevate dell'aria ambien-te anche senza un raffreddamento meccanico. Unodi questi modi è costituito dalla ventilazione nottur-na.

Chi ha la fortuna di poter lasciare aperte le proprie fi-nestre durante i periodi di grande calore estivo co-nosce il benessere offerto dall'aria notturna rinfre-scante. La massa dell'edificio all'interno dei locali el'arredamento restituiscono all'aria notturna il calo-re che hanno immagazzinato durante il giorno. Almattino l'utente inizia la giornata con una massa diaccumulazione raffreddata che durante il giorno puònuovamente assorbire il calore senza che la tempe-ratura dell'aria ambiente debba raggiungere valoritroppo elevati.

La figura 4.6 illustra l'andamento tipico della tempe-ratura dell'aria esterna durante un giorno estivo conuna temperatura massima di 30°C ed un'ampiezza di7.5 K [4.18]. Il massimo della temperatura esterna del-l'aria si verifica circa attorno alle ore 16, mentre il mi-nimo è alle ore 4 (ora legale).

Per una ventilazione notturna efficace devono esse-re adempiute le condizioni seguenti:– l'aria esterna deve essere di almeno 2 K più fred-

da dell'aria del locale. Secondo la figura 4.6 esi-stono buoni presupposti per una ventilazionenotturna efficace soprattutto dalle ore 23 fino al-l'inizio del lavoro.

– La costruzione deve essere almeno di pesantezzamedia e con una massa di accumulazione per lo-cale di m > 350 kg/m2, secondo SIA V382/2, cifra5.2. Particolarmente favorevoli sono le solette dicalcestruzzo visibili e le pareti massicce, mentresono sfavorevoli i rivestimenti termici o acusticisul lato interno degli elementi della costruzione.

– L'aria fresca della notte deve fluire per quanto pos-sibile direttamente lungo gli elementi accumulatoridella costruzione. Per una ventilazione notturna effi-cace, il ricambio d'aria deve essere di almeno 3 h-1.La ventilazione notturna può aver luogo attraversole finestre oppure mediante un impianto di ventila-zione e di condizionamento. Nel caso della ventila-zione attraverso le finestre occorre tener conto de-gli aspetti costituiti dalla sicurezza, dalla protezionecontro le intemperie, dall'inquinamento fonico edall'inquinamento ambientale. Nel caso di una ven-tilazione meccanica occorre invece tener conto delfabbisogno d'energia per il trasporto dell'aria. Perla riduzione della stessa durante il funzionamentodella ventilazione notturna è raccomandabile l'in-serimento di un by-pass dei componenti per il trat-tamento dell'aria. Eventualmente è sufficiente an-che l'utilizzazione del solo sistema per l'asportazio-ne dell'aria viziata. Anche in questo caso il fattoredi amplificazione elettrotermica (paragrafo 4.4) co-stituisce uno strumento di valutazione utilizzabile.

Figura 4.6Andamento giornaliero della temperatura dell'aria esternain un caldo giorno estivo [4.18]

Tem

pera

tura

del

l'aria

est

erna

te [°

C]

Ora del giorno (ora legale)

-1

-1


60

Nelle nuove costruzioni e nelle costruzioni riattatemunite di solette di calcestruzzo, il raffreddamentotramite le solette permette di attivare la grande ca-pacità di accumulazione termica del calcestruzzo inmodo ancora superiore di quanto sia possibile con laventilazione notturna menzionata al paragrafo 4.7.

L'asportazione del calore accumulato durante la gior-nata avviene mediante tubi di raffreddamento anne-gati nel calcestruzzo. Per questo si utilizza acqua cheha un'efficacia maggiore dell'aria ed una capacità ditrasporto parimenti maggiore. Il calore accumulatodall'acqua può essere asportato con l'aria notturnaper mezzo di un refrigeratore dell'aria. Spesso è suf-ficiente anche il livello di temperatura del sottosuo-lo per raffreddare l'aria circolante alla temperaturadesiderata di circa 19°C. In questo caso il fattore diamplificazione elettrotermica è ancora più favorevo-le che non mediante il refrigeratore dell'aria.

La figura 4.7 mostra una simulazione dinamica ad unadimensione di una soletta di calcestruzzo raffredda-ta da un lato in superficie mediante aria e dall'altromediante tubi d'acqua annegati nella massa del cal-cestruzzo stesso. Ammesso che la temperatura del-l'aria è di 17°C e che l'acqua, a causa delle perditenello scambiatore di calore, è a 19°C, risulta chiara lasuperiorità del raffreddamento delle solette di calce-struzzo mediante tubi annegati percorsi dall'acqua,in paragone ad un raffreddamento notturno conven-zionale.

Princìpi

– Rispetto alla ventilazione notturna (paragrafo 4.7)un'attivazione notevolmente migliore della capa-cità di accumulazione termica è possibile median-te il raffreddamento delle solette di calcestruzzocon tubi annegati nel calcestruzzo stesso e percorsida una corrente d'acqua. Questa soluzione pre-senta due vantaggi decisivi:• il trasporto del calore avviene mediante l'acqua

ed è, di conseguenza, notevolmente più effi-ciente di quello effettuato con l'aria.

• L'asportazione del calore non avviene durante ilgiorno poiché allora lo stesso viene accumula-to, bensì durante la notte quando l'aria fresca èa disposizione per un esercizio free cooling.

– Contrariamente ai soffitti freddi a radiazione di-retta (paragrafo 4.9), diventati molto di moda, il raf-freddamento delle solette di calcestruzzo, sposta-to di fase, impedisce un comportamento irre-sponsabile da parte degli utenti, poiché di giornonon v'è a disposizione alcuna macchina frigorife-ra per eliminare i carichi.

4.8 Raffreddamento di solettedi calcestruzzo


61

Figura 4.7Paragone tra il raffreddamento di una soletta di calcestruzzo con aria sulle superfici e con tubi con acqua annegati nel nucleo del calcestruzzo, per differenti lassi di tempo [4.11] (M = minuti, h = ore)

Valore di partenza = 26 [C]; a-aria = 8 [W/m2K]

RAFFREDDAMENTO DELLE SUPERFICI

CON ARIA 17 [C]

RAFFREDDAMENTO DEL NUCLEO

STRATI DALL'ALTO VERSO IL BASSO

CON ACQUA 20 [C]

AaAb AbAa

Aria in altoAa

Nucleo

Aria in bassoAb


62

4.9 Soffitti freddi

Princìpi

– I soffitti freddi sono formati da elementi cavi, di-sposti al di sotto della soletta e attraversati sia dal-l'acqua, sia dall'aria. Si tratta di un mezzo dolce,ma efficace di raffreddamento del locale.

– Al momento del dimensionamento dei soffitti fred-di occorre tener conto del fatto che deve essere evi-tata la formazione di acqua di condensazione.

– La comodità e l'efficacia dei soffitti freddi incita l'u-tente a maggiori esigenze per quanto concerne ilcomfort ed anche ad un comportamento troppospensierato. Occorre limitare la potenza di raf-freddamento alla quantità realmente necessaria,onde evitare un consumo inutile di energia.

Dieci o quindici anni fa il controsoffitto è caduto indisuso, soprattutto per motivi igienici. Esso è statosostituito da sistemi nei quali l'aria di alimentazioneè addotta attraverso canali o tubi alle prese per l'ariastessa. A nessuno è passato per la mente che allostesso tempo si perdeva una superficie di raffredda-mento efficace. L'aria di alimentazione veniva infattisoffiata ad una temperatura di 16°C attraverso il vuo-to del controsoffitto, cosicché lo stesso faceva il pro-prio servizio quale superficie irradiante.

Dopo aver dimenticato per alcuni anni questo «sof-fitto refrigerante», esso è stato riscoperto sotto unanuova forma. Invece del raffreddamento medianteventilazione esso è stato provvisto, soprattutto percarichi maggiori, di un raffreddamento ad acqua no-tevolmente più efficace. Un ulteriore e forse ancoramaggiore «vantaggio» risiede nel fatto che viene acadere il faticoso calcolo delle perforazioni sistema-te a forma di scacchiera. Al contrario, i produttoriodierni di soffitti freddi prendono letteralmente abraccetto, con le parole e con i fatti, il progettista en-tusiasta!

È naturalmente ovvio che mediante un soffitto raf-freddato ad acqua il calore può essere asportato fuo-ri da un locale in modo notevolmente più convenienteche non con un sistema che funziona puramente adaria.

Contemporaneamente non si presta spesso atten-zione al fatto che il soffitto freddo, molto conforte-vole ed efficace, incita l'utente ad esigenze più ele-vate per quanto concerne il comfort, nonché ad unsuo comportamento più spensierato. Ad esempio, ilfatto di non abbassare una tapparella con sufficien-te tempestività non provoca certo immediatamentenell'utente un senso di mancanza di comfort!

Occorre anche tener conto del fatto che i soffitti adirradiazione raffreddati in modo diretto hanno biso-gno del loro mezzo refrigerante proprio nel momen-to in cui fa più caldo e quando la produzione di fred-do necessita in modo specifico di una maggior quan-tità di energia elettrica.

Il sistema moderno dei soffitti freddi è il benvenutoper risolvere i difficili problemi di raffreddamento.Occorre tuttavia sincerarsi che il dimensionamentocorrisponda alle esigenze e non scordare che lo stra-to di calcestruzzo situato proprio al di sopra puòsenz'altro prender parte senza ostacoli al ruolo dina-mico di tampone di accumulazione.


63

4.10 Collettore tubolaresotterraneo ad aria

Princìpi

– Con i collettori tubolari sotterranei ad aria, l'ariaesterna viene aspirata attraverso un sistema di tu-bazioni interrate per riscaldare l'aria esterna d'in-verno e raffreddarla d'estate.

– Il potenziale energetico del collettore tubolare sot-terraneo ad aria è molto elevato, poiché è relati-vamente piccolo il dispendio complementare dienergia ausiliaria (corrente elettrica).

– Per non pregiudicare la qualità igienica dell'aria dialimentazione, nel collettore tubolare sotterraneoad aria occorre evitare la formazione di sacche dicondensazione e garantire buone possibilità dicontrollo e di pulitura.

Negli impianti per l'aria di ricambio muniti di collet-tore tubolare sotterraneo ad aria, l'aria esterna vieneaspirata attraverso tubazioni poste nel terreno, adesempio sotto le lastre di rivestimento. Con questosistema l'aria esterna viene riscaldata d'inverno e raf-freddata d'estate. La temperatura del terreno attornoalle tubazioni e, di conseguenza, il rendimento delcollettore tubolare sotterraneo ad aria, vengono for-temente influenzati dalla natura del suolo (contenu-to d'acqua) e dalla temperatura del locale situato im-mediatamente al di sopra dello stesso (cantine o au-torimesse non riscaldate). I collettori tubolari sotter-ranei ad aria sono perfettamente indicati per ridurrele punte di carico che si manifestano per breve tem-po in estate ed in inverno.

La figura 4.8 illustra l'esempio di un collettore tubo-lare sotterraneo ad aria nella sua fase di costruzione;si tratta di 43 tubi posati nella falda freatica. I tubi dimateria sintetica, lunghi 23 m, con un diametro in-terno di 23 cm sono disposti a 1.15 m trasversalmenteall'edificio ed a 0.80 m sotto la soletta in pendenza.

Con questo collettore tubolare sotterraneo ad aria so-no state raggiunte le prestazioni seguenti (valori mi-surati):– estate (temperatura dell'aria esterna = 32°C):

temperatura di uscita dal collettore = 22°Cpotenza di raffreddamento = 55 kW (17150 m3/h)

– inverno (temperatura dell'aria esterna = –11°C):temperatura di uscita dal collettore = 6°Cpotenza di riscaldamento = 65 kW (12000 m3/h)

Negli edifici con impianti per l'aria di ricambio l'uti-lizzazione di un collettore tubolare sotterraneo ad ariaè redditizia se, in combinazione con una ventilazionenotturna, si può rinunciare ad un impianto frigorife-ro. In tal caso è possibile costruire edifici che favori-scono il risparmio energetico ed offrono un livello dicomfort elevato, come ad esempio:– edifici per uffici– costruzioni per l'industria ed il commercio– scuole– case unifamiliari e plurifamiliari.

Il collettore tubolare sotterraneo ad aria viene fattofunzionare in estate ed in inverno. Nella mezza sta-gione, con temperature dell'aria esterna oscillanti tra6 e 21°C circa il collettore non è in esercizio, poichéil ricupero del calore è sufficiente per garantire le tem-perature necessarie dell'aria di alimentazione. Soloin estate il collettore viene messo nuovamente in fun-zione, quando la temperatura dell'aria ambiente su-pera un certo limite (ad es. 24°C).

In inverno ha luogo la regolazione della temperatu-ra dell'aria di alimentazione in cascata con il ricupe-ro del calore, in seguito con il collettore tubolare sot-terraneo ad aria (regolazione progressiva delle val-vole) ed eventualmente inserendo il riscaldatore a ca-lore residuo. Se le temperature dell'aria di alimenta-zione < = 16°C sono sufficienti, nel caso di un di-mensionamento corretto del collettore tubolare sot-terraneo ad aria si può rinunciare anche al riscalda-tore a calore residuo.

Figura 4.8Veduta di un collettore tubolare sotterraneo ad aria duran-te la sua costruzione


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Con l'ausilio del collettore tubolare sotterraneo adaria la temperatura di alimentazione può sempre es-sere mantenuta al di sotto della temperatura dell'a-ria ambiente (presupposto per una ventilazione me-diante spostamento d'aria).

Qui appresso seguono alcune semplici indicazioniconcernenti il dimensionamento, delle quali occor-rerebbe tener conto nel caso di un dimensionamen-to preliminare eseguito per una prima valutazione deicosti.

– Velocità max dell'aria:< 4 m/s

– Materiale per le canalizzazioni:tubazioni di cemento per le acque luride(suolo secco) tubi di PE per alta pressione (suolo bagnato)

– Lunghezza minima dei tubi:suolo secco > 30 msuolo bagnato > 20 m

– Diametro ottimale dei tubi:suolo secco ≥ 30 cmsuolo bagnato < 25 cm

– Distanza laterale dei tubi:minima: 1 mottimale: > 2 m

– Distanza dei tubi dalla piastra di base:massima possibile (almeno 0.6 m).

È inoltre opportuno tener conto di quanto segue:

– i tubi ed i collettori devono essere posati in pen-denza, onde poter rimuovere un eventuale con-densa.

– I collettori devono poter venire ispezionati ondepoter controllare visivamente i tubi ed i loro rac-cordi.

– In un suolo umido i raccordi dei tubi ai collettoridevono essere realizzati per mezzo di 2 manicottia tenuta stagna posati all'esterno.

Nell'ambito del progetto di ricerca è previsto di met-tere a disposizione dei progettisti un programma perPC per il dimensionamento dei collettori tubolari sot-terranei ad aria per suolo secco e bagnato. Il pro-gramma permetterà di calcolare, di ora in ora, l'an-damento delle prestazioni del collettore tubolare sot-terraneo ad aria, tenendo conto delle più importan-ti condizioni limite (sistema di ventilazione, suolo,edifici).

I collettori tubolari sotterranei ad aria presentanoun'amplificazione elettrotermica ottimale (definizio-ne al paragrafo 4.4). A paragone dei sistemi conven-zionali i collettori tubolari sotterranei ad aria rag-giungono, in estate ed in inverno, amplificazioni elet-trotermiche da 60 ad 80 (coefficiente di funziona-mento delle pompe di calore < 3 e delle macchinefrigorifere < 4).

Figura 4.9Trasporto dell'aria in un edificio adibito ad uffici e al com-mercio mediante un collettore tubolare sotterraneo ad aria

Gasolio Gas Centrale di ventilazione

Locale di riferimento 1

Locale di riferimento 2

Aria dialimentazione

Aria viziata

Collettoretubolare

sotterraneoad ariaSensore

della temperatura

Aria di alimentaz.

Aria dialimentaz.


65

Figura 4.10Schema di principio di un impianto per l'aria di ricambio con collettore tubolare sotterraneo ad aria

AS

AE

AV

AA

Collettore tubolaresotterraneo ad aria


66

4.11 Sonde geotermiche 4.11.1 Riscaldamento in inverno

Per lo sfruttamento del calore del suolo a profonditàche vanno da alcune decine ad alcune centinaia dimetri («geotermica a bassa profondità») vengono uti-lizzate sonde geotermiche verticali. In questo setto-re l'energia utilizzabile è presente sotto forma di ca-lore, per lo più con una temperatura minore di 20°C.Questo calore viene sottratto ad un suolo general-mente secco, ossia privo di acqua sotterranea. Unasonda geotermica consiste essenzialmente di un cir-cuito chiuso ad acqua, il cosiddetto circuito primario.Il sistema di tubi necessario è portato in profonditàmediante una o parecchie trivellazioni, per lo più ver-ticali. Il termovettore, costituito da acqua con un'ag-giunta di circa 25% vol di antigelo, viene pompato at-traverso il sistema per sottrarne il calore. La miscelaacqua-antigelo cede tale calore ad una pompa di ca-lore passando attraverso uno scambiatore di calore.In tal modo non vi è alcun contatto diretto tra il mez-zo refrigerante della pompa di calore ed il mezzo ter-movettore della sonda geotermica. Nella pompa dicalore l'energia sottratta in questo modo dal circuitoprimario viene portata ad un livello di temperaturautilizzabile per un sistema di riscaldamento, rispetti-vamente di ventilazione. Con questi sistemi è possi-bile raggiungere coefficienti di rendimento medi del-l'impianto superiori a 3 [4.3, 4.15].

Dati critici di dimensionamento

Le ripartizioni della temperatura del suolo, che è il ve-ro e proprio fornitore di energia, variabili durante lagiornata ed anche a lunga scadenza, rendono diffici-le il dimensionamento ottimale di un impianto di son-de geotermiche. Al momento della progettazione diun tale impianto è quindi necessario tener conto deidati seguenti:

– fabbisogno d'energia della casa. Esso viene de-terminato dalle dimensioni dell'edificio, dal tipo dicostruzione, nonché dall'orientamento e dalla si-tuazione climatica.

– La temperatura di mandata più elevata richiestadal circuito di riscaldamento. Essa viene influen-zata dalla scelta del sistema di riscaldamento (ades. riscaldamento a bassa temperatura) e dal suodimensionamento.

– Il risparmio energetico che s'intende ottenere.Quanto minore è il consumo di energia seconda-ria desiderato, tanto maggiori saranno i costi del-l'impianto.

Princìpi

– Le sonde geotermiche sono sonde verticali me-diante le quali è possibile sfruttare la temperaturapiù o meno costante del suolo a profondità chevanno da alcune decine fino ad alcune centinaia dimetri.

– In questo modo è possibile sottrarre calore dal suo-lo durante l'inverno, per restituirglielo in estate.Per raggiungere le temperature necessarie, in in-verno deve essere utilizzata una pompa di calore.In estate la miscela acqua/glicole, che circola nel-le sonde geotermiche, può essere utilizzata diret-tamente per il raffreddamento mediante unoscambiatore di calore.

– Per la valutazione dell'opportunità di un impiantodi sonde geotermiche occorre tener conto del fab-bisogno di energia per il trasporto dei mezzi.

Figura 4.11Schema di principio di un impianto di sonde geotermiche

Riscaldamento a bassa temperatura

Circuito secondario (acqua)

Circuito primario(acqua + ev. protezione antigelo)

Prelevamento di caloreTendere ad una debole potenzaspecifica delle sonde (ca 50W/m), perciò sonde più lunghe. È così possibile ottenere una tem-peratura più elevata della fonte.

Pompa di calore

Circuito PC(mezzo

refrigerante)


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– La temperatura nel circuito primario. Essa vienedeterminata essenzialmente dalla geometria dellasonda geotermica, dalla portata del circuito, non-ché dalla natura del suolo. Regola empirica: per unnumero di 2000 h/a di servizio della pompa di ca-lore, occorre calcolare circa 20 m di lunghezza del-la sonda per ogni kW di potenza calorifica deside-rata (50 W/m).

Potenzialità calorifica della pompa di calore

La potenzialità calorifica della pompa di calore deveessere calcolata con una certa generosità. Le pompedi calore dimensionate in modo troppo ristretto so-no causa di lunghi periodi di servizio e di un sovrac-carico dell'impianto delle sonde geotermiche. A cau-sa della mancanza di «periodi di ripresa» (flusso dicalore) la temperatura utile della fonte di calore di-minuisce e, di conseguenza, diminuisce anche la po-tenzialità calorifica. La redditività ne risulta ostacola-ta e non è più possibile raggiungere le temperatureambiente desiderate.

