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La ventilazione: uno strumento per la riduzione dei consumi

Arch. Valentina Raisa

ARCHinNOVA

ASSOCIAZIONE

CULTURALE

Ventilazione: un aspetto per la riduzione dei consumi energetici

La ventilazione ambientale è un aspetto impresindibile per la tuteladella salute negli spazi confinati.

Direttiva Europea 2002/91/CE del Parlamento Europeo e del Consiglio del 16 dicembre 2002 sul rendimento energetico nell’edilizia.La ventilazione è citata come un “bisogno” per un uso standard dell’edificio



“…allo scopo di evitare eventuali effetti negativi quali unaventilazione inadeguata.”


• in riferimento alla tutela del manufatto edilizio (comparsa di muffe, eccesso di umidità relativa interna, ecc).

• in riferimento alla tutela della salute delle persone (eccesso di inquinanti indoor di tipo fisico, chimico, biologico).

• in riferimento all’ottimizzazione dei consumi energetici (ad esempio la condensazione interstiziale, dovuta ad una ventilazione carente, provoca un aumento di conduttività dei materiali edilizi; un eccesso di ventilazione, dovuto ad esempio alla frequente apertura dei serramenti nelle stagioni fredde o alla presenza di dispositivi di aerazione nei locali di installazione di apparecchi a gas per uso domestico, può comportare eccessive dispersioni di calore.



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



Formazione di muffe in prossimità di ponti termici

ALCUNI EFFETTI DI UNA VENTILAZIONE INSUFFICIENTE



ALCUNI EFFETTI DI UNA VENTILAZIONE INSUFFICIENTE



Le norme CEN di supporto all’EPBD includono un’ampia trattazione riguardo la ventilazione (aspetto molto trascurato sino a pochi anni fa)

Fonte: UNI EN ISO 13790



OTTIMIZZAZIONE DEI CONSUMI RELATIVI AI PROCESSI DI VENTILAZIONE

SCELTA DEL SISTEMA DI VENTILAZIONE

INDIVIDUAZIONE DEL PIU’IDONEO TASSO DI RICAMBIO DELL’ARIA

CONTROLLO DELLA VENTILAZIONE

- norme nazionali

- regolamenti edilizi

- linee guida

- norme europee di supporto all’EPBD



SISTEMI DI VENTILAZIONE

SISTEMI DI VENTILAZIONE NATURALE

SISTEMI DI VENTILAZIONE IBRIDA

- ventilazione naturale e meccanica in mutua esclusione

- ventilazione naturale assistita

- ventilazione meccanica assistita

SISTEMI DI VENTILAZIONE MECCANICA CONTROLLATA

- a semplice flusso autoregolabile (portata fissa)

- a semplice flusso igroregolabile (portata variabile)

- a doppio flusso con recupero di calore (statico, termodinamico, geotermico)

[AERAZIONE: infiltrazioni attraverso i serramenti, apertura delle finestre]



PRINCIPALI CARATTERISTICHE DEI SISTEMI DI VENTILAZIONE

VENTILAZIONE NATURALE VENTILAZIONE MECCANICA CONTROLLATA• no impiego di ventilatore

• no controllo portate

• no possibilità di filtrazione dell’aria in ingresso

• no garanzia di continuatività (es. nella mezza stagione)

• necessità di ingombri consistenti per la presenza di camini che devono attivare il “tiraggio”

• impiego di ventilatore

• possibilità di controllo delle portate (ad esempio sulla base del tasso di CO2 e di umidità relativa interni)

• possibilità di filtrazione dell’aria in ingresso (nei sistemi a doppio flusso)

• possibilità di recuperare il calore dell’aria espulsa (nei sistemi a doppio flusso)

• garanzia di continuità del processo: ESSENZIALE per la tutela della salute (es. fughe di gas)



ALCUNI RIFERIMENTI A UNA PUBBLICAZIONE CASA CLIMA



ALCUNI RIFERIMENTI A UNA PUBBLICAZIONE CASA CLIMA

Il Dimensionamento di un sistema di ventilazione non può prescindere da considerazioni legate al benessere ambientale



ALCUNI DATI PER L’INDIVIDUAZIONE DELLE PORTATE

Riferimenti normativi

S.O. 252 alla G.U. 276 del 27 novembre 2001, “Accordo tra il Ministero della salute, le Regioni e le province autonome sul documento concernente: “Linee-guida per la tutela e la promozione della salute negli ambienti confinati”

