REQUISITI DI VENTILAZIONE
NEGLI EDIFICI
Francesco Mancini
Università La Sapienza di Roma
[email protected]
www.ingenergia.it
Introduzione
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Per garantire la qualità dell’aria all’interno degli ambienti indoor, accanto ad
interventi per il contenimento delle emissioni o per la rimozione degli inquinanti
alla fonte, è necessario procedere con interventi di diluizione realizzati mediante
ventilazione degli ambienti stessi con aria esterna.
Tale modalità di intervento presuppone che l’aria esterna di rinnovo sia più povera
di inquinanti dell’aria interna.
L’introduzione dell’aria esterna all’interno dell’edificio può essere realizzata:
• mediante aperture dell’edificio stesso, che lascino entrare ed uscire l’aria
naturalmente (ventilazione naturale)
• mediante sistemi impiantistici che forzino l’immissione o l’estrazione di aria
(ventilazione meccanica o ventilazione forzata)
• integrando opportunamente modalità di ventilazione naturale e meccanica
(ventilazione ibrida).
Introduzione
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Il calcolo della portata di aria esterna necessaria a garantire la giusta qualità
dell’aria può essere eseguito secondo due modalità alternative:
1. Metodo prestazionale, che prevede la determinazione della portata d’aria in
funzione della concentrazione degli inquinanti all’interno dell’ambiente; questa
procedura indica quali sono i livelli accettabili di inquinanti e non fa
riferimento ai trattamenti dell’aria;
2. Metodo prescrittivo, che suggerisce una portata volumica di aria esterna in
funzione della destinazione d’uso dei locali e di un indicatore di inquinamento
specifico per la destinazione (persone, nella maggior parte dei casi, o superficie
o volume); la Norma UNI 10339 fa riferimento a tale metodologia di calcolo
L’approccio prestazionale consente di simulare in modo più preciso le condizioni di
un ipotetico ambiente, ma presenta difficoltà e indeterminazioni che ne complicano
l’applicazione; non sempre le sostanze inquinanti sono facilmente identificabili o
vengono prodotte in modo uniforme e costante nell’ambiente e spesso non tutta
l’aria esterna immessa partecipa alla completa diluizione di tali sostanze.
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Metodo prestazionale
mae Cs
mae Cs minq mae Cu
minq
mae
mae Cu
-
-
minq
Cu Cs
la portata d’aria esterna (mae) necessaria alla diluizione degli inquinanti cresce al
crescere della produzione locale di inquinanti (minq); ciò conferma la necessità di
limitare la produzione di inquinanti alla fonte;
la portata d’aria diminuisce al crescere della differenza tra la concentrazione
degli inquinanti nell’aria estratta (Cu) e nell’aria immessa (Cs)
o l’aria immessa deve essere povera di inquinanti; la presa d’aria esterna deve
essere collocata in posizione idonea ed è necessario filtrare l’aria;
o l’aria estratta dall’ambiente deve essere prelevata dove la concentrazione è
più alta, ossia in prossimità delle fonti interne di inquinanti.
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Metodo prestazionale
• Nell’ espressione ottenuta non compare la concentrazione di inquinanti
dell’ambiente interno (Ci), che è il dato di progetto per la qualità dell’aria
interna, solitamente riferito alla sola zona occupata dalle persone
• nulla è detto circa le modalità di introduzione ed estrazione dell’aria che
influiscono in maniera determinante sulle condizioni ambientali interne
• Tali aspetti vengono considerati attraverso l’efficienza di ventilazione (εv).
C Cs
v u
Ci Cs
-
Cu è la concentrazione di inquinanti nell’aria estratta dall’ambiente;
Cs è la concentrazione di inquinanti nell’aria immessa in ambiente;
Ci è la concentrazione di inquinanti nella zona occupata dalle persone
mae Cs
minq
mae
mae Cu
minq
Cu Cs
mae
minq
1
Ci Cs v
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Metodo prestazionale
mae
minq
1
Ci Cs v
- all’aumentare dell’efficienza di ventilazione diminuisce la portata
necessaria di aria esterna, a parità di contaminante prodotto in
ambiente
- non ha senso ventilare con aria esterna se la concentrazione degli
inquinanti desiderata in ambiente (Ci) è minore della concentrazione
degli inquinanti raggiungibile per l’aria immessa (Cs)
- la portata d’aria esterna aumenta al diminuire della differenza tra la
concentrazione degli inquinanti nell’aria ambiente (Ci) e la
concentrazione degli inquinanti nell’aria immessa (Cs); in altri
termini, più si desidera un ambiente con aria pulita, maggiore è il
quantitativo di aria esterna necessaria; più è alta la concentrazione
degli inquinanti nell’aria esterna, maggiore è il quantitativo di aria
esterna necessaria
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Metodo prestazionale
• Il valore dell’efficienza di ventilazione è funzione del sistema di distribuzione e
della differenza tra la temperatura dell’aria di mandata e quella nella zona
occupata dalle persone; tali variabili definiscono il moto dell’aria nell’ambiente
e la sua capacità di rimuovere le particelle di inquinanti presenti.