La scelta della pompa di calore dimensionata in mo-do corretto costituisce quindi la prima condizione im-portante per la progettazione e la realizzazione di unimpianto di pompe di calore efficiente. La sicurezzadell'esercizio viene di conseguenza garantita per unavasta gamma di varianti di dimensionamento della/esonda/e geotermica/che. Una pompa di calore è tut-tavia economicamente interessante e razionale sot-to l'aspetto del risparmio di energia solo se può la-vorare in modo efficiente. Quanto minore è la diffe-renza di temperatura tra la fonte di calore e lo sfrut-tamento dello stesso, tanto maggiore sarà la quan-tità di calore fornita dalla fonte stessa e, di conse-guenza, tanto minore sarà la percentuale di energiaausiliaria. Il bilancio dell'energia sarà di conseguen-za positivo.

4.11.2 Raffreddamento in estate

Le sonde geotermiche, utilizzate in inverno quali fon-ti di calore per le pompe termiche, in estate possonoessere utilizzate per il raffreddamento dell'aria ester-na. Durante i mesi estivi, ossia con temperature ester-ne superiori a 24°C circa, la miscela acqua/glicole checircola nella sonda geotermica viene a questo scopotrasportata in un circuito di raffreddamento. Non esi-stono dati sicuri sulle prestazioni di raffreddamentoche ci si possono attendere, poiché finora non sonostate eseguite misurazioni sistematiche. Si valuta cheper circa 1000 ore di funzionamento durante l'estate

è possibile ottenere una potenza di raffreddamentodi circa 50% della potenza calorifica ottenuta in in-verno, ossia circa 25 W/m.Mediante questa combinazione di sottrazione di ca-lore in inverno a scopo di riscaldamento e di ag-giunta di calore in estate a scopo di raffreddamen-to, è possibile migliorare il rendimento della pompadi calore.

Il fabbisogno di potenza per l'azionamento delle pom-pe di circolazione e del ventilatore (resistenza mag-giore del refrigeratore a causa delle maggiori super-fici di scambio e di temperature più elevate dell'ac-qua di raffreddamento) è di circa 10-15% superiore aquello di un impianto frigorifero convenzionale.


68

4.12 Comando e regolazioneadeguati al fabbisogno

Il modo più semplice per adattare il funzionamentodell'impianto di ventilazione al fabbisogno è ancoracostituito dall'inserimento e dal disinserimento del-l'impianto stesso. Ciò può avvenire come segue:

– commutatore manualeViene azionato quando si entra o si esce dal loca-le, oppure mediante ventilazione tramite le fine-stre. L'efficacia del commutatore manuale variasecondo la disciplina degli utenti.

– TemporizzatoreNel caso di utilizzazioni con un andamento gior-naliero e settimanale definito, un temporizzatorepuò offrire servizi validi con poca spesa.

– Contatto d'apertura di finestreA finestre aperte il funzionamento di un impiantodi ventilazione rappresenta chiaramente uno spre-co di energia. Mediante contatti d'apertura delle fi-nestre può essere ottenuto un disinserimento au-tomatico dell'impianto di ventilazione quando lafinestre viene aperta.

– Sensore di movimentoLa presenza di persone in un locale può essere ri-levata in modo preciso mediante rivelatori di mo-

Princìpi

– Mediante adeguate misure occorre dapprima ac-certarsi che gli impianti di ventilazione e di condi-zionamento siano in servizio soltanto quando ciòè necessario.

– Durante il funzionamento degli impianti occorrefare in modo che gli stessi lavorino per quanto pos-sibile secondo il fabbisogno e che adempiano ilproprio compito con un dispendio d'energia perquanto possibile limitato.

– Le misure più semplici, quali la commutazione ma-nuale ed i temporizzatori, sono spesso le più effi-caci. Nel caso di un dimensionamento degli im-pianti adeguato al fabbisogno, le soluzioni costo-se con un flusso volumetrico variabile hanno unimportanza minore di quanto non lo si credesseancora alcuni anni fa.

vimento (rivelatori a raggi infrarossi). Questo se-gnale può essere utilizzato in modo sicuro per ilcomando (inserimento e disinserimento) dell'im-pianto di ventilazione.

Nel caso di un'utilizzazione variabile, la quantità diaria può essere regolata mediante un sensore di so-stanze nocive in modo tale da poter rispettare preci-si valori limite. Quali sensori di sostanze nocive pos-sono essere utilizzati:

– sensori di CO2I sensori di CO2 sono adatti per i locali nei qualinon si fuma (valore limite provato = 800 ppm diCO2 + funzione complementare di lavaggio primadell'inizio dell'utilizzazione).

– Sensori di miscele di gasI sensori di questo tipo sono adatti per i locali neiquali si fuma.


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4.13 Impianti con flussovolumetrico variabile (VAV)

Princìpi

– Gli impianti VAV sono adatti per utilizzazioni mol-to variate, allo scopo di ottenere un funzionamen-to adeguato ai bisogni. In caso di un dimensiona-mento adeguato al fabbisogno, la necessità d'im-pianti VAV è giustificata solo in questi casi parti-colari.

– Negli impianti VAV tutti i componenti devono es-sere dimensionati in funzione del flusso d'aria va-riabile. I regolatori meccanici VAV devono essereevitati a causa dell'elevata perdita di pressione.

sari, indipendentemente dalla pressione esistente sulmomento nella rete dei canali d'aerazione.

La figura 4.12 illustra il principio di un regolatore delflusso volumetrico con misurazione dello stesso (ades. per mezzo di un diaframma) ed una valvola re-golata in modo adeguato. Nella figura 4.13 è rappre-sentato il principio di un regolatore meccanico delflusso volumetrico con regolazione automatica permezzo della pressione del canale.

Al momento della scelta del regolatore del flusso vo-lumetrico occorre tener conto del fatto che la pres-sione minima d'entrata, necessaria per la regolazio-ne, deve restare bassa. Poiché questa pressione è net-tamente maggiore in un regolatore VAV meccanicodi quanto non lo sia in un regolatore VAV con dispo-sitivo di misurazione, occorre evitare l'utilizzazionedi regolatori meccanici per motivi energetici.

La variazione del flusso volumetrico dell'aria era giàstata utilizzata al tempo in cui s'impiegava ancora suvasta scala il raffreddamento mediante l'aria di ali-mentazione. Quando era desiderata una temperaturacostante dell'aria di alimentazione si era obbligati avariare il flusso volumetrico per regolare la potenza.

Nel caso di un dimensionamento adeguato al fabbi-sogno, i flussi volumetrici dell'aria massimi vengo-no ridotti al minimo giustificabile (paragrafi 3.3 e4.2.4). In tal modo, nel caso di dimensionamenti ese-guiti anticipatamente, con flussi volumetrici elevati,occorre assolutamente mantenere il fabbisogno dispazio usuale. Possono così facilmente essere ri-spettati i provvedimenti adottati per la riduzione del-le perdite di pressione secondo il paragrafo 3.4.4.

L'istallazione d'impianti con flusso volumetrico va-riabile (VAV) è opportuna per poter permettere unesercizio adeguato al fabbisogno nel caso di utilizza-zioni fortemente variabili. Nel caso del dimensiona-mento, testé menzionato, adeguato al fabbisogno de-gli impianti, la necessità d'impianti VAV esiste soloin questi casi particolari.

Da un impianto VAV si esige che possa fornire indi-vidualmente ad ogni locale il flusso d'aria necessario,indipendentemente da qualsiasi stato d'esercizio del-l'impianto. Tutti i componenti devono perciò esseredimensionati in funzione del flusso variabile dell'aria.

Regolatore del flusso volumetrico

I regolatori del flusso volumetrico devono garantireche i locali ricevano i flussi volumetrici d'aria neces-

Figura 4.12Regolatore VAV con misurazione (Dpmin = ca 20 Pa)

1 Regolatore del flusso volumetrico2 Misurazione (diaframma, croce, ecc.)3 Valvola4 Regolatore5 Servomotore

1 Regolatore del flusso volumetrico2 Cono di regolazione3 Molla

Figura 4.13Regolatore VAV meccanico (Dpmin = ca 80 Pa nel caso diuna piccola quantità d'aria)


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Ventilatore

Anche il ventilatore deve potersi adeguare al fabbi-sogno.

Affinché i regolatori del flusso volumetrico possanofunzionare è importante che in tutta la rete dei cana-li d'aerazione sia presente una pressione sufficiente.Eventualmente sono necessari parecchi punti di mi-surazione.

Bocchette d'immissioneper l'aria di alimentazione

Al momento della scelta della bocchetta d'immissio-ne per l'aria di alimentazione e del suo dimensiona-mento occorre fare in modo che essa sia adatta aiflussi volumetrici variabili (100%-30%) per poter ga-rantire un ricambio sufficiente dell'aria del locale an-che a carico parziale. I sistemi con elevato volumed'immissione e ventilazione naturale adempiono aquesto compito senza ausilio meccanico particolare.

Bibliografia capitolo 4[4.1] Arbeitsgemeinschaft Wärmepumpen AWP

Technische Dokumentation der TK überWärmepumpenheizungsanlagenAWP Zürich, Oktober 1991

[4.2] E. BeckÜber das Einfrieren von Plattenwärme-tauschernHLH Band 43 (1992) Nr. 7, Seiten 370-374

[4.3] Ufficio federale dell'energia UFEErdwärmesonden-HeizanlagenStudie Nr. 46, September 1989

[4.4] Ufficio federale dei problemi congiunturaliRAVEL nel settore del calore - fascicolo 1Elettricità e caloreN. di ordinazione 724.357 i

[4.5] Ufficio federale dei problemi congiunturaliRAVEL nel settore del calore - fascicolo 2 Ricupero del calore ed utilizzazione del caloreresiduoN. di ordinazione 724.355 i

[4.6] Ufficio federale dei problemi congiunturaliRAVEL nel settore del calore - fascicolo 3Pompe di caloreN. di ordinazione 724.356 i

[4.7] Ufficio federale dei problemi congiunturaliRAVEL nel settore del calore - fascicolo 4 CogenerazioneN. di ordinazione 724.358 i

[4.8] Ufficio federale dei problemi congiunturaliProgramma d'impulso per l'impiantistica 1987Il ricupero del calore negli impianti diventilazione e condizionamentoN. di ordinazione 724.709 i

[4.9] F. Haberda, V. Meyringer, L. TrepteBestandesaufnahme zur Ausführung vonLüftungsanlagen im WohnungsbauBundesministerium für Forschung undTechnologie BMFT-FB-T 86-230

[4.10] Hans Martin MathisenAnalysis and Evaluation of DisplacementVentilationDissertation NTH TrondheimVVS-rapport 1989:2


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[4.11] R. Meierhans, D. BrühwilerIntensive Nutzung der Gebäudespeicher-masse zur nächtlichen Kühlung7. Schweizerisches Statusseminar 1992Energieforschung im Hochbau

[4.12] V. MeyringerVoraussetzungen für den energiewirt-schaftlich sinnvollen Einsatz vonLüftungsanlagen im WohnungsbauBundesministerium für Forschung undTechnologie BMFT-FB-T 86-240

[4.13] Recknagel, Sprenger, HönmannTaschenbuch für Heizung und KlimatechnikVerlag Oldenbourg, Ausgabe 1992/93ISBN 3-486-26212-2

[4.14] Società svizzera degli ingegneri e degliarchitetti SIAMeteodaten für die HaustechnikDokumentation D 012, Januar 1987

[4.15] Società svizzera degli ingegneri e degli archi-tetti SIA ed Ufficio federale dell'energia UFEBase de dimensionnement des systèmes ex-ploitant la chaleur du sol à basse températureDokumentation D 025, Mai 1988

[4.16] Società svizzera degli ingegneri e degliarchitetti SIA Regolamento concernente le prestazioni e gli onorari degli ingegneri meccanici ed elettrotecnici, nonché degli ingegnerispecializzati nell'impiantisticaRegolamento SIA 108, edizione 1984

[4.17] Società svizzera degli ingegneri e degliarchitetti SIAEsigenze tecniche degli impianti di ventilazio-ne e di condizionamentoRaccomandazione SIA V382/1, edizione 1992

[4.18] Società svizzera degli ingegneri e degliarchitetti SIAFabbisogno di potenza di raffreddamentodegli edificiRaccomandazione SIA V382/2, edizione 1992

[4.19] Società svizzera degli ingegneri e degliarchitetti SIAAccertamento del fabbisogno degli impiantidi ventilazione e di condizionamentoRaccomandazione SIA V382/3, edizione 1992

[4.20] Società svizzera degli ingegneri termicie climatici SITCVerbale di collaudo per gli impiantidi riscaldamento, ventilazione, frigoriferi e di pompe di caloreDirettiva SITC 88-1

[4.21] Società svizzera degli ingegneri termicie climatici SITCImpianti di ricupero del calore negli impiantidi ventilazione e di condizionamentoDirettiva SITC 89-1

[4.22] Urs SteinemannArbeitsbericht zur Definition energetischguter lüftungstechnischer AnlagenBericht US 92-14-01 vom Dezember 1992 im Auftrag des SIA und des BEW

[4.23] TüV RheinlandLüftung im WohnungsbauBericht Statusseminar, ISBN 3-88585-172-5Dokumentation D 025, Mai 1988

[4.24] Carl-Georg UngerlandDie Lüftung als notwendige Voraussetzungfür ein gesundes Wohnklima Buchenweg 7, D-8200 Rosenheim

[4.25] H. Werner, W. FiesFortschrittliche Systemefür die Wohnungslüftung, Teil B IPB-Bericht EB-21, 1989Fraunhoferinstitut für Bauphysik, Stuttgart

Ventilatori

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5.1 Tipi di ventilatori 765.1.1 Standardizzazione 765.1.2 Pressione, flusso volumetrico e rendimento 775.1.3 Generazione di rumore 79

5.2 Curve caratteristiche dei ventilatori 805.2.1 Ventilatori radiali 805.2.2 Ventilatori assiali 855.2.3 Ventilatori tangenziali 87

5.3 Leggi dei gas, della proporzionalità e dell'affinità 885.3.1 Influsso della densità dell'aria 885.3.2 Leggi della proporzionalità 895.3.3 Leggi dell'affinità 90

5.4 Curva caratteristica della rete e punto di funzionamento 90

5.5 Possibilità di regolazione 91

5.6 Perdite durante il montaggio 98


5. Ventilatori

Ventilatori

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Le macchine fluidodinamiche utilizzate nella tecnicadi ventilazione hanno il compito di trasformare, conil minor rumore possibile e senza perdite, l'energiaelettrica nell'energia costituita dalla pressione e dalmovimento di un flusso volumetrico d'aria. Nellagamma di pressione fino a circa 25 kPa queste mac-chine vengono definite ventilatori e nel caso di pres-sioni più elevate sono dette soffianti.

Grazie ai miglioramenti degli isolamenti termici esti-vi ed invernali dell'edificio, negli ultimi anni è forte-mente diminuito il consumo di energia elettrica peril riscaldamento ed il raffreddamento. In questo mo-do il consumo di energia elettrica per il trasporto del-l'aria costituisce sempre più il fulcro degli sforzi dirisparmio.

Oggi il consumo di energia per il trasporto dell'ariaè spesso ancora troppo elevato. Onde migliorarequeste condizioni i ventilatori devono essere scelticon maggiore oculatezza e, se del caso, combinati inmodo razionale, fatti funzionare correttamente e re-golati in modo da evitare le perdite. Soprattutto nelcaso di ventilatori e di motori di piccole dimensionisono ancora molto diffusi i rendimenti globali del-l'ordine del 25%. Il presupposto basilare ed essen-ziale per un esercizio efficiente sotto l'aspetto ener-getico risiede in una minimizzazione, in un comandoo in una regolazione dei flussi volumetrici dell'ariacorrispondenti ai fabbisogni e nel fatto che le perdi-te di pressione per il trattamento e la distribuzionedell'aria siano progettate in un modo tanto modesto,quanto redditizio da potere essere ancora giustifica-bili. Occorre ancora notare che i ventilatori ed i motorivengono scelti in modo corretto solo se è stato ese-guito un calcolo affidabile delle perdite di pressione.

5. Ventilatori

Ventilatori

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5.1 Tipi di ventilatori

5.1.1 Standardizzazione

Benché i diversi tipi di ventilatori coincidano perquanto concerne la loro struttura, si può fare unaprima distinzione approssimativa tra ventilatori as-siali e ventilatori radiali.

Ventilatori assiali

I diversi tipi di ventilatori assiali vanno dal ventilato-re da soffitto a rotazione lenta, passando per il ven-tilatore ad elica da parete, fino al ventilatore assialead alto regime e con pale ad angolo spostabile edistributori.

Figura 5.1Ventilatore per soffitto a rotazione lenta

Figura 5.2Ventilatore ad elica per parete

Figura 5.3Ventilatore assiale ad alta velocità, a due stadi, con regola-zione dell'angolo delle pale

Ventilatori

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Ventilatori radiali

I diversi tipi di ventilatori radiali vanno dal ventilato-re con rotore a tamburo, costruito in modo relativa-mente leggero fino ai ventilatori radiali ad alta pres-sione, passando dal ventilatore ad alto rendimentocon pale ripiegate all'indietro e munito di distributori.

Un'ulteriore variante dei ventilatori radiali è costitui-ta dal ventilatore tangenziale, utilizzata prevalente-mente per l'impiego con scambiatori di calore oppu-re per il raffreddamento di apparecchi.

5.1.2 Pressione, flusso volumetricoe rendimento

I ventilatori radiali ad alto rendimento con pale ri-piegate all'indietro (non profilate o profilate) si di-stinguono dagli altri ventilatori radiali grazie ai lorirendimenti chiaramente migliori ed alle loro curvepiù ripide. I ventilatori radiali ad alto rendimento co-prono inoltre una gamma di pressioni molto più este-sa. I ventilatori con rotore a tamburo, anche a gran-dezza uguale, forniscono invece un flusso volume-trico d'aria circa due volte maggiore di quello forni-to dai ventilatori ad alto rendimento [5.3].

Figura 5.4Ventilatore con rotore a tamburo-ventilatore radiale

Figura 5.5Ventilatore radiale ad alta pressione

Figura 5.6Ventilatore radiale ad alto rendimento(pale profilate o non profilate)

Figura 5.7 Ventilatore tangenziale

Ventilatori

78

Figura 5.8Settori d'applicazione e rendimento massimo dei ventilatori con rotore a tamburo (tipi TE, a sinistra) e dei ventilatori radialiad alto rendimento (tipi ME, a destra) [5.5]

Pressione totale

Pote

nza s

onor

a LW

A [d

B A]

Pote

nza s

onor

a LW

A [d

B A]

Pressione totale Pressione totale

Flusso volumetrico Flusso volumetrico

Flussovolumetrico

Flusso volumetrico

Velocità del flusso

Pressione dinamica

Pressione totale

Regi

me

del v

entil

ator

eRe

gim

e de

l ven

tilat

ore

Regi

me

del v

entil

ator

eRe

gim

e de

l ven

tilat

ore

Tipi TE

TE 31 ME 31

Tipi ME

Figura 5.9Diagrammi delle curve caratteristiche di un ventilatore con rotore a tamburo (TE 31, a sinistra) e di un ventilatore radialead alto rendimento (ME 31, a destra) a confronto diretto [5.5]

Ventilatori

79

Figura 5.10Settori d'impiego dei ventilatori assiali [5.4]

5.1.3 Generazione di rumore

Se si fa il paragone tra il rumore generato da singo-li ventilatori di tipi di costruzione diversi, al momentodel loro miglior rendimento si nota che non è possi-bile evidenziare differenze sistematiche. A maggiorragione si deve quindi tener conto delle indicazionidei fabbricanti, giacché dettagli di esecuzione o tol-leranze di costruzione possono creare differenzesensibili.

In casi critici vale la pena di prevedere uno spazio diriserva per potere successivamente, qualora ciò sianecessario, incorporare ammortizzatori più lunghi eciò anche se non era stato previsto al momento deicalcoli e del bando di concorso. Generalmente si cal-cola che il rumore supplementare, generato dal ven-tilatore e dovuto all'aumento della pressione neces-saria per vincere le perdite di carico dell'ammortiz-zatore, è circa 10 volte minore dell'attenuazione acu-stica provocata dall'ammortizzatore stesso.

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Ventilatori

80

5.2 Curve caratteristichedei ventilatori

Princìpi

– I ventilatori radiali ad alto rendimento, con pale ri-piegate all'indietro, scelti in modo corretto, con-sumano meno energia e sono meno rumorosi deiventilatori con rotore a tamburo, molto meno co-stosi.

– Nelle applicazioni usuali della tecnica di ventila-zione, anche i ventilatori assiali hanno spesso unrendimento minore di quello dei ventilatori radia-li ad alto rendimento.

Se il progettista vuole valutare ed utilizzare in modocorretto le caratteristiche specifiche dei diversi tipi diventilatori, occorre che egli possegga le più impor-tanti conoscenze basilari della tecnica di ventilazio-ne. Per restare in questo campo a livello di un aiutopratico, si è qui rinunciato a trattare tutta la teoria det-tagliata che può, se necessario, essere reperita neimanuali specializzati. Lo stesso vale per le curve ca-ratteristiche prive di dimensioni che in pratica ven-gono raramente utilizzate.