Importanza della qualità dell’aria negli ambienti confinati (indoor)

Effetti sulla salute e sul comfort ambientale della qualità dell’aria indoor

Sorgenti degli inquinanti dell’aria indoor. Esposizione della popolazione italiana e valutazione del rischio per la salute

Aspetti strutturali e funzionali degli edifici connessi alla qualità dell’aria indoor

Strategie per la prevenzione degli effetti dell’inquinamento indoor

Il Piano di Prevenzione per la tutela e la promozione della salute negli ambienti interni




La ventilazione è il processo con cui l’aria “pulita” è intenzionalmente fornita ad un ambiente e quella “vecchia” è rimossa. Il ruolo primario della ventilazione, dovrebbeessere quello di diluire e rimuovere in modo appropriato gli inquinanti che sonoinevitabilmente presenti in uno spazio confinato:

FISICI: radon, fibre minerali, polveri.

BIOLOGICI: batteri, acari, allergeni degli animali, muffee funghi, virus, pollini.

CHIMICI: NOx CO, O3 SOx, PM10, PM2.5, C6H6, VOC (composti organici volatili), IPA (idrocarburi aromatici policiclici), fumo di tabacco, pesticidi, amianto.




Riferimenti normativiprEN 15251: “Criteria for indoor environment including thermal, indoor air quality (Ventilation), light and noise”.“…non ha senso occuparsi della qualità energetica di un edificio senza contemporaneamente

considerare il livello di qualità ambientale atteso dall’utente…” La norma fornisce una metodologia per la classificazione, certificazione dell’ambiente interno e per poter operare una correlazione tra i consumi energetici di un edificio ed il corrispondente livello di qualitàdell’ambiente interno.

6.2: IAQ e tassi di ventilazione per l’edilizia residenziale e non. Per l’edilizia residenziale è specificato chel’IAQ dipende da vari fattori come il numero delle persone e relativo tempo di occupazione, emissione diinquinanti, lunghi periodi di cottura. 7.2.2.1: ventilazione meccanica controllata (per l’edilizia residenziale). Ventilazione suggerita durantei periodi di inoccupazione: tra 0,05 e 0,1 l/s m2.

Appendice B. Valori di ventilazione nell’edilizia residenziale.

0,5C

0,7B

1A

Portata di ventilazione per l’intero alloggio (vol/h)categoria

Appendice C: valori di emissione/produzione di inquinanti da parte degli occupanti ed esempi relativi alla generazione di vapore acqueo nelle residenze in relazione alle attività svolte.





Esempi portate d’aria per rimuovere la CO2 in una stanza da letto (presenzasimultanea di due perone). Appendice F del PR CR 14788: “Ventilation forbuildings - Design and dimensioning of residential ventilation systems”




Riferimenti normativiEsempi di generazione di vapore acqueo. Appendice A del PR TR 14788




Riferimenti normativiSegue: Esempi di generazione di vapore acqueo. Appendice A del PR TR 14788





Esempi portate d’ariaper contenere il tasso diUR in una stanza daletto e verifica dellapossibile formazione dicondensazionesuperficiale o di muffa.

Appendice F del PR TR 14788




Riferimenti normativi relativi alle infiltrazioni attraverso i serramenti (aerazione)

Classificazione dei serramenti (rif. UNI EN

12207-1999)




Valutazione del ricambio d’aria per infiltrazione

Portata d’aria di infiltrazione [m³/h] riferita a 10 m² di serramenti

18<104

55173

180602

3201201pc= 50 Pap

c= 10 PaClasse del serramento

Caratteristiche dei serramenti di produzione attuale :

• buono / ottimo isolamento termico

• buon potere fonoisolante

• ridotte / inesistenti infiltrazioni d’ariaRicambio d’aria

insufficiente




La verifica della portata d’aria dovuta alle infiltrazioni attraverso i serramenti si effettuava mediante il metodo di calcolo illustrato in Appendice C. I calcoli sotto riportati si riferiscono ad un alloggiodi 300 m3.

