IMPIANTI DI VENTILAZIONE MECCANICA E TRATTAMENTO ARIA

Vantaggi e benefici 

Il settore edilizio ha da tempo compreso gli innumerevoli benefici della ventilazione meccanica controllata (VMC) per il trattamento aria, un panorama interessante e in piena evoluzione. Non si tratta più di centrali molto semplici, con ventilatori e filtri, ma di centrali di nuova generazione che, oltre ad assicurare ricambio dell’aria, filtrazione ed eventualmente recupero di calore, abbinano le tecniche tipiche della climatizzazione (come il raffrescamento o il riscaldamento), oppure il rinnovo dell’aria e la deumidificazione per mezzo di un apposito circuito frigorifero. Queste ultime sono nate per poter funzionare in abbinamento con sistemi radianti in raffrescamento.

Componenti delle centrali di ventilazione residenziali e bidirezionali presenti sul mercato.  

LA CERTIFICAZIONE SECONDO LE NORME DI PRODOTTO

Le norme di prodotto permettono di definire le caratteristiche delle macchine in maniera univoca e chiariscono le modalità della certificazione dell’unità o dei componenti presso un laboratorio accreditato.

CENTRALI DEL GRUPPO A

I regolamenti attuativi della Direttiva ErP, contenenti i criteri di progettazione ecocompatibili che si applicano alle centrali di ventilazione, sono due:

“REGOLAMENTO (UE) N. 1253/2014 del 7 luglio 2014 recante attuazione della direttiva 2009/125/CE del Parlamento europeo e del Consiglio per quanto riguarda le specifiche per la progettazione ecocompatibile delle unità di ventilazione” e il  “REGOLAMENTO DE- LEGATO (UE) N. 1254/2014 dell’11 luglio 2014 che integra la direttiva 2010/30/UE del Parlamento europeo e del Consiglio per quanto riguarda l’etichettatura indicante il consumo di energia delle unità di ventilazione residenziali”. Sono entrambi specifici per il settore non industriale.

Definizioni tratte dal Regolamento 1253 del 2014:

1) unità di ventilazione - UV: un apparecchio ad alimentazione elettrica dotato di almeno un girante, un motore e una cassa, destinato a effettuare il ricambio dell’aria esausta con aria proveniente dall’esterno in un edificio o in una sua parte

2) unità di ventilazione residenziale UVR: un’unità di ventilazione: a) la cui portata massima non superi i 250 m3/h; b) la cui portata massima sia compresa tra 250 e 1000 m3/h e destinata, come dichiarato dal fabbricante, esclusivamente a fini di ventilazione in edifici residenziali

3) unità di ventilazione non residenziale UVNR: un’unità di ventilazione con portata massima dell’unità di ventilazione superiore a 250 m3/h e per la quale, qualora la portata massima sia compresa tra 250 e 1000 m3/h, il fabbricante non abbia dichiarato che è destinata esclusivamente a fini di ventilazione in edifici residenziali

4) portata massima: portata massima di aria dichiarata di un’unità di ventilazione, ottenibile con dispositivi di regolazione integrati o forniti separatamente, in condizioni normali dell’aria (20°C e 101 325 Pa), purché l’unità sia stata installata nella sua interezza (ad esempio sia dotata di filtri di pulizia) e nel rispetto delle istruzioni del fabbricante [...]

5) unità di ventilazione unidirezionale (UVU): unità di ventilazione che produce un flusso d’aria in una sola direzione, sia essa proveniente dall’interno e diretta all’esterno (espulsione) o proveniente dall’esterno e diretta all’interno (immissione), in cui il flusso d’aria prodotto meccanicamente è bilanciato da sistemi naturali di immissione o espulsione dell’aria

6) unità di ventilazione bidirezionale (UVB): unità di ventilazione che produce un flusso d’aria tra l’interno e l’esterno ed è dotata di ventilatori tanto di espulsione quanto di immissione