5.2.1 Ventilatori radiali

Nel settore dei ventilatori radiali si fa una prima di-stinzione a seconda dei diversi angoli formati dallepale all'uscita della ruota.

Figura 5.11Ruota con pale ripiegate all'indietro [5.3](rendimento 70-85%)

Figura 5.12Ruota con pale radiali [5.3] (per la tecnica di trasporto)

Figura 5.13Ruota con pale ripiegate in avanti [5.3](ventilatore con rotore a tamburo, rendimento 50-70%)

Mentre la ruota con pale ripiegate all'indietro rag-giunge il miglior rendimento, la ruota con rotore atamburo, con le sue pale ripiegate in avanti, presen-ta la stessa pressione statica per una velocità perife-rica inferiore. A dimensioni e prestazioni uguali, ilventilatore con rotore a tamburo genera quindi me-no rumore, anche se il suo rendimento è peggiore ela potenza che esso assorbe è più elevata di quelladella ruota con pale ripiegate all'indietro. Questo pa-ragone è bensì utilizzabile, ma non senza aver primapreso in considerazione diversi elementi (cfr. figure5.20 e 5.21).

Ventilatori

81

Le pale radiali vengono utilizzate soprattutto nellatecnica di trasporto dell'aria a causa della loro resi-stenza all'insudiciamento. Nella presente documen-tazione si è rinunciato ad ogni ulteriore commento aquesto proposito.

Il flusso dell'aria nella ruota a pale

Poiché nel ventilatore radiale si tratta di accelerare ilflusso dell'aria mediante la ruota a pale e di trasfor-mare nella chiocciola l'energia cinetica, prodotta inquesto modo, in pressione, la velocità relativa delflusso dell'aria potrebbe essere diminuita già nel ca-nale delle pale e l'energia dinamica essere così tra-sformata in pressione. Ciò ha tuttavia ben chiari li-miti, poiché l'angolo dell'apertura dei diffusori è mol-to limitato.

È questo il motivo per cui, nel caso di rapporti mag-giori, occorre fare in modo di ottenere, mediante unariduzione della larghezza della ruota, una sezionequasi stabile del flusso dell'aria. Nei ventilatori conrotore a tamburo ciò non ha importanza a causa del-la differenza minima delle superfici d'entrata e di usci-ta dei canali delle pale.

Figura 5.14Realizzazione di ruote a pale con o senza restringimento

L'angolo delle pale all'entrata della ruota deve adem-piere alle stesse esigenze in tutti i tipi di ruota. Poichél'entrata dell'aria senza ostacoli avviene in modo ra-diale, l'angolo delle pale si regola a seconda del flus-so volumetrico (ossia secondo la velocità d'entrataradiale, risultante dal flusso volumetrico e dalla su-perficie d'entrata di tutti i canali delle pale) e a se-conda della velocità periferica degli spigoli internidelle pale. Nella maggior parte dei modelli è di circa35°. Sulla base delle indicazioni fornite dalla figura5.15 si ottiene un flusso d'aria con una velocità as-soluta c1 per quanto concerne lo spazio all'entrata delcanale delle pale ed una velocità relativa w1 per quan-to concerne la ruota.

Figura 5.15Triangolo della velocità sulla ruota

u velocità periferica della ruotaw velocità relativa in direzione della curvatu-

ra delle palec velocità assoluta risultante da w e ucu componente periferico di ccm componente radiale di c

Per tutte le grandezze l'indice 1 designa l'inizio,mentre l'indice 2 designa la fine del canale del-le pale.

Appare senz'altro evidente che le pale fortemente ri-curve del ventilatore con rotore a tamburo induconouna velocità assoluta di uscita c2 relativamente piùelevata di quanto non lo facciano le pale molto me-no ricurve di una ruota ripiegata all'indietro che giracon una velocità periferica uguale (figure 5.11 e 5.13).Contemporaneamente appare tuttavia chiaro che nelcaso del ventilatore con rotore a tamburo le perditeper urto sono maggiori e, di conseguenza, deve es-sere minore il rendimento a causa dello spostamen-to dell'aria più critico su un tratto breve. Il fatto cheil ventilatore con rotore a tamburo si è acquistato, ciònonostante, la fama di funzionare con minor rumoreanche a parità di dimensioni è da ascrivere al nume-ro di giri chiaramente minore.

Ventilatori

82

Curva caratteristica teorica e reale

L'aumento della pressione che si può ottenere in teo-ria con un numero infinito di pale e senza tener con-to delle perdite per urto comprende tre componenti:

– aumento statico della pressioneEsso risulta dalla differenza di u2

2 - u12 e dipende

quindi dal rapporto tra il diametro ed il numero deigiri.

– Aumento dinamico della pressioneEsso risulta dalla differenza di c2

2 - c12 e dipende

dall'angolo delle pale b2, dal diametro e dal nu-mero dei giri.

– Ricupero statico della pressioneEsso risulterebbe dalla differenza tra la velocitàrelativa del flusso dell'aria nel canale delle palew1

2- w22. Il guadagno è tuttavia esiguo, poiché, per

i motivi menzionati in precedenza, la differenza divelocità viene mantenuta bassa dal tipo di strut-tura.

Dpth`= [(u22 – u12) + (c22 – c12) +

(w12 – u12)]

r

2

Sulla base dei principali fattori geometrici determi-nanti, per i diversi tipi di ruota a pale risulta un an-damento tipico della differenza di pressione Dpth teo-ricamente ottenibili in funzione della produzione ora-ria del volume d'aria V secondo la figura 5.16. Percompletezza occorre qui rammentare ancora una vol-ta la ruota munita di pale ad estremità radiali.

Figura 5.16Andamento tipico di Dpth

Diff

eren

za d

i pre

ssio

ne o

tteni

bile

in te

oria

Flusso volumetrico dell'aria

A causa di perdite diverse, in caso di flusso effettivonel ventilatore ha luogo un mutamento considere-vole della curva caratteristica teorica. La curva carat-teristica effettiva di un ventilatore può essere sem-pre decrescente oppure presentare un vertice o unpunto di flesso.

Figura 5.17Modificazione della curva caratteristica teorica a causadelle perdite [5.6]

Diff

eren

za to

tale

di p

ress

ione

Dp t

Numero delle pale limitatoPerdite nell'involucro

Attrito

Perdite per urto

Curvacaratteristica

Flusso volumetrico

.

P potenza dell'albero del ventilatore [W]

Dptot differenza totale di pressione [Pa]

V flusso volumetrico [m3/h]

hv rendimento del ventilatore [–]

Ventilatori

83

Poiché i settori d'impiego dei singoli tipi di ventila-tori sono notevolmente grandi, le curve caratteristi-che vengono riportate di regola e per motivi di spa-zio su carta con scala logaritmica doppia. Per i nu-meri di giri che sono presi in considerazione, le cur-ve caratteristiche vengono rappresentate nel settoredei rendimenti e dei punti d'esercizio ottimali. Le cur-ve per la determinazione del fabbisogno di potenza,del rendimento e della potenza sonora vengono diregola parimenti riportate nei diagrammi delle curvecaratteristiche. Un esempio di un diagramma com-pleto delle curve caratteristiche di un ventilatore ra-diale è illustrato alla figura 5.18.

MITTELDRUCKVENTILATORZWEISEITIG SAUGEND MIT RÜCKWARTSGEKRÜMMTEN SCHAUFELN.

VENTILATORE A PRESSIONE MEDIAAPERTURA DOPPIA CON PALE RIPIEGATE ALL'INDIETRO

Figura 5.18 Esempio di un diagramma delle curve caratteristiche [5.5]

Pressione totale

Regi

me

del v

entil

ator

e

Fabb

isog

no d

i pot

enza

Pote

nza

sono

ra

Flusso volumetrico

Velocità del flusso

Esecuzione rinforzata

Pressione dinamica

Numero di paleDiametro della ruotaMomento d'inerziaDensità dell'aria

Sulla base del flusso volumetrico, della pressione to-tale necessaria e del rendimento può essere calcola-ta la potenza dell'albero P del ventilatore.

P =Dptot · Vhv . 3600

.

.

Paragone tra le curve caratteristiche effettive

Per una miglior comprensione delle caratteristichespecifiche del ventilatore seguono alcuni paragonipratici.

Figura 5.19Rotore a tamburo e ruota a pale ad alto rendimento [5.3]

Ruota radiale con pale profilate,ripiegateall'indietro

Ruota a tamburocon pale ripiegatein avanti

Supponiamo che sia data una chiocciola per una ruo-ta della grandezza ME 31 che abbia una sola apertu-ra. Paragoniamo le caratteristiche del ventilatorequando viene utilizzato, a scelta, un rotore a tambu-ro oppure una ruota ad alto rendimento.

Ventilatori

84

Il fatto che nella maggior parte dei libri di testo le ca-ratteristiche di due ruote vengano paragonate nel ca-so di uguali dimensioni causa spesso l'insorgere diproblemi di comprensioni e causa valutazioni errate.Nella figura 5.20 è chiaramente visibile che i miglio-ri rendimenti di ambedue le ruote sono molto lonta-ni l'uno dall'altro. Esse non possono, di conseguen-za, essere adatte per lo stesso punto d'esercizio! Setuttavia, ad esempio, un impianto con un flusso vo-lumetrico determinato presenta una perdita di pres-sione maggiore a causa dell'inserimento di filtri mi-gliori e di un RDC, è spesso razionale istallare nellostesso involucro una ruota ad alto rendimento dellastessa grandezza fisica.

Esempio:supponiamo che le condizioni di funzionamento ini-ziali si trovassero a 2500 m3/h e con una pressione to-tale di 300 Pa. Se la nuova perdita di pressione vieneora aumentata a 400 Pa, si ottiene lo stesso rendi-mento per ambedue i tipi di ruota (58%), anche se nonsi tratta del rendimento migliore. Nel caso di perditedi pressione fino a 1500 Pa, la ruota ad alto rendi-mento diventa sempre migliore, mentre il ventilatorecon rotore a tamburo lavora con un rendimento peg-giore e con un fabbisogno crescente di pressione.

Figura 5.20Diagramma delle curve caratteristiche del ventilatore conrotore a tamburo e del ventilatore radiale ad alto rendi-mento di uguali dimensioni [5.5]

Pressione totale

Flusso volumetrico

Pressione totale

Flusso volumetrico

Regi

me

del v

entil

ator

e

Pote

nza

sono

ra L

WA

[dbA

]

Pote

nza

sono

ra L

WA

[dBA

]

Regi

me

del v

entil

ator

e

ParametroV [m3/h]Dptot [Pa]hv [%]LWA [dB(A)]n [min-1]P [W]

TE 31 ME 31 TE 31 ME 31 TE 31 ME 312500

30060.072.5830345

2500300

52.087.5

2000400

2500500

60.576.5

1120575

2500500

60.588.0

2300575

2500120055.086.0

17801515

2500120071.092.030001175

Tabella 5.1Dati caratteristici del ventilatore con rotore a tamburo TE31 e del ventilatore radiale ad alto rendimento ME 31 [5.5]

Se invece già allo stadio di progettazione è possibi-le scegliere tra il ventilatore con rotore a tamburo ela ruota ad alto rendimento, occorre effettuare il pa-ragone sulla base del miglior rendimento. È questoil motivo per cui il ventilatore con pale ripiegate al-l'indietro verrà scelto per lo più con una grandezzada una a due volte superiore a quella dell'altro.

Figura 5.21 Diagramma delle curve caratteristiche del ventilatore conrotore a tamburo e ventilatore radiale ad alto rendimentodi dimensioni diverse [5.5]

.

.

Ventilatori

85

Sulla base dell'esempio summenzionato, costituitodal paragone tra un ventilatore con rotore a tambu-ro della serie TE 31 con un ventilatore radiale ad al-to rendimento del tipo ME 45 si vede che i punti otti-mali d'esercizio sono vicini.

Facendo un paragone in un punto di funzionamentovicino a quello pratico, risulta in modo chiaro che ilventilatore due volte più grande (e, di conseguenza,naturalmente anche un po' più costoso) presentachiari vantaggi. A 4500 m3/h e 800 Pa, P = 1430 W in-vece di 2025 W, mentre LW è di 77.5 dB(A), invece di84.5 dB(A). In questo caso il ventilatore radiale a ren-dimento elevato non è solo notevolmente miglioresotto l'aspetto energetico, ma anche più silenzioso!Soltanto utilizzando regolazioni di strozzamento ilcomportamento a carico parziale del ventilatore conrotore a tamburo può diventare nuovamente favore-vole (cfr. paragrafo 5.5).

5.2.2 Ventilatori assiali

L'ultimo esempio costituisce una specie di transizio-ne verso i ventilatori assiali che nell'epoca degli ap-

parecchi monoblocco hanno un ruolo un po' subor-dinato. Tuttavia, almeno con le nuove tecniche di ven-tilazione che prendono in considerazione una venti-lazione notturna per il raffreddamento dell'edificio, ilventilatore assiale dovrebbe vivere un periodo di ri-nascita, almeno come modello da soffitto. Ma ancheper la gestione delle masse di accumulazione in ap-plicazioni solari attive e passive, forme più semplicidi ventilatori assiali dovrebbero sempre più essereutilizzate in futuro. I tipi di ventilatori assiali non pos-sono essere classificati semplicemente secondo gliangoli delle loro pale. Viene perciò fatta la distinzio-ne seguente:

– ventilatori ad elica o ventilatori per la circolazio-ne dell'aria senza involucro,

– ventilatori per pareti e per finestre con un anelloo un involucro e

– esecuzioni più costose con pale spostabili, di-stributori, diffusori o persino con ruote anticop-pia.

Figura 5.22Tipi di ventilatori assiali (ventilatore per soffitto, ventilatore per parete, ventilatore ad involucro semplice, ventilatore a pres-sione media con distributore ausiliario e diffusore a mozzo)

Figura 5.23Triangoli della velocità di ventilatori assiali con e senza distributore

Ventilatori

86

Anche nel ventilatore il flusso dell'aria nella ruota vie-ne rappresentato da triangoli d'entrata e di uscita. Laruota imprime un movimento di torsione al flussod'aria che viene eliminato e trasformato in pressio-ne supplementare mediante l'impiego di un distri-butore (prima o dopo la ruota).

La pressione che si può ottenere teoricamente, sen-za considerare le perdite di flusso come nel caso delventilatore radiale, può essere rappresentata comesegue:

Dpth`= [(w12 – w22) + (c22 – c12)]r

2

Contrariamente ai ventilatori radiali, i ventilatori as-siali presentano all'interno del diagramma delle lorocurve caratteristiche una zona pronunciata di stacco,il cosiddetto settore instabile (figura 5.24).

Figura 5.24Rappresentazione schematica delle condizioni di flusso diun ventilatore assiale in diversi stati di strozzamento [5.2]

a Se la portata è nulla, i vortici che si formano al-l'entrata ed all'uscita riempiono tutto lo spazio di-sponibile sia per l'aspirazione, sia per la pressione.

b Funzionamento nel punto più basso della curva ca-ratteristica con stacchi sul retro delle pale all'en-trata.

c Funzionamento al vertice della curva caratteristi-ca con stacco sul retro della pala.

d Funzionamento al rendimento massimo con flus-so regolare.

e Funzionamento in caso di sovraccarico con spo-stamento del flusso verso l'interno.

La maggior parte dei produttori di ventilatori assialiindica nei diagrammi delle curve caratteristiche sol-tanto il settore stabile oppure segna in modo chiaroi limiti di tale settore. Il limite a sinistra del settorestabile è spesso definito come limite di pompaggio.

Per evitare anomalie del funzionamento è necessa-rio che il tecnico della ventilazione conosca la pro-blematica del settore instabile. Se un punto di fun-zionamento si sposta in direzione della zona di stac-co a causa di un dimensionamento difettoso oppuredi modificazioni subentrate nell'impianto, è possibi-le che si verifichino danni ai componenti meccanicidel ventilatore.

Nel caso di un funzionamento nel settore instabile,il pericolo elevato di un danneggiamento meccani-co del ventilatore risiede nel fatto che al momentodi modificazioni minime del sistema si formino vor-tici (del tutto o in parte in modo repentino) e che intal modo gli indici di ricambio d'aria si modifichinoaltrettanto rapidamente. Ciò significa un manife-starsi improvviso di forze sulle pale della ruota.Poiché durante il funzionamento nel settore instabi-le i vortici continuano a formarsi, ciò causa una con-tinua oscillazione avanti e indietro del punto di fun-zionamento.

A causa del fatto che il punto migliore di un ventila-tore assiale è sempre relativamente vicino al verticec e, di conseguenza, all'inizio della zona di stacco, ap-pare sempre più evidente la necessità di un dimen-sionamento estremamente accurato e preciso. Ciò ènecessario soprattutto per il funzionamento di venti-latori assiali posti in parallelo.

Il limite di pompaggio dei ventilatori assiali può es-sere ampiamente evitato per mezzo di un anello distabilizzazione. In tal caso si tratta di una camera aforma di anello o di un anello cilindrico prima dellaruota. Soprattutto nel caso di un funzionamento inparallelo di parecchi ventilatori assiali, è assoluta-mente raccomandata l'istallazione di anelli di stabi-lizzazione. Dati più precisi a questo proposito sonoreperibili nei documenti forniti dal fabbricante.

La figura 5.25 illustra il diagramma delle curve ca-ratteristiche di un ventilatore assiale con 6 ed 8 pale.Il ventilatore con 6 pale raggiunge un rendimentomassimo di circa 83%, mentre quello con 8 pale dicirca 78%.

Ventilatori

87

5.2.3 Ventilatori tangenziali

Esistono i seguenti tipi di ventilatori tangenziali:

– con distributore interno (figura 5.26)

– senza distributore interno ma con involucri dallaforma speciale (figura 5.27).

Figura 5.25Esempio del diagramma delle curve caratteristiche di un ventilatore assiale con 6 (a sinistra) e 8 (a destra) pale regolabili [5.4]

Figura 5.26Ventilatore tangenziale con distributore interno [5.2]

Formazionedei vortici

Ventilatori

88

La figura 5.28 illustra un esempio delle curve carat-teristiche di un ventilatore tangenziale con involucro.

Sulla base del rendimento modesto che raggiungeun massimo di 60% circa e della curva caratteristicache manifesta una chiara tendenza verso l'instabilità,l'utilizzazione dei ventilatori tangenziali è piuttosto li-mitata. Nell'impiantistica i tipici settori d'impiego deiventilatori tangenziali sono i seguenti:

– apparecchi ad induzione– condizionatori– tende d'aria per le porte.

Figura 5.27Ventilatore tangenziale con involucro [5.2]

Figura 5.28Curve caratteristiche di un ventilatore tangenziale coninvolucro [5.2]

5.3 Leggi dei gas,della proporzionalitàe dell'affinità

Princìpi

– Le leggi di conversione servono alla previsionearitmetica quando, a partire dalla curva caratte-ristica nominale di un ventilatore, è necessarioeseguire una conversione in un'altra condizione difunzionamento oppure in modelli simili (di dimen-sioni maggiori o minori).

5.3.1 Influsso della densità dell'aria

I dati forniti dal fabbricante servono sempre per unadeterminata densità dell'aria, precisata nei docu-menti.

Modificazioni della densità dell'aria a velocità dirotazione costante (rispettivamente modificazionedella temperatura assoluta del medesimo fluido tra-sportatore) non causano una modificazione del flus-so volumetrico dell'aria. È questo il motivo per cui iventilatori vengono spesso chiamati macchine flui-dodinamiche. Le pressioni (statiche, dinamiche, to-tali) e, di conseguenza, anche il fabbisogno di potenzamutano proporzionalmente alla densità.

V = costante

Dp1

Dp2

T2

T1

r1

r2= =

T2

T1

P1

P2

r1

r2= =

.

Ventilatori

89

5.3.2 Leggi della proporzionalità

Le leggi della proporzionalità vengono applicatequanto il regime di un ventilatore determinato vienemodificato.

Poiché, in caso di modificazioni del regime, i trian-goli della velocità diventano proporzionalmente piùgrandi o più piccoli sulla base dell'angolo delle paleche rimane costante, anche il flusso volumetrico simodifica in modo proporzionale. Poiché la pressio-ne viene calcolata da w2 · r /2, l'aumento di pressionenel ventilatore si modifica con il quadrato del flussovolumetrico, rispettivamente del numero dei giri.Corrispondentemente cambia il fabbisogno di po-tenza proporzionalmente alla terza potenza del nu-mero dei giri.

V1

V2

n1

n2

= ( )1

.

.

V1

V2

n1

n2

=.

.

V

h

Dptot ·= 571 W=P1 =

.

n1 · V2n2 ==>.