Riferimenti alla UNI 10344 (ora sostituita dalla UNI EN 832)

Il metodo di calcolo per la determinazione della portata d’aria per infiltrazione (m3/s) è data da: ϕ=PoV/3600 dove:

Po: permeabilità all’aria dell’involucro edilizio

V: volume riscaldato

25,40167,7868,51Risultati (m3/h)

mediaelevataelevataPermeabilità verticale dell’edificio

2 – 5 m/s5 m/s2 - 5 m/sVelocità media del vento in centro urbano

Classe A1senzasenzaClassificazione dei serramenti

CASO 3CASO 2CASO 1(fonte: Mazzacane-Raisa 2002)

Da Appendice C

Dove: q è il numero dei serramenti

r è il numero dei cassonetti

∆p è la differenza di pressione tra interno ed esterno

m è il coefficiente di perm. all’aria dei serramenti di finestre e porte in m3/(hm2)

A è l’area di finestre e porte

v è il coeff. di perm. dei cassonetti in m3/(hm2)

l è la lunghezza dei cassonetti

Ventilazione meccanica controllata nell’edilizia residenziale

Arch. Valentina Raisa - Dipartimento di Architettura, Università di Ferrara; Aldes Italia

La UNI EN 832 “Prestazione termica degli edifici - Calcolo del fabbisogno di energia per il riscaldamento – Edifici residenziali”. ha sostituito la UNI 10344. La norma, al punto 5, propone una trattazione relativamente all’individuazione del coefficiente di dispersione termica per ventilazione. Definisce inoltre alcuni tassi di ventilazione.

Ventilazione naturale. Mediante l’Appendice F è possibile ottenere dei dati per la valutazione della ventilazione naturale e delle infiltrazioni

Ventilazione meccanica con recupero di calore (dove è definito ηv cioè il fattore diefficienza del recuperatore di calore dell’aria)

Ventilazione meccanica a funzionamento continuo o intermittente (metodo di calcolofornito dalla norma)

Vx: portata addizionale dovuta all’azione del vento ed all’effetto camino

Vsup: portata d’aria fornita

Vex: portata d’aria esausta

(Come uso nelle normative europee)



La UNI 10339 (1995) “Impianti aeraulici ai fini di benessere. Generalità, classificazione, requisiti. Regole per la richiesta d’offerta, l’offerta e la fornitura.” Esaminando I valori di portata suggeriti dal Prospetto II si evince la normasuggerisce sostanzialmente una ventilazione di 0,5 vol/h, per l’edilizia residenziale.

Il valore di portata di aria esterna per persona equivale a 39,6 m3/h. Per un’abitazione tipo di100m2 gli indici di affollamento proposti in appendice alla stessa norma (Appendice A) indicano la presenza simultanea di quattro persone per una portata di ventilazionecomplessiva pari a 158,4 m3/h, corrispondente a circa 0,5 vol/h.



DM 27 luglio 2005: “Norma concernente il regolamento d’attuazione della Legge 9 gennaio 1991 n. 10 (articolo 4, commi 1 e 2), recante “Norme per l’attuazione del Piano energetico e di sviluppo delle fonti rinnovabili di energia”.

Una breve nota a questa disposizione riguarda il fatto che un abbassamento deitassi di ventilazione, soprattutto nelle residenze, potrebbe essere critico per quanto concerne la tutela della salute degli occupanti e la tutela del manufattoedilizio. Molte ricerche epidemiologiche (si vedano le pubblicazioni dell’ISIAQ e la rivista Indoor Air) dimostrano che un ricambio d’aria pari a 0,5 vol/h è ottimaleper la limitazione dei danni dovuti alla presenza di inquinamento indoor. Il fine del risparmio energetico non può penalizzare la qualità dell’ambiente interno. Devono essere pertanto studiate ed utilizzate innovative soluzioni tecnologicheche permettano, ad esempio, un “controllo” della portata finalizzato allarilevazione della presenza dell’uomo o di particolari inquinanti (CO, CO2, particolato, ecc)

NB: questo decreto è stato abrogato per l’entrata in vigore del D. Lgs192 del 19 agosto 2005. Tuttavia è interessante sapere che L’art. 5, comma 1, affermava: “Il tasso di ventilazione dell’aria per tutti I tipi diedifici è assunto pari a 0.25 vol/h salvo indicazioni diverse fornitedalla pubblica amministrazione per quanto concerne gli edifici di suacompetenza”.



Portata di aria di rinnovo dell’edificio

Efficienza di ventilazione

Numero di ricambi

ALTRE NORME DI INTERESSE



UNI CIG 7129/2001: “Impianti a gas per uso domestico alimentati da rete di distribuzione. Progettazione, installazione e manutenzione.”