7) consumo specifico di energia (SEC) [espresso in kWh/(m2.a)]: coefficiente che esprime l’energia consumata per ventilare un m2 di superficie abitabile riscaldata in un’abitazione o un edificio, calcolato per le UVR in conformità all’allegato VIII

8) sistema di recupero del calore (HRS): parte di un’unità di ventilazione bidirezionale dotata di uno scambiatore di calore destinato a trasferire il calore contenuto nell’aria di espulsione (contaminata) all’aria di immissione (fresca)

9) efficienza termica di un HRS residenziale: rapporto tra il guadagno termico dell’aria di immissione e la perdita termica dell’aria di espulsione, entrambi riferiti alla temperatura esterna, misurati a stato asciutto dell’HRS e in condizioni atmosferiche standard, con flusso di massa bilanciato, alla portata di riferimento e una differenza termica interno/esterno di 13 K, senza correzione in base al guadagno termico dei motori dei ventilatori

10) percentuale di trafilamento interno: frazione dell’aria espulsa presente nell’aria di immissione delle unità di ventilazione con HRS a causa di trafilamento tra i flussi d’aria di espulsione e di immissione all’interno della cassa quando l’unità funziona alla portata di riferimento, misurata sulle canalizzazioni

11) flusso residuo: la percentuale di aria esausta che viene reintrodotta nell’aria di immissione per uno scambiatore di calore rigenerativo secondo la portata di riferimento;

12) percentuale di trafilamento esterno: frazione di trafilamento della portata di riferimento che fuoriesce dalla cassa di un’unità verso l’aria esterna, o dall’aria esterna verso la cassa, quando è sottoposta a prova di tenuta

13) miscela: rimessa immediata in circolo o commistione dei flussi d’aria tra le aperture di espulsione e quelle di immissione tanto sulle terminazioni interne quanto su quelle esterne, per cui tali flussi non contribuiscono alla ventilazione effettiva dello spazio chiuso quando l’unità viene fatta funzionare alla portata di riferimento

14) percentuale di miscela: frazione del flusso d’aria in espulsione, facente parte della portata totale di riferimento, che ricircola tra le aperture di espulsione e quelle di immissione tanto sulle terminazioni interne quanto su quelle esterne senza contribuire alla ventilazione effettiva dello spazio chiuso quando l’unità viene fatta funzionare alla portata di riferimento

15) potenza assorbita effettiva (espressa in W): potenza elettrica assorbita alla portata di riferimento e alla corrispondente differenza totale di pressione esterna, che comprende il fabbisogno di energia elettrica per i ventilatori, i dispositivi di regolazione (compresi quelli a distanza) e la pompa di calore (se integrata)

16) potenza assorbita specifica (SPI) [espressa in W/(m3/h)]: rapporto tra la potenza assorbita effettiva (in W) e la portata di riferimento (in m3/h)

17) portata di riferimento (espressa in m3/s): valore sull’asse delle ascisse di un punto di una curva del diagramma portata-pressione che coincide con un punto di riferimento, o è alla massima prossimità possibile, almeno al 70% della portata massima e a 50 Pa per le unità da canale e a pressione minima per le unità non da canale. Per le unità di ventilazione bidirezionali la portata di riferimento si applica all’ingresso dell’aria di immissione

18) ventilazione a controllo ambientale (DCV): unità di ventilazione che si avvale del controllo ambientale

19) unità da canale: unità di ventilazione destinata a ventilare uno o più locali o spazi chiusi in un edificio con l’uso di canalizzazioni dell’aria e attrezzata per essere dotata di connessioni alle canalizzazioni

20) unità non da canale: unità di ventilazione destinata a ventilare un solo locale o spazio chiuso in un edificio e non attrezzata per essere dotata di connessioni alle canalizzazioni

21) scambiatore di calore a recupero: scambiatore di calore destinato a trasferire energia termica da un flusso d’aria ad un altro senza il movimento di elementi, quale ad esempio uno scambiatore di calore a piastre o tubolare con flusso parallelo, flusso trasversale o a controcorrente, oppure con combinazione di questi, oppure uno scambiatore di calore a piastre o tubolare a diffusione di vapore