V1.

2000 ·100n2 = = 2500 min-1

80

P1

P2

n1

n2

= ( )3

Dp1

Dp2

n1

n2

= ( )2

Esempio

Un ventilatore gira con 2000 min-1 e trasporta solo80% del flusso volumetrico d'aria desiderato. A qua-le numero di giri deve essere portato per raggiunge-re il valore effettivo?

Rimane ancora soltanto da verificare se il rendimen-to del ventilatore valido per il primo punto di funzio-namento è ancora valido anche per il nuovo punto difunzionamento, oppure se è necessario tener contodel rendimento diverso. Questa conversione avvie-ne come segue:

P2P2 = ==> = 71 W8

5718

P2 ·h1P2 eff =h2

Esempio

Il flusso volumetrico dell'aria di un ventilatore puòessere ridotto da 3600 m3/h alla metà grazie ad un mi-gliore tecnica d'immissione dell'aria nei locali. Con3600 m3/h e con un rendimento totale del 70%, essodoveva generare una pressione totale di 400 Pa. Nondeve essere mantenuta alcuna contropressione perregolatori del flusso volumetrico o simili.

400 · 36000.7 · 3600

36001800

V1

V2

n1

n2

= = = 2

23= 8

.

.

P1

P2

n1 3

n2

= ( ) =

Ventilatori

90

5.3.3 Leggi dell'affinità

Le leggi dell'affinità sono applicate ai ventilatori chehanno uno stesso numero di giri, che sono geome-tricamente simili e le cui dimensioni vengono au-mentate o diminuite proporzionalmente. Ciò signifi-ca che gli angoli rimangono uguali e che tutte le mi-sure vengono modificate con un fattore costante.

V1

V2

d1

d2

= ( )3

.

.

V1

V2

d1

d2

= ( )3

3

3

.

.

n2

n2

=V2

V2

.

.

V2

.V2

.

V2(d1/d2)

=. .

P1

P2

d1

d2

= ( )5

d1

d2

= ( )2Dptot1

Dptot2

Esempio

Un ventilatore con un diametro della ruota d1 = 315mm trasporta a n = 1000 min-1 un flusso volumetricodi V1 = 1500 m3/h. A quale velocità dovrebbe girareun ventilatore simile con un diametro della ruota d2= 250 mm per trasportare la stessa quantità?

Secondo la legge delle affinità:

V1=>

n2/

=n2=>

V2(315/250)

= = 750 m3 /h. 1500

n2750/1500

= = 2000 min-11000

Secondo la legge della proporzionalità:

5.4 Curva caratteristicadella retee punto di funzionamento

Princìpi

– La determinazione del punto di funzionamento co-stituisce la base per la comprensione delle corre-lazioni nel settore idraulico. Nel quadro di RAVELci si limita tuttavia a rimandare alla bibliografiaspecializzata.

La perdita di pressione in una determinata rete deicanali d'aerazione è composta dalla somma di tuttele perdite di carico singole e delle perdite di cariconei tubi lungo tutto il passaggio dell'aria. La maggiorparte di questi elementi di resistenza vengono attra-versati in modo turbolento e modificano la propriaresistenza proporzionalmente alla pressione dinami-ca e, di conseguenza, al quadrato della modificazio-ne del flusso volumetrico. Le perdite di carico singo-le in un regime laminare con una dipendenza linea-re tra la perdita di pressione ed il flusso volumetricodell'aria sono molto rare a causa delle velocità usua-li. Esse si manifestano praticamente soltanto nei fil-tri di materiale in sospensione, nei quali le velocitànel substrato del filtro sono di 2 cm/s.

Figura 5.29Curva caratteristica della rete nel caso di un flusso turbo-lento1: senza pressione all'entrata2: con pressione costante all'entrata

(ad es. per i regolatori automatici del flusso volumetrico)

Diff

eren

za d

i pre

ssio

ne p

[%]

Flusso volumetrico V [%].

.

Ventilatori

91

Se un ventilatore deve convogliare il proprio flussovolumetrico attraverso una rete di tubi con una cur-va caratteristica della rete ben determinata, il puntodi funzionamento si trova nel punto in cui s'interse-cano la curva caratteristica del ventilatore e la curvacaratteristica della rete.

Una rappresentazione differenziata delle più diversecombinazioni delle curve caratteristiche della rete e deiventilatori si trova, ad esempio, in [5.1, capitolo 7.7].

Figura 5.30Punto di funzionamento nel punto d'intersezione tra la cur-va caratteristica del ventilatore e la curva caratteristica del-la rete1: curva caratteristica della rete senza pressione all'entrata2: curva caratteristica della rete con pressione costante

all'entrata3: curva caratteristica del ventilatore

Flusso volumetrico V [%]

Diff

eren

za d

i pre

ssio

ne p

[%]

Figura 5.31Punto di funzionamento, rappresentazione delle curve ca-ratteristiche su carta con scala logaritmica doppia

Flusso volumetrico V [%]

Diff

eren

za d

i pre

ssio

ne p

[%]

5.5 Possibilità di regolazione

Princìpi

– La possibilità di regolazione ha un ruolo molto im-portante per il risparmio dell'energia elettrica.

– La regolazione mediante by-pass deve essere evi-tata.

– Nel caso di ventilatori radiali, la regolazione pertorsione ha un campo di applicazione molto ri-stretto e viene sostituita sempre più dalla regola-zione del numero di giri, a causa della complessitàmeccanica del sistema.

– La regolazione per strozzamento può trovare unagiustificazione nel caso di piccoli ventilatori con ro-tore a tamburo.

– La regolazione del numero di giri è la soluzione piùelegante per tutti i tipi di ventilatori.

Nei moderni impianti di ventilazione e di condizio-namento esistono parecchi motivi per variare il flus-so volumetrico dell'aria gradualmente o in modocontinuo. Nel caso di condizioni meteorologicheestreme in estate ed in inverno, un adattamento delflusso volumetrico dell'aria adeguato al fabbisognopermette una riduzione del consumo d'energia per iltrattamento dell'aria. Poiché secondo il paragrafo5.3.2 il fabbisogno di potenza all'albero del ventila-tore cambia proporzionalmente alla terza potenza delnumero di giri, rispettivamente del flusso volumetri-co dell'aria, il funzionamento adeguato al fabbisognoriveste grande importanza, soprattutto per la ridu-zione del consumo dell'energia necessaria al tra-sporto dell'aria.

Per i ventilatori radiali esistono le possibilità di re-golazione seguenti:

– regolazione del numero di giri

– regolazione della torsione

– regolazione mediante by-pass

– regolazione per strozzamento

.

.

• cinghie trapezoidali regolabili • modificazione del numero di giri del motore

(capitolo 6)

• distributori per angolo d'entrata

• valvola di cortocircuito

• valvola di strozzamento

Ventilatori

92

Per l'utilizzazione razionale dell'energia elettrica è in-teressante non solo la potenza necessaria per il fun-zionamento dell'albero del ventilatore, bensì anchela potenza elettrica che deve essere prelevata dallarete. Le figure seguenti forniscono una panoramicaqualitativa sulle correlazioni. L'osservazione di que-ste figure indica che la regolazione del numero di gi-ri non presenta vantaggi soltanto per quanto con-cerne il consumo d'energia, bensì anche per quantoriguarda il livello di rumore.

Figura 5.32Fabbisogno di potenza nel caso di un flusso volumetricovariabile [5.3]

P/P n

om (p

oten

za a

ll'al

bero

del

ven

tilat

ore)

Valvola di strozzamento

Regolatore della torsioneRegolatore della torsione

Regolazionenumero di giri

V / Vott.. .

P el /

Pel o

tt.



V / Vott.. .

Figura 5.33Potenza reale assorbita nel caso di un flusso volumetricovariabile [5.3]

Figura 5.34Livello del rumore nel caso di un flusso volumetrico varia-bile [5.3]

Ventilatori

93

Regolazione mediante by-pass

La regolazione mediante by-pass non potrà mai es-sere utilizzata nel quadro di un impiego razionale del-l'energia elettrica. Mentre il flusso volumetrico del-l'aria verso la rete può essere ridotto, aumenta inve-ce il flusso volumetrico attraverso il ventilatore. Neconsegue un aumento molto notevole della potenzaassorbita.

L'esempio della figura 5.35 mostra che mediante l'a-pertura del by-pass il flusso volumetrico nella retediminuisce da 1 a 4 (ossia da 60000 a 48000 m3/h) eche, contemporaneamente, il ventilatore trasportauna maggiore quantità d'aria (76000 m3/h) a causadella diminuzione del livello della pressione. Il ren-dimento diminuisce da 80 a 59%. Il risultato della re-golazione mediante by-pass consiste quindi in unadiminuzione dell'aria trasportata e in un aumento delconsumo di energia elettrica!

Nei ventilatori con rotore a tamburo potrebbe perfi-no succedere che il punto di funzionamento si spostiin modo tale all'apertura del by-pass da causare unaumento del flusso volumetrico nella rete.La

in d

B(A

)

Regolatore della torsione



Flusso volumetrico

Potenza max assorbitaParte della rete By-pass

Portata del ventilatore

Aum

ento

tota

le d

ella

pre

ssio

ne

V / Vott.. .

Figura 5.35Esempio di una regolazione mediante by-pass [5.3]

Ventilatori

94

Regolazione per strozzamento

Per i piccoli ventilatori nel caso concreto occorre ve-rificare come si comporta la potenza assorbita per unsemplice strozzamento nel settore previsto del flus-so volumetrico. Rispetto alla regolazione del nume-ro di giri, la regolazione per strozzamento può even-tualmente essere migliore sotto l'aspetto energetico,giacché le perdite dovute alla regolazione del nume-ro di giri nei piccoli motori e nel caso di piccole de-viazioni del flusso volumetrico nominale dell'aria po-trebbero essere maggiori. Se la regolazione per stroz-zamento dovesse trovare la propria applicazione nelcaso di piccoli motori, occorre fare in modo che ilpunto di funzionamento più frequente si trovi nellazona di rendimento ottimale. In ogni caso occorrescegliere, se possibile, la portata massima a destradel settore di rendimento ottimale. Le figure 5.36 e5.37 mostrano che il ventilatore con rotore a tambu-ro è più adatto per la semplice regolazione per stroz-zamento del ventilatore radiale ad alto rendimento,in cui la potenza assorbita diminuisce di poco a cau-sa dell'aumento della pressione statica.

Figura 5.36Regolazione per strozzamento di un ventilatore con rotorea tamburo. Flusso volumetrico da 100 a 50%, potenza as-sorbita da 100 a 46%

Pressione totale

Flusso volumetrico

Regi

me

del v

entil

ator

e

Pote

nza

sono

ra L

WA

[dBA

]

Figura 5.37Regolazione per strozzamento di un ventilatore radiale adalto rendimento. Flusso volumetrico da 100 a 50%, poten-za assorbita da 100 a 77%

Pressione totale

Flusso volumetrico

Regi

me

del v

entil

ator

e

Pote

nza

sono

ra L

WA

[dBA

]

Ventilatori

95

Regolazione a torsione

Un mezzo economico per ridurre progressivamentei flussi volumetrici a circa 2/3 del valore massimo con-siste nella regolazione a torsione mediante pale di-rettrici regolabili. A seconda del tipo di raccordo edello spazio a disposizione per l'aspirazione, si puòfare una scelta tra due distributori a flusso assiale edun distributore a flusso radiale.

Nel caso dei ventilatori assiali, la torsione sarà ge-nerata sulla ruota sia mediante un distributore, siamediante una prerotazione della ruota stessa.

Regolatorea torsione

Ruota Ruota RuotaRuota




Figura 5.38Diversi tipi di regolatori a torsione [5.1]

Il regolatore a torsione genera una torsione all'en-trata della ruota e modifica, di conseguenza, la dire-zione d'entrata dell'aria nel canale delle pale. È cosìpossibile generare una torsione di movimento iden-tico o opposto.

Figura 5.39Torsione di uguale direzione [5.3] (c1u positiva, diminuzio-ne del flusso volumetrico)

Pala

Pala

Figura 5.40Torsione in senso contrario [5.3] (c1u negativa, aumento delflusso volumetrico. Utilizzato in pratica, tuttavia, solo neiventilatori assiali)

I regolatori a torsione sono adatti solo per i ventila-tori radiali ad alto rendimento e per i ventilatori as-siali. Nel caso dei ventilatori con rotore a tamburo,che hanno i canali delle pale relativamente larghi, simanifesterebbero forti flussi secondari tridimensio-nali, con le perdite e le instabilità conseguenti.

Ad ogni posizione delle pale direttrici nasce una nuo-va curva caratteristica del ventilatore che si trova aldi sotto della curva caratteristica nel caso che il re-golatore sia completamente aperto.

Pur facendo astrazione del fatto che i punti di fun-zionamento nel caso della regolazione a torsione sispostano nella zona di rendimento ottimale, sia il flus-so volumetrico, sia la pressione diminuiscono nellamisura desiderata. Ambedue sono assolutamente incontrapposizione con la regolazione per strozza-mento.

La figura 5.41 illustra un esempio dell'effetto di unaregolazione a torsione e di una regolazione per stroz-zamento per la riduzione del flusso volumetrico del-l'aria a circa 2/3 del valore iniziale. Mediante la rego-lazione a torsione il punto di funzionamento si spo-sta da 1 a 3, con la regolazione per strozzamento da1 a 2. In questo modo la potenza assorbita diminui-sce nel caso della regolazione per strozzamento so-lo fino a circa 70%, mentre in quello della regolazio-ne a torsione fino a circa 50%.

Ventilatori

96

Se si vuole regolare mantenendo una pressione o unflusso volumetrico costanti, occorre fare in modo chei punti di funzionamento più frequenti siano situatinella gamma di rendimento ottimale.

Qualora si debba eseguire la regolazione sulla basedella curva caratteristica della rete, per ottenere unagamma di regolazione più ampia, per il ventilatorepuò essere utilizzato un motore a due stadi.

Figura 5.41Regolazione a torsione paragonata alla regolazione perstrozzamento [5.3]

Curva caratteristica degli impianti

Flusso volumetrico Riduzione desiderata

del flusso volumetrico

Aum

ento

nec

essa

rio d

ella

pre

ssio

ne p

er

una

rego

lazi

one

per s

troz

zam

ento

Potenza di funzionamento P

W

Angolo delle pale a

Rego

lato

re a

tors

ione

- an

golo

del

le p

ale a

Aum

ento

tota

le d

ella

pre

ssio

ne

Dpt

Flusso volumetrico

Aum

ento

tota

le d

ella

pre

ssio

ne

Dpt

1 Punto di funzionamento nel caso di flusso volu-metrico nominale e pressione nominale

2 Punto di funzionamento nel caso di flusso volu-metrico ridotto mediante regolazione per strozza-mento

3 Punto di funzionamento nel caso di flusso volu-metrico ridotto mediante regolazione a torsione Figura 5.42

Controllo dei punti di funzionamento nell'ambito del setto-re di regolazione [5.3]

Figura 5.43Combinazione di regolazione del numero di giri e regola-zione a torsione [5.3]

Ventilatori

97

Regolazione del numero di giri

La soluzione senza dubbio più elegante per il venti-latore è costituita dalla regolazione del numero di gi-ri. I progressi già effettuati e quelli futuri nel settoredella regolazione dei motori (cfr. capitolo 6) offronoal ventilatore con la regolazione del numero di giri lemigliori opportunità per il futuro. Un ulteriore mi-glioramento può essere raggiunto rinunciando alfunzionamento mediante la cinghia. In futuro l'albe-ro motore dovrebbe essere unito direttamente allaruota. Quest'ultima dovrebbe avere la propria sedein un involucro leggero ed a buona tenuta stagna,motivo per cui occorre tuttavia fare in modo che l'in-volucro possa essere sufficiente sotto l'aspetto fo-notecnico. Questo tipo di costruzione è già stato rea-lizzato per il ventilatore assiale.

Per terminare, la figura 5.44 fornisce ancora un pa-ragone tra il fabbisogno di potenza di un ventilatorecon regolazione del numero di giri ed il fabbisognodi potenza di un ventilatore a parecchi stadi con re-golazione a torsione.

Punto di funzionamento iniziale

Flusso volumetrico

Rego

lato

re a

tors

ione

- an

golo

del

le p

ale a

Aum

ento

tota

le d

ella

pre

ssio

ne D

pt

Num

ero

di g

iri

Figura 5.44Fabbisogno di potenza per la regolazione a torsione in com-binazione con un motore con numero di poli variabile in pa-ragone con la regolazione del numero di giri [5.1]

Pote

nza

della

ruot

a P L

/ PL,

max

Flusso volumetrico V / V max. .

Regolatore a torsioneRegolazione del numero di giri

Ventilatori

98

5.6 Perditedurante il montaggio

I diagrammi delle curve caratteristiche dei ventilato-ri vengono stabiliti dopo prove effettuate su banchidi prova normalizzati. Un ventilatore supera le per-dite di pressione degli apparecchi per la misurazio-ne del flusso volumetrico. Il ventilatore in prova vie-ne inserito nel sistema in modo tale che aspira libe-ramente e scarica sotto controllo.

Nella prassi i ventilatori aspirano e soffiano semprein una rete di canali oppure in un elemento mono-blocco limitato nello spazio.

La perdita dal lato dell'aspirazione e da quello dellapressione può essere calcolata mediante coefficien-ti di resistenza reperibili nella bibliografia specializ-zata. Nel caso di un montaggio razionale, sia dal la-to dell'aspirazione, sia da quello dello scarico dell'a-ria, si valuta che tali valori siano situati tra 1 e 2.

Se i ventilatori vengono raccordati direttamente a si-stemi di canali ed a sistemi di tubi, i pezzi di transitonei raccordi devono essere eseguiti in modo moltoaccurato, onde poter ottenere risultati migliori chenon con un monoblocco di buona qualità.


[5.1] Arbeitskreis der Dozenten für KlimatechnikLehrbuch der KlimatechnikBand 3, BauelementeVerlag C.F. Müller, Karlsruhe, 2. AuflageISBN 3-7880-7207-5

[5.2] Bruno EckVentilatorenSpringer-Verlag, 5. AuflageISBN 3-540-05600-9

[5.3] J. LexisRadialventilatoren in der PraxisGentner Verlag StuttgartISBN 3-87247-278 x

[5.4] Novenco VariaxTellus - Variable pitch axial flow fansDK-4700 Naestved

[5.5] Paul Wirz AGVentilatorenbau3000 Bern 22

[5.6] Recknagel, Sprenger, HönmannTaschenbuch für Heizung und KlimatechnikVerlag Oldenbourg, Ausgabe 1992/93

Sistemi di azionamento per ventilatori

99

6.1 Approvvigionamento di energia elettrica 1016.1.1 Sicurezza di approvvigionamento 1016.1.2 Frequenza e tensione 1026.1.3 Disturbi sulla rete elettrica 102

6.2 Motori elettrici (motori trifase asincroni) 1036.2.1 Tipi di costruzione 1036.2.2 Normalizzazione 1046.2.3 Caratteristiche generali dei motori a gabbia di scoiattolo 108

6.3 Misurazione della potenza 113

6.4 Trasmissione 114

6.5 Regolazione del numero di giri 1156.5.1 Modificazione del numero di paia di poli 1156.5.2 Modificazione dello slittamento 1176.5.3 Regolazione con tiristori 1176.5.4 Regolazione a comando di frequenza 1176.5.5 Modificazione del rendimento 119

6.6 Protezione contro le esplosioni 120

6.7 Acustica 120


6. Sistemi di azionamento per ventilatori


101

Nella presente documentazione il sistema di aziona-mento dei ventilatori viene considerato come unacombinazione tra – approvvigionamento di energia elettrica,– meccanismo di azionamento (motore) e– trasmissione.

Nella tecnica di ventilazione e di condizionamentoper l'azionamento dei ventilatori vengono utilizzati inpratica esclusivamente motori elettrici. L'approv-vigionamento energetico viene quindi considerato inrapporto all'energia elettrica.

Sulla base del fatto che già oggi la maggior parte ditutti i motori elettrici è costituita da motori ad indu-zione, le osservazioni seguenti si concentrano suimotori trifase asincroni con una potenza variabile tra100 W e 100 kW.

Recentemente si annette nuovamente importanza altermine «trasmissione», poiché da un lato si osservauna certa tendenza a sostituire la cinghia trapezoi-dale con la cinghia piana, mentre dall'altro, a causadella regolazione della velocità dei motori, si può ri-tornare all'accoppiamento diretto mediante un giun-to per alberi.

In ogni caso il sistema di azionamento deve sempreessere considerato in combinazione con la macchi-na operatrice ed il comando eventuale della potenzadi quest'ultima nella rete dell'impianto idraulico,nonché della sua utilizzazione sul piano pratico.

Un'utilizzazione ottimale dell'energia elettrica si ba-sa su un'interazione ideale di questi componenti.