E’ in fase di inchiesta pubblica la UNI CIG 7129 suddivisa in quattro parti. (www.cig.it)

PR UNI CIG 7129/2“Impianti a gas per usi domestici e similari alimentati da rete di distribuzione – Progettazione e installazione – Parte 2: Installazione di apparecchi di utilizzazione – Ventilazione e aerazione dei locali di installazione”

PR UNI CIG 7129/3Impianti a gas per usi domestici e similari alimentati da rete di distribuzione – Progettazione e installazione – Parte 3: Evacuazione dei prodotti della combustione

PR UNI CIG 7129/4Impianti a gas per usi domestici e similari alimentati da rete di distribuzione – Progettazione e installazione – Parte 4: Messa in servizio degli impianti/apparecchi

PR UNI CIG 7129/1Impianti a gas per usi domestici e similari alimentati da rete di distribuzione – Progettazione e installazione – Parte 1: Impianto interno



PR UNI CIG 7129/2: ““Impianti a gas per usi domestici e similari alimentati da rete di distribuzione – Progettazione e installazione – Parte 2: Installazione di apparecchi di utilizzazione – Ventilazione e aerazione dei locali di installazione”

Inserimento di un paragrafo riguardante la ventilazione dei locali in presenza di sistemi di ventilazione meccanica controllata.

Se la norma sarà approvata vi saranno ripercussioni positive per gli aspetti relativi all’acustica (abolizione delle prese d’aria esterna nelle cucine) ed al contenimento delle dimensioni dei cavedi per il passaggio dei canali di ventilazione (bagni ciechi, cappe cucina)



Viste delle prese di aria esterna in alcuni edifici

Minimo 100 cm2. (6cm2 per ogni kW di portata termica installata)

Se gli apparecchi sono privi dispositivo di sicurezza per assenza di fiamma minimo 200 cm2



Prescrizioni sulla ventilazione nella UNI CIG 7129/2001 in sintonia con l’impiego dei sistemi di ventilazione meccanica controllata

4.3 - È consentita anche la ventilazione indiretta, mediante prelievo dell'aria da locali adiacenti a quello da ventilare, con le avvertenze e le limitazioni di cui […]

3.5.1.1 - In caso non esista la possibilità di installazione della cappa, è consentito l'impiego di un elettroventilatore, installato su finestra o su parete affacciate sull'esterno, da mettere in funzione contemporaneamente all'apparecchio, purchè siano tassativamente rispettate le prescrizioni inerenti la ventilazione, di cui in 4.4.

Novità contenute nel PR UNI CIG 7129/2 del 2006



Con il mandato M343 il Parlamento Europeo ha affidato al CEN la compilazione diun insieme di norme di supporto all’EPBD. Tra i 31 progetti di norma ve ne sonoalcuni inerenti la ventilazione nell’edilizia ed uno che riguarda la certificazionedell’ambiente interno.Rif: CDA dicembre 2005 – febbraio 2006 – articoli di R.Zecchin e V. Raisa

EN 13465 - Ventilation for buildings - Calculation methods for the determination of air flow rates in dwellings. (Questa norma verrà ritirata dopo l’entrata in vigore della EN 15242)

M19 – prEN 15242 - Ventilation for buildings - Calculation methods for air flow rates in buildings including infiltration

M20-M21 – prEN 15241 - Ventilation for buildings - Calculation methods

for energy requirements due to ventilation systems in buildings

EN 13779 - Ventilation for non-residential buildings –Performance requirements for ventilation and room

conditioning systems

M 31 - prEN 15251: “Criteria for indoor environmentincluding thermal, indoor air quality (Ventilation), light

and noise”



TECNICHE DI VENTILAZIONE MECCANICA CONTROLLATA



VMC a semplice flusso autoregolabile (portata fissa)



VMC a semplice flusso igroregolabile (portata variabile)

Occupazione diurna

Occupazione notturna



VMC a doppio flusso con recupero di calore statico



VMC a a doppio flusso con recupero di calore termodinamico




Risultati di alcune simulazioni di calcolo per una casa unifamiliare tipo di 120 m2. (Fonte: Aicarr 2003)