22) scambiatore di calore rigenerativo: scambiatore di calore rotativo che contiene un elemento rotante per trasferire energia termica da un flusso d’aria ad un altro, comprendente materiale adibito al trasferimento del calore latente, un meccanismo di azionamento, una cassa o incastellatura e dispositivi di tenuta per ridurre il bypass e il trafilamento di aria da uno dei flussi; tali scambiatori di calore hanno presta- zioni diverse nel recupero dell’umidità in funzione del materiale usato

23) dispositivo di by-pass termico: qualsiasi soluzione che bypassi lo scambiatore di calore o che ne controlli in automatico o in manuale i risultati in termini di recupero di calore, anche in assenza di un dispositivo fisico di by-pass del flusso d’aria (ad esempio dispositivo per il funzionamento estivo, controllo di velocità del rotore, controllo del flusso d’aria).

La definizione numero 7 è particolarmente significativa perché connota l’acronimo e l’unità di misura del valore da inserire nell’etichetta energetica di una centrale di ventilazione per descriverne la classe. Si tratta per l’appunto del SEC “Specific Energy Consumption” (SEC) e va da una scala di valori negativi che partono da -42, fino allo zero.

L’etichetta deve contenere le seguenti informazioni:

• Il nome o il marchio del fornitore
• L’identificativo del modello della centrale
• La classe di efficienza energetica (la cui posizione risulta in base al SEC della specifica unità, con riferimento alla definizione 7)
• Il livello di potenza sonora
• La portata massima (vedi definizione 4).

Il SEC si calcola tramite una formula matematica che è contenuta nell’allegato VIII del Regolamento 1254:2014.

TIPOLOGIE DEGLI IMPIANTI DI VENTILAZIONE

Nell’ambito delle situazioni in cui possono essere utilizzate Unità di Ventilazione Residenziali (UVR) gli impianti di ventilazione meccanica si distinguono essenzialmente in due categorie che presentano un diverso sviluppo delle reti aerauliche: impianti unidirezionali e impianti bidirezionali. Per ogni tipologia di impianto è possibile impostare un tipo di funzionamento per ottenere un rinnovo dell’aria costante o variabile tramite opportuni sensori.

Sistemi unidirezionali per estrazione: l’immissione dell’aria negli ambienti avviene attraverso dispositivi specifici e certificati installati sugli infissi (a cassonetto o sul telaio) oppure sulle pareti esterne, che sono attraversate da un breve tratto di canale. Questo sistema non richiede una rete di canali di mandata.

Sistemi a flusso semplice per immissione: la rete aeraulica di mandata è collegata a un ventilatore che spinge l’aria esterna nelle stanze da letto e nei soggiorni; nei bagni e nelle cucine sono installati dispositivi di uscita dell’aria per sovrapressione. Questi sistemi sono particolarmente utilizzati in Inghilterra, ma recentemente anche in Italia è stato introdotto un sistema per singolo ambiente, integrato al serramento, che permette l’immissione dell’aria, in questo caso filtrata.

Sistemi bidirezionali: è necessaria l’installazione di due reti aerauliche, una di mandata, per convogliare l’aria nuova nelle stanze da letto e soggiorni, e una di ripresa dell’aria viziata da bagni e cucine. Con questo tipo di impianti è sempre possibile operare la filtrazione dell’aria esterna a seconda del suo grado di inquinamento e recuperare parte del calore dell’aria in uscita per cederlo a quella in entrata, senza che avvenga alcuna contaminazione tra i due flussi.

In genere, per scegliere un impianto di ventilazione bidirezionale si valutano i seguenti aspetti, oltre a quelli economici e a quelli legati agli eventuali ingombri di centrali e canalizzazioni:

• modalità di installazione
• efficienza del recuperatore di calore, quando presente
• consumi elettrici dei ventilatori
• possibilità di variazione della portata.

ACUSTICA

Tutti gli aspetti acustici dell'impianto di ventilazione sono regolati da leggi e norme, perché ovviamente la movimentazione dell’aria tramite ventilatori meccanici genera rumore e il problema può essere rilevante sia nei sistemi canalizzati sia in quelli non canalizzati.