6.1 Approvvigionamentodi energia elettrica

Come già rammentato all'inizio, le macchine opera-trici utilizzate per il trasporto di flussi volumetrici d'a-ria, nella maggioranza dei casi vengono fatte funzio-nare per mezzo di motori asincroni muniti di rotorea gabbia e, di conseguenza, alimentati con correnteelettrica trifase.

A questo punto non esistono né lo spazio necessa-rio, né la necessità di una descrizione della produ-zione di corrente elettrica, del trasporto e della tra-sformazione della stessa nella corrente necessariaper i motori utilizzati nell'impiantistica. Il nostro pun-to d'interazione è costituito dalla rete di elettricità abassa tensione sostituita, se del caso, dal gruppo elet-trogeno di emergenza o da un generatore di forza edi calore privato (GFC).

6.1.1 Sicurezza di approvvigionamento

Per le regioni svizzere che non sono troppo isolatel'approvvigionamento è garantito in modo suffi-ciente e tale da non rendere quindi generalmente ne-cessario prevedere un gruppo elettrogeno di emer-genza per gli impianti di ventilazione. Osservazionieseguite sull'arco di parecchi anni all'ospedale uni-versitario di Zurigo hanno dimostrato, ad esempio,che le interruzioni dell'erogazione dell'energia elet-trica ai morsetti dei motori degli impianti di ventila-zione in oltre il 90% dei casi erano dovute a guastitra la stazione di trasformazione dell'edificio ed imorsetti del motore. Per questo motivo anche le sta-zioni di ventilazione per le sale operatorie ed il re-parto cure intense non sono allacciate a reti di emer-genza.

Ovviamente deve esistere un concetto di comporta-mento da adottare durante le interruzioni di corren-te elettrica previste, ad esempio durante le prove ese-guite con impianti per la corrente d'emergenza. In ca-si particolarmente delicati (ad es. reparti sterili) ven-gono mantenute solo le funzioni che permettono ilmantenimento di una pressione minima.

Prima che il tecnico della ventilazione accampi pre-tese per quanto concerne la necessità di una rete perla corrente d'emergenza, dovrebbe essere eseguitaun'analisi accurata delle conseguenze di una lungainterruzione di corrente elettrica, tenendo conto ditutti gli influssi attenuanti e di tutte le misure che pos-sono essere adottate nell'ambito dell'esercizio.

6. Sistemi di azionamento per ventilatori


102

Per le regioni isolate le aziende elettriche fornisconoinformazioni concernenti la frequenza e la durata del-le interruzioni di energia elettrica avvenute.

6.1.2 Frequenza e tensione

Al momento la Svizzera sta preparandosi al cambia-mento di tensione della rete elettrica previsto perl'Europa.Le tensioni ancora utilizzate oggi e la nuova tensio-ne normalizzata per tutta l'Europa sono riunite nellafigura 6.1.

Figura 6.1Adattamento della tensione in Europa a 230/400 V 50 Hz

Vecchia in CH(220 V)

da 220 a 230 V da 240 a 230 V Nuova in Europa a partire dal 2003

Durante il funzionamento di un motore al limite in-feriore della tolleranza di tensione della rete, le con-seguenze sono le seguenti:

negative lo slittamento aumentail numero di giri diminuisceaumenta il pericolo di sovraccaricotermicodiminuisce il rendimento

neutre la coppia di avviamento diminuisce

positive il coseno phi aumentala corrente di avviamento diminuisce

L'influsso della tensione della rete sulla potenza rea-le è espressa dalla formula seguente:

P = PN ( )aUUN

P potenze reali alla tensione UPN potenza reale nominale alla tensione UNU tensione effettivaUN tensione nominalea esponente dell'influsso della tensione

Per i motori l'esponente a = 0. Nei motori la tensio-ne non ha quindi influsso alcuno sulla potenza reale.In contrapposizione a ciò, l'esponente raggiunge adesempio, nelle lampade ad incandescenza, un valo-re di a = 1.6 e negli apparecchi di riscaldamento unvalore di a = 2.0.

L'aumento della tensione sulla rete è favorevole alleaziende elettriche, giacché in questo modo le perdi-te dovute al trasporto diminuiscono leggermente emigliora, di conseguenza, la capacità di trasporto del-le reti esistenti.

Attenzione: i riscaldamenti elettrici e gli aeroterminon regolati hanno un consumo di elet-tricità superiore del 20% quando la ten-sione aumenta al limite superiore.

La frequenza della corrente elettrica trifase delle no-stre reti è di 50 Hz, mentre la frequenza normalizzatanegli USA ed in Canada è di 60 Hz. Anche nei paesidell'Europa dell'est si lavora parimenti con 50 Hz.

Questi presupposti differenti hanno la conseguenzache i motori con un numero uguale di poli ruotanopiù rapidamente a 60 Hz e, con un momento ugualedella coppia, forniscono di conseguenza una poten-za più elevata.

Poiché il fabbisogno di potenza delle macchine flui-dodinamiche, ad un numero più elevato di giri, au-menta più fortemente che non la potenza fornita dalmotore, possono insorgere dei problemi. Nel casocontrario la conseguenza sarebbe una diminuzionedel volume d'aria.

6.1.3 Disturbi sulla rete elettrica

Nei capitoli 6.5.3 «Regolazione con tiristori» e 6.5.4«Regolazione a comando di frequenza» ci occupere-mo del tema concernente il disturbo causato dalle ar-moniche superiori.

Per gli azionamenti di piccole dimensioni, per i qua-li vengono scelti prevalentemente, per motivi eco-nomici, motori a corrente alternata monofase, oc-corre fare in modo di salvaguardare l'equilibrio tra letre fasi della rete.


103

6.2 Motori elettrici(motori trifase asincroni)

I motori con rotore esterno sono molto diffusi nellacostruzione dei ventilatori. L'avvolgimento dello sta-tore si trova nella parte più interna del motore, co-sicché le sue spire di rame sono molto strette l'unacontro l'altra. Il motore ruota attorno allo statore, cherimane fisso. Sotto l'aspetto costruttivo ciò presentail vantaggio che la ruota del ventilatore può esserefissata direttamente sul motore stesso. L'eliminazio-ne della cinghia di trasmissione, causa di molte per-dite, ha portato, onde poter adeguare il numero di gi-ri, ad un'ampia diffusione della regolazione median-te modificazione dello slittamento. Questo tipo di re-golazione, pure fonte di molte perdite e per di più cau-sa di molti disturbi, avviene mediante una riduzionedella tensione.

Princìpi

– Nonostante la loro buona qualità, i piccoli motoriutilizzati per l'azionamento di ventilatori non su-perano rendimenti da 80 a 90%.

– I motori a poli spaccati ed i motori a collettore, uti-lizzati soprattutto per i rotori esterni, hanno un ren-dimento notevolmente minore che oscilla dal 30al 50%.

– All'IHS 1993 sono stati presentati nuovi motori conrotore esterno ed a commutazione elettronica, daiquali ci si può attendere un miglioramento note-vole (soprattutto in rapporto con la regolazione deigiri adatta a questo scopo).

– La normalizzazione è insufficiente e non corri-sponde allo spirito di RAVEL. Manca un obbligo didichiarazione dei rendimenti da parte del produt-tore per un'ampia gamma di velocità di rotazionee di potenze a carico parziale.

6.2.1 Tipi di costruzione

Nel motore a gabbia di scoiattolo (trifase o monofa-se) il rotore consiste di un corpo cilindrico di lamie-ra munito di scanalature, nelle quali sono sistematedelle sbarre che alle due estremità sono collegate conuna gabbia chiusa, ossia cortocircuitate. Per potersimettere in movimento, il motore deve avere una fre-quenza di rotazione minore di quella dello statore, ciòche gli permette di girare in modo asincrono.

Il rendimento del motore viene aumentato da undimensionamento generoso dei componenti dellostatore.

Figura 6.2Spaccato di un motore trifase a gabbia di scoiattolo [6.2](tipo di protezione IP 54.862021)

Figura 6.3 Ventilatore compatto con regolazione del numero di girimediante modificazione dello slittamento


104

Nuovi sviluppi di motori a rotori esterni, con eccita-zione permanente (magneti permanenti nel rotore)permettono tuttavia di attendersi dei miglioramenti.All'IHS 1993 sono state presentate diverse forme diventilatori (assiali, tangenziali, radiali) muniti di talimotori. I dati tecnici dovrebbero essere a disposizio-ne a partire dalla primavera del 1994.

6.2.2 Normalizzazione

Nel nostro Paese esistono due organismi internazio-nali che si occupano della pubblicazione di normeconcernenti i motori. Si tratta della CEI (Commissioneelettrotecnica internazionale) e del CENELEC (Comi-tato europeo di normalizzazione elettrotecnica). InEuropa le norme nazionali corrispondono in misurasempre maggiore a quelle del CENELEC e della CEI.

Il rispetto di queste norme garantisce che i motori IECsono interscambiabili l'uno con l'altro per quantoconcerne le dimensioni strutturali e le potenze.

Non esistono ancora valori limite normalizzati perquanto concerne i dati elettrici d'esercizio, quali il ren-dimento, il fattore di potenza (cos phi), la coppia e loslittamento. Lo spirito di competizione che regna at-tualmente fa tuttavia pensare ad certa normalizza-zione, benché non si noti ancora chiaramente una ve-ra tendenza verso rendimenti più elevati.

La dispersione tra rendimenti buoni e meno buonidei motori che vengono offerti oggi sul mercato sviz-zero si situa, ad esempio, per un motore a quattro po-li di 55 kW, tra l'85 ed il 94%. In un prossimo futurosi potranno riscontrare ottimi rendimenti, dell'ordinedel 95%, nei motori di serie normalizzati di grandi di-mensioni.

Generalmente peggiori per quanto concerne il ren-dimento sono i motori a poli spaccati ed i motori acollettore. Di questo gruppo fanno parte anche i mo-tori a rotore esterno, diffusi su scala mondiale. I da-ti forniti dai produttori non permettono di farsi diret-tamente un'idea in merito ai rendimenti di tali siste-mi. Si può tuttavia partire dal presupposto che i ren-dimenti globali dei motori e dei ventilatori, nono-stante l'eliminazione delle perdite dovute alle cinghietrapezoidali, variano da 10 fino a 15% circa.

Per aumentare i rendimenti sono necessari sforzi te-si ad ottenere un obbligo di dichiarazione dei dati elet-trotecnici più importanti dei motori e del loro sistemadi regolazione eventuale. Contemporaneamente ri-vestono grande interesse anche i rendimenti a carico

parziale. Una regolamentazione a questo propositoviene elaborata attualmente nel quadro del Decretosull'utilizzazione dell'energia della Confederazione.

6.2.2.1 Grandezza, stadi di potenza nominalie tipo di protezione

La grandezza dei motori normalizzati di un deter-minato tipo di costruzione, il numero di poli e lapotenza nominale vengono determinati in funzionedell'altezza dell'asse, di una lettera complementare(S, M oppure L), nonché dal tipo di protezione.

GrandezzaAltezza dell'asse[mm]

Potenza nominale [kW]Motori a gabbia di scoiattolo

IP 54 IP 23

56 0,060,090,120,180,250,370,550,751,11,52,2345,57,5

11 1115 15

– 18,518,50 2222 30– –

30 3737 4545 55

5663637171808090S90L

100L100L112L132S132M160M160L160L180M180L200M200L225S225M

Tabella 6.1Parametri di motori normalizzati a quattro poli [6.2]


105

Secondo la pubblicazione CEI 34-5, il tipo di prote-zione viene indicato mediante l'abbreviazione IP(International Protection) seguita da due cifre carat-teristiche, ad esempio IP 54.

– La prima cifra caratteristica indica il tipo di prote-zione dai contatti accidentali e la protezione dacorpi estranei.

– La seconda cifra caratteristica fornisce informa-zioni concernenti la protezione dall'acqua.

I tipi di protezione più usati nell'impiantistica sonoriassunti brevemente nella tabella 6.2.

6.2.2.2 Tipo di raffreddamento,classi di materiali isolantie scelta della grandezza del motore

Il tipo di raffreddamento necessario ed il carico am-missibile dipendono dalla classe dei materiali isolantiutilizzati e dai parametri di raffreddamento esterni,nonché dall'altitudine del luogo e dalla temperaturaambiente.

Il tipo di raffreddamento viene definito mediante ledue lettere IC (per Internal Cooling), seguite da duenumeri ad una o a due cifre.

La tabella 6.3 contiene alcuni esempi d'identificazio-ne del tipo di raffreddamento del motore con un so-lo circuito di raffreddamento. Le cifre caratteristichehanno il significato seguente:– la prima cifra descrive il tipo di circolazione del

mezzo refrigerante.– la seconda cifra descrive il tipo di azionamento

utilizzato per spostare il mezzo refrigerante.

Motore Tipo diprote-zione

Raffred- IP 21damentointerno

IP 22

IP 23

Raffred- IP 44damento insuperficie

IP 54

IP 55

IP 65

IP 67

1ª cifracaratteristicaProtezionecontroi contatti

Contattocon le dita

Contatto conutensili o simili

Protezionetotaledai contatti

Protezionetotaledai contatti

Protezione daicorpi estranei

Corpi estraneisolidi, di mediagrandezzacon d > 12 mm

Corpi estraneisolidi, piccolicon d > 1 mm

Depositi nocividi polvere

Protezionecontro lapenetrazionedella polvere

2ª cifracaratteristicaProtezionedall'acqua

Stillicidioverticale

Stillicidio obli-quo fino a 15°

Acqua nebuliz-zata, obliqua,fino a 60°

Spruzzi d'ac-qua da tuttele direzioni

Spruzzi d'ac-qua da tutte ledirezioni

Getti d'acquada tutte le di-rezioni

Getti d'acquada tuttele direzioni

Motoresott'acquain condizionidi pressionee di tempostabilite

Tabella 6.2 Tipi di protezione dei motori

Tabella 6.3 Identificazione del tipo di raffreddamento dei motori conun circuito di raffreddamento

Identi-ficazione Breve descrizione

IC 01 Macchina con entrata ed uscita dell'aria libere,autoventilazione

IC 06 Macchina con entrata ed uscita dell'aria libere, raf-freddamento mediante ventilatore fissato alla mac-china, ma con azionamento separato

IC 11 Macchina con raccordo per tubi, un canale d'addu-zione, raffreddamento indipendente

IC 17 Macchina con raccordo per tubi, un canale d'ad-duzione, ventilatore separato con azionamentoindipendente

IC 21 Macchina con raccordo per tubi, un canale d'usci-ta, raffreddamento indipendente

IC 27 Macchina con raccordo per tubi, un canale d'usci-ta, ventilatore separato con azionamento indipen-dente

IC 31 Macchina con raccordo per tubi, canale d'entrata ed'uscita, raffreddamento indipendente

IC 37 Macchina con raccordo per tubi, canale d'entrata ed'uscita, ventilatore separato con azionamentoindipendente

IC 41 Raffreddamento indipendente in superficie

IC 51 Macchina con scambiatore di calore incorporato eraffreddato dall'aria ambiente, raffreddamentoindipendente

PM = cH · PN

PM potenza del motore per l'altitudine diubicazione H

PN potenza nominale del motore a 1000 m s.l.m.

cH fattore di correzione per l'altitudine di ubica-zione H secondo la tabella 6.6

Temperaturadel mezzorefrigerantet [°C]

Fattore di correzione ctper la classe del materiale isolante

301,031,000,960,920,870,82

1,06B

1,05F

1,021,000,970,940,910,87

354045505560

Tabella 6.5Fattore ct per l'adattamento della potenza per una tempe-ratura del mezzo refrigerante t(altitudine di ubicazione 1000 m s.l.m.)

Per altitudini di ubicazione superiori a 1000 m s.l.m.e per una temperatura del mezzo refrigerante costantedi 40°C deve essere ridotta la potenza del motore.


106

Per i motori con due circuiti di raffreddamento, l'i-dentificazione diventa un po' più complicata. Alcuniesempi sono riportati nella tabella 6.4. Le cifre carat-teristiche hanno il significato seguente:

– il primo gruppo, formato da una lettera e da duecifre, indica il circuito di raffreddamento seconda-rio, esterno, a bassa temperatura.

– Il secondo gruppo, formato parimenti da una let-tera e da due cifre, indica il circuito di raffredda-mento primario, a temperatura più elevata. La let-tera A designa l'aria e la lettera W designa l'acqua.Se l'acqua costituisce il solo mezzo refrigerante, lalettera A può essere tralasciata.

Identificazione Breve descrizione

IC 00 41 Macchina raffreddata in superficie, senzaventilatore

IC 01 51 Scambiatore di calore incorporato, raf-freddato dall'aria ambiente, raffredda-mento indipendente

IC 06 41 Macchina raffreddata in superficie conventilatore incorporato e ad azionamen-to indipendente

IC W 37 A 71 Macchina raffreddata ad aria con scam-biatore di calore incorporato, raffreddatoad acqua

IC W 37 A 81 Macchina chiusa con raffreddamentoaria-acqua, con scambiatore ad acquaintercambiabile (tipo a cassetta)

IC W 37 A 75 Macchina con ventilazione interna me-diante ventilatore non azionato dallamacchina stessa e con scambiatore dicalore incorporato, raffreddato ad acqua

Tabella 6.4Identificazione del tipo di raffreddamento di motori con duecircuiti di raffreddamento

I motori in esecuzione standardizzata sono previstiper l'esercizio ad una temperatura ambiente massi-ma di 40°C ed un'altitudine massima di ubicazione di1000 m s.l.m. Ogni variazione richiede una correzio-ne della potenza nominale.

Con temperature dei mezzi refrigeranti che si scosta-no dai 40°C, la potenza del motore, a dipendenza del-le classi del materiale isolante B e F secondo CEI 85(indicata sulla targhetta segnaletica), deve essere con-vertita, rispetto alla potenza nominale, come segue:

PM = ct · PN

PM potenza del motore per una temperatura delmezzo refrigerante t

PN potenza nominale del motore per una tempe-ratura del mezzo refrigerante di 40°C

ct fattore di correzione per la temperatura delmezzo refrigerante t secondo la tabella 6.5


107

PN =

PN potenza nominale del motore

PL fabbisogno di potenza

ct fattore di correzione secondo la tabella 6.5

cH fattore di correzione secondo la tabella 6.6

Altitudine diubicazioneH [m s.l.m.]

Fattore di correzione CHper la classe di materiale isolante

10000,980,970,930,920,830,78

1,00B

1,00F

0,980,970,940,930,900,88

150020002500300035004000

Tabella 6.6Fattore cH per la riduzione della potenza per un'altitudinedi ubicazione H (temperatura del mezzo refrigerante 40°C)

Altitudine diubicazione

H [m s.l.m.]

Temperatura massima ammessadel mezzo refrigerante t [°C] per la classe di materiale isolante

1000363228242016

40B

40F

353025201510

150020002500300035004000

Tabella 6.7Temperatura massima ammessa del mezzo refrigerante, aseconda dell'altitudine di ubicazione H per la potenza no-minale completa (cH = 1)

Se la capacità di raffreddamento, diminuita a causadell'altitudine dell'ubicazione, può essere compen-sata da una temperatura più bassa del mezzo refri-gerante, la riduzione della potenza è minore a causaappunto dell'altitudine dell'ubicazione. Per lo sfrut-tamento della potenza nominale completa del moto-re (cH = 1) le temperature d'entrata dei mezzi refrige-ranti non possono superare i valori limite indicati nel-la tabella seguente.

Se è noto il fabbisogno di potenza PL di una macchi-na operatrice, è possibile determinare come segue lapotenza nominale necessaria del motore PN, a se-conda dell'altitudine di ubicazione, della temperatu-ra massima dell'aria di raffreddamento e della clas-se di materiale isolante prescritta.

PL

ct · cH

Al momento della scelta della grandezza del motoreoccorre rammentarsi che è il fabbisogno di potenzadella macchina operatrice a determinare la potenzafornita dal motore e, di conseguenza, anche la po-tenza assorbita dalla rete (e di un eventuale conver-titore).

Se ad esempio un ventilatore richiede 12 kW, il mo-tore fornirà questi 12 kW indipendentemente dal fat-to che sia stato progettato per 10 kW o per 15 kW. Unmotore di 10 kW che deve funzionare a 1000 m di al-titudine s.l.m. con una temperatura ambiente di 40°Csarebbe perciò sempre in sovraccarico del 20%.

La conseguenza diretta di un sovraccarico del moto-re è l'aumento della temperatura delle spire dell'av-volgimento al di là di un valore limite previsto che,per il materiale isolante utilizzato, garantisce ancorauna durata di vita soddisfacente (30000 h). I sorpas-si della temperatura limite di 8-10 K diminuiscono ladurata di vita dell'isolamento di circa la metà. 20Kelvin di sovratemperatura significano una diminu-zione del 75% della durata di vita.