In una giornata tipo autunnale o primaverile in cui le temperature esterne oscillano tra i 13 ed i 18 ºC, all’interno dei diversi ambienti è possibile ottenere i 20 ºC senza accendere l’impianto di riscaldamento. Per certe fasce orarie, inoltre, è possibile utilizzare il sistema di VMC in oggetto nella modalità di minimo consumo energetico.Nelle ore più calde della giornata, infatti, quando non ènecessario trattare l’aria da immettere preriscaldandola, il gruppo termodinamico si arresta facendo rimanere attiva la sola modalitàdi ventilazione di base a doppio flusso. Automaticamente, quandole sonde in ambiente inviano il segnale alla scheda elettonica –per il fatto che le temperature stanno scendendo al di sotto dei 20 ºC - il sistema riprende a lavorare con l’ausilio della pompa di calore.

Nella situazione estiva, le temperature di immissione dell’aria negli ambienti, ottenute sfruttando il sistema a pompa di calore, portano a temperature interne attorno ai 25 °C. Una ventilazione meccanica controllata a doppio flusso permetterebbe il raggiungimento di temperature interne ben più elevate, secondo i valori delineati dalle linee tratteggiate, con picchi attorno ai 31 °C per le ore serali.




Grazie ad un pannello di controllo l’utente ha la possibilità di impostare la funzione di “zoning”e pertanto privilegiare alcune zone per la funzione di raffrescamento nella stagione estiva. Sono inoltre possibili ulteriori funzioni tra cui: impostazione delle modalità di funzionamento del sistema (preriscaldamento – raffrescamento – ventilazione forzata), selezione delle temperature ambiente e degli orari di funzionamento, controllo dello stato del sistema (guasti – anomalie…).



VMC a doppio flusso con recupero di calore e possibilità diraffrescamento geotermico



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



VMC a semplice fusso “ripartita”

Ventilazione ripartita. In alcuni casi, qualora non sia possibile la realizzazione di una rete di canali, è possibile ricorrere all’impiego di singoliventilatori per l’estrazione da ogni vano tecnico. L’immissione avviene come nei casi precedenti.

Ventilatore per più locali adiacenti

Ventilatore per singoli vani tecniciVentilatore per singolo vano tecnico



Dati relativi ai consumi energetici in un edificio tipo – fonte: Aicarr2004



Thank you for attention.

Risultati di studi internazionali

(Consumo dei ventilatori)



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



Caratteristiche di alcuni ventilatori per sistemi di VMC a semplice flusso per estrazione

45 WModello 3 – per VMC igroregolabile(Dimensioni: 310 x 310 x 322)

33/75 WModello 2 – per VMC autoregolabile

(Dimensioni: φ415 x 308)

26/28 WModello 1 – per VMC autoregolabile

(Dimensioni: 320 x 320 x 275)

ParticolariPotenza assorbita

Ventilatori per singola abitazione



465 W (portata: 2000 m3/h)

1500 W (portata: 6000 m3/h)

Modello 2 – per VMC igroregolabile

325 W(abitazioni servite: circa 10)

Modello 1 – per VMC autoregolabile

(Dimensioni: 710 x 610 x 577)

(portata max: circa 1200 m3/h)

ParticolariPotenza assorbita

Ventilatori per edifici condominiali


Prof. Ing. Roberto Zecchin - Dipartimento di Fisica Tecnica, Università di Padova

Principali riferimenti bibliograficiDi Bella A., Fellin F., Zecchin R., “La ventilazione meccanica controllata in ambito residenziale: aspetti tecnologici, funzionali e normativi”. In atti del convegno AICARR dal titolo “Distribuzione e movimento dell’aria nell’ambiente confinati: energia, benessere, rumore”, Padova, 18 giugno 2002

Böttcher O, Zecchin R., Müller D., Raisa V.,“Comparison between natural and mechanical ventilation of a residential building in Italy”, in atti del 58 convegno ATI, San Martino di Castrozza, 9-12 settembre 2003

Liddament, M.W., “A review of ventilation and the quality of ventilation air” in Indoor air, Volume: 10, June 2000, pp. 193-199

Kotzias Dimitris, “Indoor air and human exposure assessment – needs and approaches” in Experimental and Toxicologic Pathology, Volume 57, Supplement 1, July 22, 2005, pp. 5-7

PR CEN/TR 14788, “Ventilation for buildings - Design and dimensioning of residential ventilation systems”

EN 12207 (1999), “Finestre e porte. Permeabilità all’aria – Classificazione”

www.aicarr.it

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