Per le unità bidirezionali canalizzate, con scambiatore di calore, i test di acustica da realizzare sono precisati nella UNI EN 13141-7.

I parametri da misurare sono rispettivamente:

• la potenza acustica emessa dall’involucro (casing)
• la potenza acustica irradiata nei canali.

Per quanto riguarda il “radiative sound power”, ossia la potenza acustica emessa dall’involucro dell’unità di ventilazione espressa in dBA, il test report deve contenere il livello corrispondente alla cosiddetta portata di riferimento. Secondo i normatori infatti la rumorosità a portata massima non è particolarmente significativa poiché è associabile ad un andamento di picco (che la norma definisce come “boost”) breve e saltuario, per il quale è tollerabile un momentaneo superamento delle condizioni ottimali.

Poiché le unità canalizzate - che in genere movimentano una maggiore portata d’aria rispetto a quelle non canalizzate - sono frequentemente installate in appositi spazi tecnici e possono più facilmente essere dotate di accorgimenti per l’abbattimento del rumore emesso (giunti antivibranti, strato isolante nella scocca, pannelli di chiusura, ecc.), sono stati considerati accettabili maggiori livelli di potenza acustica rispetto a quelli emessi dalle unità per singolo ambiente.
 

Per le unità bidirezionali, non canalizzate, con scambiatore di calore, i test di acustica da realizzare sono precisati nella UNI EN 13141-8.

I parametri da misurare sono rispettivamente:

• la potenza acustica emessa in ambiente
• l’isolamento acustico dell’unità di ventilazione, tra ambiente interno ed esterno.

LA PREVISIONE DELLA RUMOROSITÀ IN OPERA

La scelta di un’unità di ventilazione non deve essere compiuta solo in base al valore di potenza acustica emessa, poiché tale dato assume un pieno significato progettuale solo se abbinato alle altre informazioni relative alla centrale, ossia il consumo elettrico specifico per unità di portata, il livello di filtrazione, la portata d’aria erogata alle diverse velocità e infine l’efficienza di recupero di calore dello scambiatore.

Il dubbio principale che regna sul tema è correlato a questa domanda: a partire dal dato di potenza acustica emessa da un’unità di ventilazione, è possibile effettuare una valutazione previsionale del livello di pressione sonora che successivamente un eventuale tecnico, munito di fonometro, potrebbe verificare in un ambiente (stanza da letto, soggiorno o studio)?

La risposta a questa domanda non solo è affermativa, ma introduce un altro aspetto importante, ossia che le normative di progetto della qualità dell’ambiente interno insegnano al tecnico a stabilire un livello di pressione sonora come obiettivo progettuale, mentre le unità di ventilazione, come abbiamo visto in precedenza, sono certificate in base al livello di potenza sonora emessa. Come fare quindi?

Prima di tutto occorre non confondere livello di potenza sonora e livello di pressione sonora. Questo grave errore ancora si compie in documentazione tecnica ed elaborati progettuali. Ad esempio, nessuno chiederebbe “una stufetta da 20°C”, così nessuno può dire semplicemente che un apparecchio “produce un livello di pressione sonora di 30 dB”. Così come la temperatura che si stabilisce nell’ambiente è la conseguenza della potenza della stufetta e del flusso termico disperso dall’ambiente, in campo acustico la pressione sonora che si realizza in un ambiente è la conseguenza della potenza acustica emessa dalla sorgente e delle caratteristiche acustiche dell’ambiente (dimensioni e assorbimento acustico delle superfici e dell’arredo).

Dopo di che è importante sapere che per passare dal livello di potenza acustica emessa da una centrale di ventilazione non canalizzata al livello di pressione sonora misurabile in un determinato ambiente, occorre utilizzare un procedimento matematico che tenga in considerazione gli aspetti dimensionali della stanza stessa e un valore appropriato del suo tempo di riverberazione. Al settore residenziale è prassi assegnare 0,5 secondi.