Un aumento della durata di vita del fattore 4 può es-sere ottenuto, qualora il motore delle stesse dimen-sioni sia munito di materiale isolante della classe Finvece che della classe B.

6.2.2.3 Identificazione dei tipi di raccordo

Nella pubblicazione CEI 34-8 vengono unificate lebasi d'identificazione dei raccordi.

Se la targhetta segnaletica con indicazione della po-tenza di un motore trifase indica tensioni sia per uncollegamento a stella, sia per un collegamento atriangolo, ciò significa che il motore può essere uti-lizzato ad esempio a 230 V, ma anche a 400 V. A 230V l'avvolgimento sarà collegato a triangolo, comenello schema di sinistra della figura 6.4. A 400 V es-

Motor°3 ° — 50/60Hz IEC ° 34-1

MBT °112 ° M 2860/3460r/min

4/4.6 ° kW Cl.F cos ° w ° = ° 0.90

380-420/440-480V ° Y 8.1/8.1A

220-240/250-280V °˘ 14.0/14.0A

No.° MK ° 142031-AS IP ° 55 30kg


108

so sarà collegato a stella, come nello schema di de-stra della figura 6.4. I punti di collegamento sonoquindi ordinati secondo la figura a destra.

Figura 6.4Schema di collegamento dell'avvolgimento e dei morsettinel caso di un collegamento a triangolo ed a stella

a sinistra: collegamento a triangolo, 230 Va destra: collegamento a stella, 400 V

Figura 6.5Esempio di una targhetta segnaletica

h = P!3 . U . I . cosw

h = = 0.794000!3 . 400 . 8.1 . 0.90

I dati tratti dalla targhetta segnaletica permettono dicalcolare nel modo seguente il rendimento alla po-tenza nominale:

h rendimento [–]P potenza [W]U tensione [V]I corrente [A]cosw fattore di potenza [–]

La figura 6.5 indica l'esempio di una targhetta se-gnaletica. Con i dati di questo esempio risulta il se-guente rendimento per la potenza nominale:

6.2.3 Caratteristiche generali dei motoria gabbia di scoiattolo

Nel paragrafo 6.2.2.2 è già stata trattata la scelta cor-retta della potenza di un motore elettrico. Oltre alleconseguenze di un sovraccarico dovuto all'età dell'i-solamento dell'avvolgimento, occorre tener contoancora di altri fattori che esercitano un influsso sulgrado di utilizzazione.

Se un motore viene ad esempio sovradimensionatoin modo inutile, esso funzionerà sempre in condizio-ni e con valori d'esercizio sfavorevoli. Sarà inoltreinutilmente più elevata la corrente di avviamento cheha un certo rapporto con la grandezza del motore.L'andamento qualitativo dei parametri più importantiè visibile nella figura 6.6.

Figura 6.6Andamento qualitativo dei parametri più importanti a se-conda della potenza fornita dal motore [6.2]

Potenza nominale

Potenza fornitan numero di girih rendimentocosw fattore di potenzaI corrente assorbitaP potenza assorbita


109

6.2.3.1 Caratteristiche di avviamento

L'andamento caratteristico e qualitativo del momen-to della coppia e della corrente di un motore a gab-bia di scoiattolo è rappresentato nella figura 6.7.

Il tempo di avviamento che a causa del forte flussodi corrente genera riscaldamenti elevati, dipende dalmomento d'inerzia delle masse, dal numero di girifinale e dalla coppia di accelerazione del motore.

I momenti d'inerzia delle masse dei ventilatori nonsono critiche per l'avviamento dei motori a gabbia discoiattolo, se si paragonano con altri compiti del mo-tore.

Solo nel caso di alcuni ventilatori industriali di gran-di dimensioni si consiglia, allo scopo di proteggere ilmotore, di sceglierlo di una o due grandezze di co-struzione maggiori, allo scopo di abbreviare il tem-po di avviamento. Dal punto di vista della rete di di-stribuzione dell'energia elettrica sarebbe tuttavia me-glio utilizzare un mezzo ausiliario per un avviamen-to più dolce (cfr. paragrafo 6.2.3.2).

Passando da un numero di giri elevato ad un nume-ro di giri ridotto, nei ventilatori di grandi dimensionidovrebbe essere inserito un dispositivo di ritardo del-la commutazione, ossia in pratica un relè a tempo chedeve essere in grado di garantire che non trascorra-

Figura 6.7Corrente e coppia quale funzione del numero di giri di unmotore trifase [6.2]

Corrente

Momentodella coppia

Numero di giriIA corrente di avviamentoI corrente nominaleMA coppia di avviamentoM coppia nominaleMK coppia di rovesciamento

Al momento dell'inserimento il motore sviluppa lacosiddetta coppia di avviamento e la corrente d'in-serimento scorre. Durante la fase di accelerazionela corrente diminuisce e raggiunge la corrente no-minale se il funzionamento è a carico nominale. Ilvalore della massima coppia di rotazione (coppia dirovesciamento) costituisce una misura per la capa-cità possibile di sovraccarico del motore, sovracca-rico che, per motivi termici, può essere tenuto inconsiderazione solo per breve tempo.

L'accelerazione corretta del motore fino al numerodi giri nominale è possibile solo se la coppia di cari-co della macchina operatrice è minore in ognimomento della coppia esistente nel motore. Allacoppia di carico momentaneo della macchina ope-ratrice si sommano durante i processi di accelera-zione anche le masse rotanti di ambedue le macchi-ne, ciò che esercita un influsso sul tempo di avvia-mento.

Un andamento caratteristico e qualitativo di unacoppia del motore rispetto alle coppie di carico e diaccelerazione è rappresentato alla figura 6.8

Figura 6.8Andamento caratteristico della coppia motore M e dellacoppia resistente ML sulla base dell'esempio del motore diun ventilatore [6.3]

M coppia motoreML coppia resistente della macchina operatricen numero di giri del motorens numero sincrono di giriM̄ coppia motore mediaM̄L coppia resistente media della macchina operatriceMB coppia di accelerazioneM̄B coppia media di accelerazione


110

no alcuni secondi tra il disinserimento del numero digiri elevato e l'inserimento del successivo numero digiri minore. È così possibile evitare gli strappi re-pentini nella trasmissione.

6.2.3.2 Aiuti per l'avviamento

Esistono diversi tipi di avviamento per fare in modoche lo stesso sia più dolce. Nel caso di motori conuna potenza nominale superiore 3-5 kW, la maggiorparte delle aziende elettriche proibiscono un avvia-mento diretto del motore allo stadio di giri più ele-vato.

Nel caso di avviamento stella-triangolo il motore, chepossiede ad esempio un avvolgimento previsto per400 V, viene messo in moto con gli avvolgimenti col-legati a stella. A questo scopo ognuna delle estremitàdei tre avvolgimenti viene collegata a ponte medianteun contattore. I tre conduttori di corrente vengonocollegati alle altre tre estremità libere degli avvolgi-menti. In tal modo la tensione si trova tra due fasi(400 V) su due avvolgimenti di volta in volta inseritil'uno dopo l'altro. La tensione per ogni avvolgimen-to viene per questo motivo diminuita del fattore ra-dice di 3. Scorre una corrente corrispondentementeminore e l'avviamento è più lento. Se con questa ten-sione la coppia del motore e la coppia del carico delventilatore parzialmente accelerato sono uguali, i treavvolgimenti vengono collegati a triangolo ed il mo-tore funziona con la sua tensione nominale e la suacorrente nominale alla coppia nominale, che corri-sponde ancora una volta alla coppia del carico no-minale del ventilatore.

La punta di corrente che si verifica al momento del-la commutazione non è tuttavia molto minore che nelcaso di un avviamento diretto. La sua durata è inve-ce molto più breve.

Un avviamento dolce può essere garantito senza pro-blemi qualora venga prevista una regolazione del nu-mero di giri del motore oppure qualora una varia-zione progressiva della frequenza possa aver luogocon un consumo minimo.

6.2.3.3 Numero di giri

Il numero di giri di un motore trifase dipende dallafrequenza della rete e dal numero di paia di poli del-l'avvolgimento del rotore.

n = f · 60p

s = n1 – nn1

n numero di giri [min-1]f frequenza della rete [Hz, s-1]p numero di paia di poli [–]

s slittamenton1 numero sincrono di girin numero asincrono di giri

Numero dipaia di poli

Numero sincrono di giri [min-1] a

115001000

750600500

300050 Hz

360060 Hz

18001200

900720600

23456

Tabella 6.8Numero di giri sincroni del motore

Un motore asincrono può raggiungere a vuoto qua-si il numero sincrono di giri; alla potenza nominaletale numero di giri è leggermente inferiore.

Lo slittamento si ottiene mediante l'equazione se-guente:


111

Lo slittamento varia proporzionalmente al carico.

Esempio

Motore a 4 poli, 4 kW, 380 V, 50 Hz, 1425 min-1

s a 4 kW = = 0.05

ciò che corrisponde a 1500 - 1425 = 75 min-1

s a 3 kW = · (1500 – 1425) = 56 min-1

n a 3 kW è dunque di 1500 – 56 = 1444 min-1

Lo slittamento è indirettamente proporzionale al qua-drato della tensione.

Esempio

Motore a 4 poli, 4 kW, 380 V, 50 Hz, 1425 min-1

Tensione di raccordo 346 V, 50 Hz

s a 346 V = ( )2 · = 0.06

ciò che corrisponde a ( )2 · (1500 – 1425) = 90 min-1

n è quindi di 1500 – 90 = 1410 min-1

6.2.3.4 Rendimento del motore

Il rendimento dei motori elettrici è fortemente in-fluenzato dalla potenza sviluppata. Ciò significa chei rendimenti ottenuti aumentano con la potenza delmotore.

Quale argomento in favore dell'utilizzazione di mo-tori a gabbia di scoiattolo, nella figura 6 occorre ri-chiamare nuovamente l'attenzione sui rendimentiraggiungibili e sul loro andamento nell'ambito dei ca-si d'esercizio usuali.

1500 – 14251500

34

380346

380346

1500 –14251500

Figura 6.9Dipendenza del rendimento dalla dimensione (in alto),rispettivamente dalla potenza nominale (in basso)

= tipo QU a 2 poli (3000 min-1)= tipo QU a 4 poli (1500 min-1) = tipo QU a 6 poli (1000 min-1)

= motore EC (con convertitore!)= tipo QU a 2 poli (3000 min-1)= tipo QU a 4 poli (1500 min-1)= tipo QU a 6 poli (1000 min-1)

di cui 3-6% giàdedotti per ilconvertitoredi frequenza

di cui 3-6% giàdedotti per ilconvertitoredi frequenza

Tipo QU

P [kW]

Risulta chiaramente che perfino il motore monofa-se a gabbia di scoiattolo ha un rendimento supe-riore a quello dei motori a disco o dei motori a ro-tore esterno.

A ciò si aggiunge il fatto che questi motori vanno apriori nella direzione sbagliata con la loro semplicepossibilità di regolazione mediante la modificazionedello slittamento!

Vanno parimenti valutate con precauzione le indica-zioni dei rendimenti massimi, senza indicazione deirendimenti a carico parziale per parecchi punti di fun-zionamento.

J

J


112

Dai motori futuri sarà possibile ottenere rendimentimaggiori mediante l'adozione delle misure seguenti:

– riduzione della resistenza dell'avvolgimento dellostatore mediante sezioni maggiori del rame.

– Riduzione delle perdite nel ferro dello statore uti-lizzando acciai di alta qualità.

– Migliore ventilazione per il raffreddamento.

– Miglioramento dei cuscinetti e del grassaggio.

Una riduzione della resistenza dell'avvolgimento delrotore mediante maggiori sezioni del rame viene li-mitata dalla modificazione della caratteristica dellacoppia di rotazione.

Non sono state menzionate le cosiddette perdite perdispersione che sono le più difficili dal rilevare, co-stituiscono dal 10 fino al 20% delle perdite globali edipendono essenzialmente dalle tolleranze di fabbri-cazione.

Novità sul mercato dei motori

Nella primavera del 1993, nelle fiere specializzate èapparso un nuovo concetto di motore, sviluppato direcente, per la gamma di potenza fino a 5 kW: il mo-tore (EC) con commutazione elettronica. Si tratta diun motore a collettori, rispettivamente di un motorea corrente continua senza spazzole (brushless DC-motor) che offre un ottimo rendimento anche a bas-se potenze.

Poiché fino ad oggi sono disponibili soltanto pochi da-ti, alcuni punti tipici sono stati riportati nella figura 6.9.

Nelle pubblicazioni viene spiegato il miglioramentosensibile del rendimento del motore EC dovuto all'e-liminazione delle perdite per slittamento, di quelle do-vute all'eccitazione e delle perdite ridotte del rame.

I motori EC possono essere costruiti sia con rotoreinterno, sia con rotore esterno. I motori EC con roto-re esterno sarebbero, grazie alla loro compattezza,perfettamente indicati per la fabbricazione di venti-latori. Essi possono essere montati nella ruota stes-sa del ventilatore. È così possibile eliminare la tra-smissione mediante cinghia.

Per i motori EC con magnete permanente, ossia concampo magnetico costante, vale in generale quantosegue:

n prop. U

Nei motori EC il numero di giri è quindi proporzio-nale alla tensione applicata.

Nel motore EC la coppia disponibile è proporziona-le alla corrente che scorre nell'avvolgimento del mo-tore:

M prop. I

La coppia è determinante per stabilire la grandezzadel motore. Il numero di giri è dato dalla tensione epuò essere praticamente scelto liberamente.

6.2.3.5 Il fattore di potenza

Il motore a induzione non sottrae soltanto dalla re-te la potenza attiva che trasforma in lavoro mecca-nico, ma anche la potenza reattiva necessaria al-l'eccitazione, ma con cui non fornisce un lavororeale.

Il fabbisogno di potenza reattiva ha tuttavia un in-flusso sulla quantità della corrente assorbita e, diconseguenza, sul carico della rete di distribuzione.

Figura 6.10 Potenza reale P e potenza reattiva Q [6.2]

La potenza reale e la potenza reattiva, rappresentatenella figura 6.10 dai vettori P e Q, determinano la po-tenza apparente S. Il rapporto tra la potenza reale mi-surata in kW e la potenza apparente misurata in kVA,risultante come prodotto della misurazione di cor-rente e tensione, viene definito fattore di potenza.L'angolo tra P e S si chiama phi ed il valore del rap-porto è quindi il coseno phi (cosw).


113

A seconda delle dimensioni del motore e del nume-ro di poli, il valore del cosw varia da 0.6 (per piccolimotori e numero di poli elevato) a 0.9 (per motori digrandi dimensioni e piccolo numero di poli). Il fatto-re di potenza può anche essere misurato, cfr. a que-sto proposito il paragrafo 6.3.

6.3 Misurazione della potenza

Princìpi

– La misurazione più semplice della potenza è pos-sibile quando il motore possiede un proprio con-tatore di corrente.

– Qualora sia noto il fattore di potenza cosw di unmotore è possibile accertare la sua potenza utile apartire dalla misurazione della tensione e dellacorrente.

– Mediante un wattmetro, un amperometro ed unvoltmetro può essere determinato il fattore di po-tenza.

La potenza assorbita da un motore può in pratica es-sere accertata con i metodi seguenti:

– lettura del lavoro registrato da un contatore di cor-rente in kWh tra due intervalli di tempo e divisio-ne per il tempo che è trascorso tra le due misura-zioni.

Esempio: durata della lettura 1/2 oradifferenza letta 10 kWhpotenza 10 kWh/0.5 h = 20 kW

– Misurazione della corrente in un conduttore me-diante inserimento di un amperometro oppuremediante uno strumento a pinza per la corrente,misurando la tensione attraverso l'avvolgimento.

L'assorbimento di potenza è allora espresso comesegue:

P = !3 . I . U . cosw

P potenza reale [W]I corrente [A]U tensione [V]cosw sfasamento tra U e I [–]!3 . I . U = S potenza apparente [VA]

Attenzione:quando si misura la corrente mediante una pinza dimisurazione, occorre fare attenzione di inserirla in unsolo conduttore. Nel caso del carico simmetrico dei


114

motori per i ventilatori, in ogni conduttore scorre unacorrente della stessa intensità, ma sfasata di 1/ 3. Lapotenza determinata di volta in volta con una fasecorrisponde anche alla potenza del motore, come sesi trattasse di un motore ad una sola fase.

Mentre la potenza apparente è determinata dal pro-dotto della misurazione della corrente e della tensio-ne, il cosw è costituito dal rapporto tra la potenza rea-le P (misurazione mediante il wattmetro) e la poten-za apparente S = !3 . I . U.

cosw = P!3 . I . U

Figura 6.11Principio della misurazione della potenza nel collegamen-to a triangolo e nel collegamento a stella

Nel caso dei motori EC occorre tener conto dei princì-pi seguenti:

– montare i contatori di energia prima dell'unità dicommutazione

– eseguire le misurazioni della tensione prima del-l'unità di commutazione

– eseguire le misurazioni di corrente dopo l'unità dicommutazione.

6.4 Trasmissione

Princìpi

– Il meccanismo di trasmissione più diffuso nella tec-nica di ventilazione è costituito dalla trasmissionemediante cinghia trapezoidale.

– Oggi esiste ancora una controversia in merito allasuperiorità delle cinghie piane. Il loro rendimentoè probabilmente migliore dell'1-2%.

– Le trasmissioni dirette sono le migliori, poiché per-mettono di evitare la perdita per trasmissione.

La trasmissione mediante cinghia trapezoidale è mol-to diffusa nella tecnica di ventilazione, poiché per-mette un adattamento senza problemi del numero digiri del ventilatore alla perdita di pressione della re-te. Ciò avviene mediante scambio delle pulegge del-le cinghie trapezoidali, rispettivamente mediante laregolazione continua del diametro efficace nel casodi pulegge regolabili.

La cinghia trapezoidale stretta senza fine è il tipo dicinghia più diffuso. Per potenze maggiori entra in con-siderazione la cinghia trapezoidale a strisce, compo-sta da due o parecchie cinghie trapezoidali strette, vul-canizzate insieme sotto forma di un unico nastro.

L'errore più diffuso consiste nel fatto che spesso, perinsicurezza, vengono utilizzate cinghie doppie o mul-tiple laddove sarebbe sufficiente una sola cinghia tra-pezoidale stretta di dimensione corretta. Un logorioirregolare è causa di rumore dovuto a vibrazioni, diuno sfruttamento maggiore di una singola cinghia edi una durata di vita ridotta.

Al momento le cinghie piane godono della reputa-zione di avere rendimenti migliori nel caso di granditrasmissioni. Uno studio effettuato presso la scuolatecnica di Windisch su mandato dell'UCF ha dimo-strato che la trasmissione era migliore solo di 1% neiventilatori usati comunemente [6.5].

Mentre le trasmissioni con cinghie trapezoidali benregolate possono presentare un rendimento che va-ria dal 96 al 97%, i sistemi di trasmissione ben rego-lati e che utilizzano cinghie piane possono offrire unrendimento fino al 97-98%.


115

Con piccoli diametri delle pulegge ed un funziona-mento a carico ridotto dei ventilatori regolati me-diante variazione del numero di giri, i rendimenti of-ferti dalla trasmissione mediante cinghie trapezoida-li retrocedono fino all'80%.

La cinghia piana offre chiari vantaggi quando sonoimportanti un funzionamento poco rumoroso, non-ché vibrazioni e logorio minimi.

Gli svantaggi della cinghia piana risiedono, oltre chenel prezzo superiore di oltre 50%, anche in una sol-lecitazione più elevata dei cuscinetti. Soprattutto imoderni cuscinetti per i motori non sono più in gra-do di adempiere queste elevate esigenze.

Figura 6.12Rappresentazione del flusso energetico di un ventilatorecon trasmissione completa (gamma di potenza 3 kW) [6.6]

Regolatore 10%

Motore 15%

Cuscinetti 2%

Cinghie 3%

Ventilatore 20%

Le trasmissioni mediante cinghie trapezoidali prov-viste di pulegge troppo piccole, di inutili cinghie dop-pie e la cui tensione è stata mal regolata causano per-dite oscillanti dal 10 al 20%. Oggi succede purtroppospesso d'imbattersi in casi del genere.

Nell'ottica di RAVEL è evidente che in questo ambi-to sono ancora necessari netti miglioramenti!

6.5 Regolazionedel numero di giri

Princìpi

– Nell'ottica di RAVEL la regolazione del numero digiri deve sempre essere valutata su tutto l'arco del-l'esercizio, soprattutto nel caso di un servizio a pie-no carico, quando le perdite non sono trascurabili!

Nel paragrafo 5.5 sono state riepilogate le diversepossibilità di regolazione della pressione e del flus-so volumetrico dei ventilatori. Con la tendenza a mi-nimizzare i flussi volumetrici dell'aria, in generale, edin particolare con l'importanza crescente dei sistemidi ventilazione regolati secondo il fabbisogno, la re-golazione del numero di giri del ventilatore e, di con-seguenza, del motore assume un'importanza semprecrescente.

Tra la frequenza della rete, il numero di paia di poli,lo slittamento ed il numero di giri esiste il rapportoseguente:

n = f . 60 (1– s)p

n numero di giri [min-1]f frequenza della rete [Hz, s-1]s slittamento [–]p numero di paia di poli [–]

Per principio è possibile regolare il numero di giri mo-dificando sia il numero di paia di poli, sia lo scorri-mento o la frequenza della rete. Nella prassi vengo-no utilizzate tutte le tre possibilità.

6.5.1 Modificazione del numero di paia di poli

Esistono tre possibilità di modificare il numero di paiadi poli di un motore asincrono a gabbia di scoiattolo:

lo statore può essere munito

– di due o di parecchi avvolgimenti separati,

– di un avvolgimento a poli commutabili o

– di una combinazione dei tipi di avvolgimentosummenzionati.


116

La regolazione del numero di giri mediante diversinumeri di paia di poli presenta il vantaggio che il ren-dimento rimane praticamente buono per tutti i nu-meri di giri. Teoricamente sono possibili anche in-numerevoli combinazioni di numeri di giri. Ciò vienetuttavia fortemente limitato dal fabbisogno di spaziodi parecchi avvolgimenti e di elevati numeri di paiadi poli. In pratica si trovano quindi per lo più al mas-simo da due fino a tre avvolgimenti separati.Parimenti per motivi di spazio, si vede raramente unnumero di paia di poli superiore a 4 (8 poli) in com-binazione con altri avvolgimenti. In caso contrario imotori diventerebbero troppo grandi per una datapotenza. È questo il motivo per cui si dovrebbe piùspesso prevedere l'impiego di due motori diversi chepossono essere accoppiati direttamente alle dueestremità dell'albero del ventilatore.

6.5.1.1 Avvolgimenti separati

Come testé menzionato la grandezza sempre cre-scente dei motori costituisce il fattore che limita lapossibilità di combinare liberamente diversi numeridi paia di poli.

Nei motori utilizzati per il funzionamento dei ventila-tori si può ammettere, con un'approssimazione rela-tiva, che un motore con due avvolgimenti separatipotrebbe fornire alla massima velocità l'80% della po-tenza che potrebbe fornire un motore delle stesse di-mensioni che avesse un solo avvolgimento e funzio-nasse con lo stesso numero di giri.

Le combinazioni teoricamente possibili sono riassun-te nella tabella 6.9. Quando sono necessari tre regi-mi sarebbe razionale una ripartizione su due motori.

Tipodella curvacaratteristicadella coppia

Motori con due numeri di giri e 1 avvolgimento1) 2 avvolgimenti

Numero di giri

Motori con due numeri di giri e2 avvolgimenti2)

1) Circuito Dahlander o PAM2) Ad esempio per 8/6/4 poli. Uno degli avvolgimenti è collegato con un circuito Dahlander o PAM3) L'avvolgimento può anche essere collegato a triangolo

Figura 6.13Esempi di avvolgimenti di statori e di collegamenti per diverse costruzioni di motori con parecchi numeri di giri [6.2]

Basso BassoNumero di giri

Medio3)Elevato ElevatoBasso3) Elevato3)

Coppia delventilatore

Numerodi paiadi poli

1234

1 + 22 + 33 + 4

2 + 3 + 43 + 4 + 5

300015001000750

3000/15001500/10001000/750

1500/1000/7501000/750/600

160 M160 L180 L200 L180 M180 M200 L200 L225 S

Numero sincronodi giri a 50 Hz

[U/min]

Grandezza delmotore perP = 15 kW

Tabella 6.9Parametri di motori con avvolgimenti separati

6.5.1.2 Avvolgimenti a poli commutabili

Esistono diverse maniere per fare in modo che un av-volgimento sia a poli commutabili e, di conseguen-za, per poter ottenere un miglior funzionamento delmotore. A causa della possibilità di collegamento noncomplicata, in pratica vengono utilizzati per lo più sol-tanto il circuito Lindström-Dahlander oppure la PulseAmplitude Modulation (PAM).

Con il circuito Dahlander si ottiene un rapporto delnumero di paia di poli di 1:2. Con la Pulse AmplitudeModulation sarà possibile ottenere altri rapporti. Èinoltre possibile un miglior sfruttamento della gran-dezza del motore.

Per l'azionamento dei ventilatori gli elementi dell'av-volgimento vengono collegati come alla figura 6.13.


117

6.5.2 Modificazione dello slittamento

L'utilizzazione della regolazione mediante modifica-zione dello slittamento rende necessario equipag-giare il rotore del motore con anelli collettori e conspazzole di contatto. Inserendo una resistenza ester-na sull'avvolgimento del rotore esiste una possibilitàsemplice di regolazione del numero di giri.

Nel caso di una scelta adeguata del materiale e del-la costruzione (coppia massima allo stato di quiete),la modificazione dello slittamento può venire realiz-zata anche nei motori a gabbia di scoiattolo. La mo-dificazione della tensione avviene per mezzo di untrasformatore, nel qual caso la coppia dipende dalquadrato della tensione. Le perdite sono esenti daarmoniche. Altre sono le condizioni nel caso dellaregolazione per ritardo di fase, in cui l'alimentazio-ne in tensione diventa lacunosa, causando armoni-che.

Sulla base dell'andamento particolare della coppiadei ventilatori nel caso di modificazioni del numerodi giri, la regolazione mediante slittamento è in cer-to qual modo sostenibile. Tutto all'opposto, ad esem-pio, il caso dell'azionamento di una gru, in cui la cop-pia del carico rimane uguale nel caso di un numerodi giri più lenti e l'entità delle potenze erogate causaun riscaldamento della resistenza.

Nei ventilatori e nelle pompe centrifughe la coppiadel carico diminuisce fortemente con la diminuzionedel flusso volumetrico. In ogni caso la perdita rag-giunge il massimo a circa 2/3 del numero nominale digiri, che ammonta a circa il 15% della potenza nomi-nale.

6.5.3 Regolazione con tiristori

Anche nel caso della regolazione con tiristori il roto-re del motore deve essere equipaggiato con anellicollettori. Il principio fondamentale di questo tipo diregolazione del numero di giri risiede nel fatto che alrotore viene prelevata potenza attraverso gli anellicollettori. Essa non viene tuttavia semplicemente ri-scaldata, bensì raddrizzata e restituita alla rete attra-verso un trasformatore.

Mediante modificazione dell'angolo di accensioneper i tiristori è possibile variare la potenza che deveessere restituita all'alimentazione.

La regolazione con tiristori causa variazioni nella for-ma sinusoidale della corrente del circuito del rotore.

Le perdite che ne insorgono rendono necessaria l'u-tilizzazione di un motore di dimensioni un po' mag-giori. Al contrario di altre utilizzazioni, nel caso di nu-meri di giri minori il raffreddamento più debole nonha alcuna importanza per l'azionamento di macchi-ne fluidodinamiche, poiché anche la coppia diminui-sce al quadrato.

Con questo tipo di regolazione la rete viene distur-bata da armoniche superiori.

6.5.4 Regolazione a comando di frequenza

La regolazione del numero di giri mediante una mo-dificazione della frequenza sembra essere la più fa-vorevole.

La figura 6.14 mostra la modificazione della curva ca-ratteristica della coppia/ del numero di giri nel casodi un abbassamento della frequenza e di una modi-ficazione proporzionale della tensione sul primarioquale funzione della frequenza. La coppia di rove-sciamento rimane invariata.

Figura 6.14Esempio dell'aspetto di una curva caratteristica della cop-pia a diverse frequenze e di una tensione proporzionale alla frequenza [6.2]

Coppia

Numero di giri

Poiché la coppia diminuisce al quadrato con il nu-mero di giri, i convertitori di frequenza per le mac-chine fluidodinamiche vengono costruiti in manieratale che la tensione diminuisce in modo più che pro-porzionale, ciò che causa perdite minori. Anche l'av-volgimento dello statore viene in parte utilizzato aquesto scopo mediante un collegamento a stella eda triangolo e viceversa, onde ottenere gradualmenteun adattamento approssimativo.


118

Un tempo si utilizzavano convertitori rotanti. I con-vertitori statici usati attualmente hanno tuttavia con-tribuito alla redditività ed al successo della regola-zione a comando di frequenza.

La rapida evoluzione nel settore dell'elettronica di po-tenza è sfociata nella produzione di convertitori di fre-quenza molto efficaci, Esistono qui diversi sistemi, aseconda della gamma di potenza e di altri presuppo-sti. Tutti i sistemi hanno un punto in comune, costi-tuito dal fatto che nel motore si manifestano perditesupplementari a causa della forma sinusoidale difet-tosa della tensione. Non è quindi possibile caricarecontinuamente il motore con una potenza nominale.In generale si prevede un sovradimensionamento delmotore di circa il 10%, onde compensare le perditesupplementari.

La percentuale di armoniche superiori può talvoltaessere causa di un certo aumento della rumorositàdel motore ed anche di esigui impulsi momentanei,la cui frequenza in generale corrisponde al sestuplodella frequenza applicata.

Un sistema spesso ricorrente di convertitori di fre-quenza ha un elemento intermedio con una tensio-ne continua costante ed una tensione d'uscita conmodulazione di durata degli impulsi. Tali sistemi ven-gono generalmente definiti PWM, in cui PWM signi-fica modulazione di durata degli impulsi (Pulse WidthModulation). La tensione continua costante viene co-sì spezzettata in brevi impulsi, la cui durata è regola-ta in modo tale che con la durata totale dell'impulso,ossia la larghezza dell'impulso, nasce il rapporto ri-chiesto tra tempo, tensione e superficie.

Il motore viene generalmente scelto in modo che latensione nominale concordi con la tensione della re-te. In questo modo si può utilizzare il motore allac-ciandolo direttamente alla rete, nel caso in cui il con-vertitore avesse un guasto.

Esiste anche la possibilità di comandare il converti-tore di frequenza mediante parecchi motori, tuttaviasolo l'uno dopo l'altro. In tal caso il convertitore vie-ne provvisto di un dispositivo mediante il quale sipuò staccare il motore dal convertitore, collegando-lo direttamente alla rete.

Nel caso in cui la tensione nominale del motore con-corda con la tensione della rete, il motore non puòessere regolato ad un numero di giri superiore a quel-lo nominale, mantenendo la coppia del carico, poi-ché il convertitore non può fornire una tensione su-periore a quella della rete.

Un'altra limitazione della regolazione verso l'alto ri-siede nella struttura del rotore. Soprattutto nel casodi motori di grandi dimensioni e che girano a velo-cità elevate, l'aumento del numero di giri viene de-terminato dal numero critico di giri del motore e dal-la velocità di centrifugazione massima ammissibile.

Figura 6.15Forma delle curve caratteristiche nel caso della modula-zione di durata degli impulsi (PWM) [6.2]

Tensione di uscita

Tempo

Figura 6.16Forma delle curve caratteristiche nel caso della modula-zione di ampiezza degli impulsi (PAM) [6.2]

Tensione di uscita

Tempo

Un altro tipo di convertitore con elemento interme-dio della tensione continua è costituito dai converti-tori con modulazione di ampiezza degli impulsi, ab-breviato in PAM (da Pulse Amplitude Modulation).L'ampiezza della tensione di uscita varia e la fre-quenza viene controllata in modo da creare un rap-porto proporzionale tra tensione e frequenza.


119

6.5.5 Modificazione del rendimento

A seconda del tipo di regolazione del regime di giri,rispettivamente del flusso volumetrico, si delineal'andamento qualitativo del rendimento del motorerappresentato alla figura 6.17.

1a motore trifase normalizzato, esecuzione normale 4 kW,regolazione mediante valvola di strozzamento• Attenzione: il rendimento totale diminuisce a circa 15%con un flusso volumetrico di 50%

2 motore a poli commutabili con due avvolgimenti separatidi 6/8 poli

3 motore a poli commutabili con tre avvolgimenti separatidi 4/6/8 poli

4 motore a poli commutabili con un avvolgimento di 4/8 poli(circuito Dahlander)

5a motore normale compresa regolazione a comando difrequenza, potenza nominale 15 kW

5b motore normale compresa regolazione a comando difrequenza, potenza nominale 4 kW

5c motore normale compresa regolazione a comando difrequenza, potenza nominale 1.1 kW

6 motore speciale per regolazione mediante slittamento(ritardo di fase o trasformatore), potenza nominale 4 kW

1a motore normalizzato trifase, esecuzione normale 15.0 kW1b motore normalizzato trifase, esecuzione normale 4.0 kW1c motore normalizzato trifase, esecuzione normale 1.1 kW2 motore normalizzato trifase,

ad elevato rendimento 15.0 kW3 motore asincrono monofase

con condensatore ausiliario 0.2 kW4 motore a poli spaccati 0.2 kW

h motore [%], compresa la regolazione

Flusso volumetrico [%]

Potenza all'albero del motore P [%]

h motore [%]

Figura 6.17Andamento qualitativo del rendimento in funzione dellamodificazione del numero di giri del motore

Figura 6.18Andamento del rendimento del motore in funzione dellapotenza ceduta all'albero motore per motori a 4 poli didiverso tipo di costruzione

La figura 6.18 mostra l'andamento qualitativo del ren-dimento del motore in funzione della potenza cedu-ta all'albero motore per motori a 4 poli di diverso tipodi costruzione.


120

6.6 Protezionecontro le esplosioni

Esistono ordinanze particolari per l'utilizzazione diapparecchi elettrici negli impianti nei quali esiste unrischio di esplosione dovuto a miscele di gas esplo-sivi, di prodotti esplosivi o di polveri infiammabili.

Per quanto concerne la protezione contro le esplo-sioni dei motori elettrici esistono due princìpi gene-rali. In primo luogo si può costruire il motore in mo-do tale che non si possano verificare né un calore pe-ricoloso, né scintille. Questa costruzione corrispon-de al tipo di protezione EEx e, a sicurezza elevata. Ilsecondo procedimento si basa sul principio dell'iso-lamento del calore pericoloso o delle scintille nel mo-tore, cosicché possa essere impedita un'accensionedi miscele di gas esplosivi all'esterno dal motore stes-so. A questo gruppo appartengono le esecuzioni coninvolucro resistente alla pressione EEx d, e l'esecu-zione con involucro resistente alla sovrappressioneEEx p.

6.7 Acustica

I valori limite per i rumori ammissibili dei motori so-no stabiliti nella direttiva VDE 0530. Nel caso singo-lo i valori devono essere tratti dai dati tecnici fornitidal costruttore. Nella figura 6.19 sono rappresentatigraficamente, quale esempio, i dati forniti da ABB peri motori a gabbia di scoiattolo, raffreddati in superfi-cie, del tipo di costruzione QU e con il grado di pro-tezione IP 54.

Figura 6.19Valori tipici di rumore causato da motori [6.1]

La scelta del numero di giri del motore riveste un ruo-lo essenziale per il livello di rumore. I valori che figu-rano nella tabella 6.10 sono tratti dai dati forniti da ABB:

LWA [dB(A)]

Tipo QU

a 2 poli (3000 min-1)a 4 poli (1500 min-1)a 6 poli (1000 min-1)a 8 poli (750 min-1)

Potenza [kW]

15151515

Tipo QU

160 M2160 L4180 L6200 L8

LWA[dB(A)]

82.075.071.078.5

h[%]

88.089.588.591.0

Numerodi giri[min-1]

300015001000

750Tabella 6.10Dati caratteristici di motori ABB [6.1]

Per esigenze più elevate possono essere utilizzate al-tre varianti di raffreddamento che possono sfociarein una riduzione sensibile del rumore.

In certi casi l'utilizzazione di motori silenziosi può per-mettere di rinunciare ad un silenziatore. Ciò può es-sere d'aiuto in due sensi: eliminazione della perditadi pressione dovuta al silenziatore e guadagno di spa-zio a favore di raccordi dei canali meglio formati pri-ma e dopo il ventilatore.


121


[6.1] ABB Elektromotoren GmbHDrehstrommotoren für NiederspannungBroschüre DE EMO/B 10-4002 DE, 1992-05

[6.2] ABB MotorsDer DrehstrommotorBroschüre A 10-2004 T, 1989-01

[6.3] ABB Normelec AGDrehstrom-AsynchronmotorenGrundlagen und Dimensionierung

[6.4] Ufficio federale dei problemi congiunturaliManuale RAVEL Sfruttare razionalmente l'elettricitàISBN 3-7281-1830-3, 1992

[6.5] HTL Brugg-WindischVergleichende Untersuchung zwischenKeilriemen und HochleistungsflachriemenInfo Energie, 1989

[6.6] G. Häussermann, Ziehl Abegg GmbHEnergiesparpotential bei Ventilatoren Symposium RLT-Geräte, 4. September 1991,Essen

Liste di controllo

123

Lista di controllo per la progettazione dell'edificio 125Garantirsi il più presto possibile la collaborazionedi uno specialista dell'impiantistica 125Ottimizzare la forma e l'orientamento dell'edificio,nonché le dimensioni delle finestre 125Buona coibentazione termica e buona tenuta stagna dell'involucro dell'edificio 125Elevata capacità di accumulazione termica della costruzione 125Scelta di materiali da costruzione e di arredamenti internia basso tenore di emissioni 126Protezione efficace contro il sole 126Separazione in diverse zone di utilizzazione 126Concetto chiaro di protezione antincendio 126Disposizione e fabbisogno di spazio per le istallazioni dell'impiantistica 127Concetto d'illuminazione 127Utilizzazione della luce naturale 127

Lista di controllo per la progettazione degli impiantidi ventilazione e di condizionamento 128Determinazione chiara delle basi e delle condizioni di garanzia 128Adduzione di aria esterna a dipendenza dal fabbisogno 128Fabbisogno di potenza calorifica e di potenza di raffreddamento 128Fonti di calore interne 128Fonti locali di calore, di sostanze nocive e di umidità 128Circolazione dell'aria nel locale 128Free cooling 129Utilizzazione del calore residuo 129Utilizzazioni differenziate 129Impiego di collettori tubolari sotterranei ad aria 129Impiego di sonde geotermiche 129Concetto di misurazione 129

Lista di controllo per la progettazione di singoli componenti 130Debole fabbisogno di potenza per il trasporto dell'aria 130Buon rendimento dei ventilatori 130Ricupero del calore 131Umidificazione 131Macchine frigorifere 131Tubazioni per mezzi refrigeranti ed acqua fredda 131

Lista di controllo per la fase d'esercizio 132Mantenere una temperatura dell'aria ambiente adeguata allo scopo 132Mantenere un'umidità dell'aria ambiente adeguata allo scopo 132Scegliere un tipo d'esercizio ed un orario di funzionamento degli impiantidi ventilazione e di condizionamento adeguati al fabbisogno 132Utilizzazione razionale della protezione contro il sole in inverno 132Evitare i carichi termici inutili in estate 133Controllo e manutenzione regolari 134Contabilità dell'energia 134Ottimizzazione degli impianti 134

7. Liste di controllo

LC1

LC2

LC3

LC4

Liste di controllo

125

Lista di controlloper la progettazionedell'edificio

LC1

Per garantire l'integralità del progetto tenendo conto delle interazioni tra edi-ficio ed impiantistica è necessario garantirsi il più presto possibile la collabo-razione di uno specialista dell'impiantistica o eventualmente di un consulen-te nel settore dell'energia.

La pratica ha dimostrato che gli eventuali costi supplementari che ne sca-turiscono sono in generale largamente compensati dai risparmi sui costid'investimento e di funzionamento.

Per ulteriori dati cfr. paragrafo 4.1

La forma e l'orientamento dell'edificio, nonché le dimensioni delle finestredevono essere ottimizzati in funzione dell'orientamento delle facciate, te-nendo conto della protezione contro il sole in estate ed in inverno, nonchédei guadagni termici dovuti all'irradiazione solare in inverno.

Per ulteriori dati cfr. paragrafi 4.1, 4.2

In tutti gli edifici nuovi e nei locali raffreddati di vecchi edifici, la protezionecontro il sole in estate ed in inverno deve adempiere le esigenze della nor-ma SIA 180 e devono essere rispettati i valori limite della raccomandazioneSIA 380/1. Per gli impianti ottimi sotto l'aspetto energetico occorre preve-dere il rispetto dei valori mirati.

Un'attenzione particolare deve essere dedicata alle esigenze nel settore del-la tenuta stagna dell'involucro dell'edificio secondo l'allegato 7 della normaSIA 180. Gli edifici muniti d'impianti di ventilazione e di condizionamentodevono essere per quanto possibile a tenuta stagna.

Per ulteriori dati cfr. paragrafi 3.2, 4.1, 4.5

Affinché i locali raffreddati possano approfittare della capacità di accumu-lazione termica della costruzione occorre prevedere almeno un tipo di co-struzione medio-pesante con una massa specifica di accumulazione del lo-cale di m > 350 kg/m2 secondo SIA V382/2, cifra 52. Per gli impianti ottimisotto l'aspetto energetico è auspicabile m > 400 kg/m2. Per poter trarre pro-fitto dalla massa d'accumulazione di una soletta di calcestruzzo con contro-soffitto, occorre provvedere alla ventilazione dell'intercapedine su tutta lasuperficie ed avere un tasso di perforazione del soffitto superiore al 10% del-la superficie. Per una ventilazione notturna efficiente, l'aria deve entrare di-rettamente in contatto con la massa dell'edificio. Nel caso di misure acusti-che occorre tener conto del fatto che l'isolamento fonico non deve coprirecompletamente le pareti.

Per ulteriori dati cfr. paragrafi 3.2, 4.1, 4.5, 4.7

Garantirsi il piùpresto possibilela collaborazionedi uno specialistadell'impiantistica

Ottimizzare laforma e l'orienta-mento dell'edificio,nonché le dimen-sioni delle finestre

Buona coibentazio-ne termica e buonatenuta stagnadell'involucrodell'edificio

Elevata capacitàdi accumulazionetermicadella costruzione

Liste di controllo

126

LC1

Si possono evitare le emissioni inutili con la scelta adeguata di materiali da co-struzione e di arredamenti interni. È assolutamente necessario fare in modo dinon dover aumentare la quantità d'aria dell'impianto di ventilazione al soloscopo di diluire ed asportare le emissioni che si sarebbero potute evitare.

Le informazioni concernenti le emissioni dei materiali da costruzione piùimportanti sono attualmente in allestimento e saranno pubblicate a curadella SIA.

Per ulteriori dati cfr. paragrafi 3.3, 4.2.4

Tutte le superfici delle finestre di locali raffreddati devono disporre di unaprotezione efficace contro il sole oppure di un dispositivo adeguato per fareombra. In vista della protezione contro il sole in estate, anche i locali d'abi-tazione e gli uffici non raffreddati dovrebbero disporre di una protezione ef-ficace contro il sole.

In generale dovrebbe essere ottenuto un fattore di trasmissione totale del-l'energia per l'irradiazione solare attraverso le finestre, compresa la prote-zione contro il sole, di g = 0.15 oppure minore. Valori indicativi di combina-zioni tipiche di vetri e protezione contro il sole sono reperibili alla cifra 7 3 2della raccomandazione SIA V382/2. Al momento della scelta del dispositivodi protezione contro il sole occorre aver cura di non prevedere soltanto unabuona protezione contro il sole, ma, nella misura del possibile, di ottenereanche una buona illuminazione naturale. Sulle facciate poste a nord si può ingenerale rinunciare ad una protezione contro il sole, rispettivamente può es-sere utilizzato un vetro leggermente riflettente contro l'irradiazione diffusa.

È raccomandabile l'utilizzazione di una protezione contro il sole esterna mo-bile con un comando automatico a seconda dell'orientamento della facciata.

Per ulteriori dati cfr. paragrafi 3.2, 4.2.4, 4.5

Mediante misure architettoniche (ed anche tecniche ed aziendali) occorrecircoscrivere in limiti di spazio minimi le zone con particolari esigenze perquanto concerne il clima ambiente. Per le zone da raffreddare e quelle perfumatori e non fumatori è necessaria una separazione architettonica.

Per ulteriori dati cfr. paragrafi 3.2.4, 3.3, 4.5, 4.6

La suddivisione delle zone tagliafuoco può esercitare un forte influsso sul-la disposizione degli impianti di ventilazione e di condizionamento. Il con-cetto di protezione antincendio deve perciò essere stabilito tempestivamentein collaborazione con la polizia del fuoco. La disposizione delle centrali e deicondotti d'aerazione deve essere adattata in modo conseguente.


Scelta di materialida costruzione e diarredamenti internia basso tenoredi emissioni

Protezione efficacecontro il sole

Separazione indiverse zonedi utilizzazione

Concetto chiarodi protezioneantincendio

Liste di controllo

127

LC1

Fin dall'inizio occorre tener conto in modo adeguato del fabbisogno di spa-zio per i canali d'aerazione e le centrali di ventilazione, nonché per le istal-lazioni rimanenti dell'impiantistica. Indicazioni concernenti il fabbisogno dispazio per gli impianti di ventilazione e di condizionamento sono reperibilinell'allegato 1 della raccomandazione SIA V382/1.

Per evitare inutili perdite di pressione occorre prevedere tratti brevi tra lapresa dell'aria esterna, la centrale ed i locali. La presa dell'aria esterna de-ve essere sistemata in modo che l'inquinamento iniziale dell'aria sia il mi-nimo possibile. Nei grandi impianti potrebbe essere opportuna una suddi-visione in parecchie centrali e parecchi condotti d'aerazione. In tal caso oc-corre tener conto adeguato del concetto di protezione antincendio. Quantomaggiore sarà la suddivisione della rete dei canali, tanto più facile sarà unadeguamento alle diverse zone tagliafuoco e tanto più flessibile sarà ilsistema nel caso di modificazioni successive.


Mediante un concetto d'illuminazione adeguato e nel caso di un'utilizzazio-ne normale degli uffici, il calore residuo dell'illuminazione percettibile nellocale potrà in generale essere mantenuto attorno ai 10 W/m2. I valori indi-cativi per le densità luminose nominali e le potenze di raccordo specifichedei corpi illuminanti sono reperibili nella cifra 6 2 1 della raccomandazioneSIA V382/2. Durante il giorno l'illuminazione naturale dovrebbe essere suf-ficiente per l'utilizzazione degli uffici fino ad una profondità variabile da 5fino a 6 m di profondità all'interno dei locali.

È raccomandabile una suddivisione, adeguata al fabbisogno, in diverse zoned'illuminazione ed una regolazione con almeno due livelli.

Per ulteriori dati cfr. paragrafi 3.2, 4.1, 4.2.4, 4.5

L'esaurimento delle possibilità di utilizzazione della luce naturale permetteuna riduzione sensibile del fabbisogno di energia elettrica per l'illuminazio-ne artificiale. Già le misure semplici, come le superfici delle finestre istalla-te in modo adeguato (se possibile sistemazione in alto, con davanzali), i di-spositivi regolabili di protezione contro il sole ed i colori chiari nei locali (ciòche è particolarmente importante nel caso dei soffitti), forniscono buonirisultati.

Per la determinazione dell'utilizzazione della luce naturale esistono oggidiversi programmi affidabili per PC.


Disposizionee fabbisognodi spazioper le istallazionidell'impiantistica

Concettod'illuminazione

Utilizzazione dellaluce naturale

Liste di controllo

128

LC2 Lista di controlloper la progettazionedegli impianti di ventilazionee di condizionamentoLe esigenze poste alle condizioni dell'aria ambiente nella zona di soggiornosono fissate nella raccomandazione SIA V382/1, mentre l'allegato 2 dellastessa raccomandazione mette a disposizione un formulario con i dati tecnici del locale che dovrebbe essere riempito in collaborazione con ilcommittente, tenendo conto di tutte le zone occupate.

Esigenze più elevate dovrebbero essere accettate soltanto in casi eccezio-nali e fondati. Durante il funzionamento degli impianti occorre fare in mododi sfruttare le esigenze massime ammesse per l'impianto stesso.


Nel caso di utilizzazioni con occupazione molto variabile da parte di perso-ne oppure di altri carichi, occorre prevedere un apporto di aria esterna ade-guato al fabbisogno, ad esempio per mezzo di una regolazione con un sen-sore di CO2 o di miscele di gas. Spesso si rivela utile anche una messa inesercizio per mezzo di sensori di presenza/di sensori di movimento.

Per ulteriori dati cfr. paragrafi 3.1.4, 3.2.3, 4.2.4, 4.13

Il calcolo del fabbisogno di potenza calorifica e di potenza di raffreddamentodell'edificio viene fatto secondo le raccomandazioni SIA 384/2 e SIA V382/2.


Per la valutazione delle fonti di calore interne sono determinanti i carichi cherisultano effettivamente, tenendo conto della loro contemporaneità e del lo-ro andamento quotidiano. Occorre tener conto di questo fattore al momen-to del dimensionamento degli impianti utilizzati in estate ed in inverno.Indicazioni a questo proposito sono reperibili alla cifra 6 della raccomanda-zione SIA V382/2. I dati concernenti la potenza che si trovano sulla targhet-ta segnaletica non hanno alcuna importanza a questo proposito.

Per ulteriori dati cfr. paragrafi 3.2, 4.2.4, 4.5

Nella misura del possibile il calore che si presenta in modo concentrato, lesostanze nocive o l'umidità devono essere asportate direttamente affinchéinquinino il meno possibile il clima ambiente. Per grandi fonti locali inevi-tabili, devono essere eseguite, nella misura del possibile, separazioniarchitettoniche.

Per ulteriori dati cfr. paragrafi 3.1, 3.2, 3.3, 4.2.4, 4.5

La ventilazione del locale deve garantire un buon ricambio dell'aria del lo-cale. Quale parametro serve l'efficacia della ventilazione che rappresenta ilrapporto tra il tempo minimo di permanenza dell'aria nel locale ed il tempomedio di permanenza della sostanza nociva nel locale stesso.

Per ulteriori dati cfr. paragrafo 4.2.4

Determinazionechiara delle basi edelle condizioni digaranzia

Adduzione di ariaesternaa dipendenzadal fabbisogno

Fabbisogno dipotenza calorifica edi raffreddamento

Fonti di caloreinterne

Fonti localidi calore,di sostanze nocive edi umidità

Circolazionedell'aria nel locale

Liste di controllo

129

LC2

Le possibilità del free cooling (utilizzazione diretta dell'aria fredda esterna,produzione di acqua fredda mediante torre di raffreddamento oppure impianto di raffreddamento successivo raffreddato ad aria, evitando lamacchina frigorifera) devono essere sfruttate, qualora ciò permetta unariduzione del consumo globale di energia.


Nell'edificio il calore residuo che si produce deve essere sfruttato nella mi-sura in cui esista un fabbisogno e sia sostenibile economicamente l'utiliz-zazione del calore residuo.


Per i locali nei quali esistono esigenze diverse per il clima ambiente e per ilocali con orari d'esercizio diversi, il concetto dell'impianto deve permette-re un funzionamento individuale. Qualora possibile le zone con utilizzazio-ni molto diverse devono essere separate architettonicamente.

Per ulteriori dati cfr. paragrafi 3.1, 4.2.4, 4.5, 4.6, 4.12, 4.13

Per la riduzione del consumo di energia primaria deve essere esaminatol'impiego di collettori tubolari sotterranei ad aria per il preriscaldamento del-l'aria esterna in inverno e per il raffreddamento dell'aria esterna in estate.


Per la riduzione del consumo di energia primaria deve essere esaminatol'impiego di sonde geotermiche.


Durante la progettazione dell'impianto devono essere stabiliti tempestiva-mente un adeguato concetto di misurazione e le possibilità di misurazioninecessarie che ne scaturiscono.


Free cooling

Utilizzazione delcalore residuo

Utilizzazionidifferenziate

Impiego di collettori tubolarisotterranei ad aria

Impiego di sondegeotermiche

Concettodi misurazione

Liste di controllo

130

LC3 Lista di controlloper la progettazionedi singoli componenti

Al momento del dimensionamento della rete dei canali d'aerazione e dellascelta degli apparecchi occorre prevedere basse velocità di flusso e perditedi pressione esigue. Secondo SIA V382/3 la perdita totale di pressione (som-ma dell'impianto dell'aria di alimentazione e dell'aria viziata, compreso RDC)deve essere al massimo di 1200 Pa per un flusso volumetrico massimo del-l'aria e filtri puliti. Per impianti ottimi sotto l'aspetto energetico vale un valore limite di 900 Pa.

Per ulteriori dati cfr. paragrafi 3.4, 4.2.4

Secondo SIA V382/3 il rendimento totale dei ventilatori, compresi il motoree l'azionamento, nel punto ottimale deve raggiungere i valori seguenti se-condo misurazioni effettuate al banco di prova:

Debole fabbisognodi potenzaper il trasportodell'aria

Buon rendimentodei ventilatori

Rend

imen

to to

tale

[%]

Flusso d'aria nominale [m3/h]

Per impianti ottimi sotto l'aspetto energetico, il rendimento totale deveessere maggiore del 5%.

Occorre dedicare una particolare attenzione alle condizioni d'inserimento edall'esercizio a carico parziale. Il dimensionamento deve avvenire in modoche in tutta la gamma di utilizzazione venga ottenuto il miglior rendimentopossibile.

Per confrontare diversi apparecchi che hanno lo stesso compito occorre fare un paragone tra i loro rendimenti, ossia

h =V · Dpesterno

Pmotore

V flusso volumetrico dell'aria [m3/s]pesterno differenza tra le pressioni esterne totali [Pa]Pmotore potenza assorbita dal motore [W]

.

.

Per ulteriori dati cfr. paragrafi 3.4, 5.2, 5.5, 5.6, 6.4, 6.5

Liste di controllo

131

LC3

Gli impianti con aria di alimentazione riscaldata o raffreddata devono di re-gola essere equipaggiati con impianti per il ricupero del calore. Le esigen-ze si basano sulla direttiva SITC 89-1 «Impianti per il ricupero del calore».


Quando è necessaria un'umidificazione dell'aria ambiente, essa deve limi-tarsi al minimo ammissibile ed avvenire generalmente in modo adiabatico.Un'umidificazione dell'aria ambiente deve di regola essere utilizzata insie-me con il ricupero del calore con scambio di umidità.


Quando è necessaria una produzione meccanica del freddo, la temperaturadell'acqua fredda deve essere adeguata ai fabbisogni effettivi e più altapossibile, mentre la temperatura di condensazione deve rimanere più bassapossibile. Nel caso di punte di carico di breve durata occorre esaminare lapossibilità dell'utilizzazione di accumulatori ad un livello di temperaturaadeguato. Il calore residuo prodotto durante la generazione del freddo de-ve per quanto possibile essere utilizzato.


Le tubazioni per i mezzi refrigeranti e per l'acqua fredda non devono esse-re protette soltanto dalla formazione di acqua di condensazione, bensì essere anche isolate allo scopo di mantenere minime le perdite di freddo.

Prevedere la possibilità di mettere fuori servizio individualmente le diversezone.

Ricupero del calore

Umidificazione

Macchine frigorifere

Tubazioni per mez-zi refrigeranti edacqua fredda

Liste di controllo

132

LC4 Lista di controlloper la fase d'esercizio

Il fabbisogno di energia per il riscaldamento ed il raffreddamento può essere ridotto in modo notevole se la temperatura dell'aria ambiente puòvariare liberamente nella gamma più larga possibile.

Durante l'«esercizio invernale» nei locali adibiti ad ufficio viene considera-ta adeguata una gamma di temperature dell'aria oscillante tra 19 e 24°C. Peril raffreddamento, in quanto lo stesso sia necessario, essa varia da 22 a 28°C,benché durante la canicola, ossia quando la temperatura esterna supera i30°C, siano ammesse temperature interne più elevate.

In molti locali secondari la variazione di temperatura dell'aria può essere no-tevolmente maggiore. Essa dovrebbe per quanto possibile venire sfruttata.


Il limite del comfort varia per un'umidità relativa dell'aria oscillante dal 30al 65%. È ammesso biologicamente che tale umidità relativa tocchi per po-chi giorni all'anno il 20% u.r. oppure superi il livello normale aumentando a75% u.r.

Negli edifici adibiti ad ufficio e ad abitazione non è in generale necessariaun'umidificazione dell'aria. Reclami a causa dell'aria troppo secca in invernosono spesso da imputare a quantità di aria esterna troppo elevate, ad inqui-namenti troppo elevati o a temperature troppo elevate dell'aria ambiente.


Per quanto possibile occorre mirare ad un esercizio degli impianti di venti-lazione e di condizionamento corrispondenti al fabbisogno.

La misura più efficace consiste in un disinserimento totale dell'impianto nel-le ore in cui esso non è necessario. Ciò può venire realizzato in un modomolto semplice, ad esempio mediante un temporizzatore con programmasettimanale.

Quando l'impianto deve essere in esercizio occorre trasportare solo la quan-tità d'aria necessaria. Per questo motivo l'impianto deve essere equipag-giato di trasmissioni a parecchi stadi o continue. Una regolazione automa-tica delle quantità d'aria può essere realizzata mediante sensori di CO2oppure sensori di miscele di gas.


In inverno l'irradiazione solare attraverso le finestre costituisce un apportosalutare per la riduzione dell'energia necessaria per il riscaldamento.Durante la stagione fredda, la protezione contro il sole deve essere utilizza-ta soltanto come protezione contro l'abbagliamento per non ridurre, se pos-sibile, i guadagni termici desiderati.

Durante le ore notturne gli avvolgibili esterni che si chiudono ermeticamentepossono contribuire alla riduzione delle perdite per trasmissione ed il loroimpiego è conseguentemente raccomandabile durante il periodo di riscal-damento.

Mantenereuna temperaturadell'aria ambienteadeguataallo scopo

Mantenereun'umidità dell'ariaambiente adeguataallo scopo

Scegliere un tipod'esercizioed un orariodi funzionamentodegli impiantidi ventilazione e dicondizionamentoadeguatial fabbisogno

Utilizzazionerazionaledella protezionecontro il solein inverno

Liste di controllo

133

LC4

a) Carichi esterni

In estate la protezione contro il sole deve impedire la penetrazione dell'ir-radiazione solare nei locali, giacché essa contribuirebbe ad un riscaldamentonon desiderato del locale, rispettivamente ad un aumento del fabbisogno diraffreddamento. Utilizzando una protezione contro il sole occorre tener pre-sente che ciò deve avvenire tempestivamente, ossia al primo impatto diun'irradiazione diretta contro la finestra e non soltanto a causa della for-mazione di temperature troppo elevate nei locali. In tal caso occorre tenerpresente che la posizione delle lamelle degli avvolgibili non permette sol-tanto una buona protezione contro il sole, ma anche un'utilizzazione miglioredella luce naturale. In quanto ciò sia permesso da motivi di sicurezza, la pro-tezione contro il sole non dovrebbe impedire durante le ore notturne il raf-freddamento dei locali, eventualmente in combinazione con una ventilazio-ne attraverso le finestre.

b) Carichi esterni

Mentre durante l'inverno i carichi interni contribuiscono al riscaldamentodel locale (anche se in modo poco efficiente), essi sono invece indesidera-bili all'infuori del periodo di riscaldamento, giacché provocano un aumen-to della temperatura dell'aria ambiente, rispettivamente un aumento del fab-bisogno di raffreddamento.

Per la riduzione dei carichi termici interni mediante macchine ed apparec-chi occorre adottare le misure seguenti:

• verificare se esiste la necessità di base di apparecchi che generano calore

• verificare se è possibile un'istallazione fuori dalle zone di comfort

• esaminare le possibilità di riduzione di erogazione del calore negli appa-recchi esistenti (esercizio a carico parziale, stand-by, disinserimento qua-lora possibile)

• quando si tratta di acquistare nuovi apparecchi oppure di sostituire quel-li esistenti, tener presenti un consumo ridotto di elettricità, la possibilitàdi un funzionamento adeguato al fabbisogno ed un'asportazione direttadel calore

• nel caso di carichi interni elevati inevitabili occorre verificare se esiste lapossibilità di un'asportazione diretta del calore mediante un sistema chiu-so ad acqua o ad aria


Evitare i carichitermici inutiliin estate

Liste di controllo

134

LC4

Occorre controllare regolarmente il rispetto delle misure summenzionate.

Una manutenzione regolare degli impianti deve sempre comprendere i pun-ti seguenti:• controllo e, qualora necessario, sostituzione degli strati filtranti• controllo della tensione delle cinghie piane o di quelle trapezoidali• pulitura dei componenti dell'impianto, compresi i passaggi per l'aria• pulitura dei sensori e controllo dei valori nominali


Prefiggersi l'allestimento di una contabilità dell'energia e l'esecuzione di pa-ragoni con i valori dell'anno precedente. Al momento della progettazionedell'impianto occorre prendere in considerazione l'istallazione dei disposi-tivi di misurazione necessari.


L'esperienza dimostra che in molti impianti esiste un potenziale di ottimiz-zazione elevato, qualora si tenga conto delle condizioni effettive d'esercizioe di utilizzazione. A questo scopo dopo il collaudo degli impianti è raziona-le eseguire ulteriori misurazioni e programmi di misurazione a lunga sca-denza.

Per ulteriori dati cfr. paragrafo 4.1.4

Controlloe manutenzioneregolari

Contabilitàdell'energia

Ottimizzazionedegli impianti

Impianti di ventilazione e di condizionamento efficienti ...

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