I metodi di diffusione dell’aria in ambiente, raggruppabili in due categorie:
- perfect mixing distribution (ventilazione con perfetta miscelazione), con una
completa diluizione degli inquinanti in ambiente e una conseguente uniforme
concentrazione; l’immissione in ambiente di una portata d’aria provoca una
movimentazione dell’aria tesa ad una mescolanza che, in condizioni teoriche,
dovrebbe coinvolgere tutto l’ambiente;
- perfect displacement distribution (ventilazione a dislocamento), con un fronte
d’aria che avanza da un lato verso l’altro dell’ambiente e la rimozione costante
dei contaminanti durante il suo moto; la concentrazione dei contaminanti varia
da un minimo nella zona di immissione ad un massimo nella zona di estrazione
(es. sale operatorie).
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Metodo prestazionale
Differenza di temperatura [°C] tra l’aria di Efficienza di
immissione e l’aria nella zona occupata ventilazione
0.9 ÷ 1.0
<0
Ventilazione per miscelazione
Modalità di ventilazione
Cs , Ts
Cu
Ci , Ti
Ventilazione per miscelazione
Cs , Ts
Ci , Ti
Cu
Ventilazione a dislocamento
Cu
Cs , Ts
Ci , Ti
0÷2
0.9
2÷5
0.8
>5
0.4 ÷ 0.7
< -5
0.9
-5 ÷ 0
0.9 ÷ 1.0
>0
1.0
>2
0.2 ÷ 0.7
0÷2
0.7 ÷ 0.9
<0
1.2 ÷ 1.4
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Metodo prestazionale
Difficoltà applicative:
- in presenza di inquinanti diversi, per caratteristiche fisiche e per
distribuzione delle fonti interne, si hanno diversi valori
dell’efficienza di ventilazione e, conseguentemente, diversi valori
delle portate d’aria;
- la distribuzione e le caratteristiche delle sorgenti interne possono
variare a seguito di una modifica del lay-out interno degli ambienti;
- non si hanno dati certi e condivisi delle concentrazioni di inquinanti
nell’aria esterna per tutte le località;
- non si hanno dati certi e condivisi delle emissioni di inquinanti dei
materiali da costruzioni o degli elementi di arredo
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Metodo prescrittivo
• La metodologia di calcolo prescrittiva (UNI 10339) prevede il rispetto di vincoli
in materia di portata d’aria, di filtrazione e di movimentazione dell’aria.
• In funzione della destinazione d’uso, la portata di aria esterna deve essere
maggiore del valore minimo stabilito, riferito al numero di persone, alla
superficie in pianta o al volume dell’ambiente.
• Per alcuni ambienti, è previsto che ci sia estrazione dell’aria, al fine di
mantenere tali ambienti in depressione rispetto agli ambienti limitrofi.
• La UNI 10339 non ha valore di “cogenza”. Il compito è demandato a leggi o
regolamenti locali, che solo in alcuni casi ne hanno recepito le indicazioni. In
ogni caso rappresenta un riferimento nazionale per la progettazione.
Gae Gae, p n p
Gae Gae,S S
Gae Gae,V V
• Gae,p è la portata d’aria per persona
• np è il numero di persone, calcolato sulla base dell’indice di
affollamento;
• Gae,S è la portata d’aria per unità di superficie
• S è la superficie in pianta dell’ambiente;
• Gae,V è la portata d’aria per unità di volume
• V è il volume dell’ambiente.
Dalla portata in volume si ottiene la portata in massa,
operando le necessarie conversioni delle unità di misura
e considerando la massa volumica (ρ)
mae Gae
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Metodo prescrittivo
Destinazione d’uso
Soggiorni, camere
Cucina, bagno
Soggiorni
Sale riunioni
Collegi, caserme Dormitori
Camere
Residenze a
uso
Cucina
pubblico
Soggiorni
Alberghi,
Sale conferenze
pensioni
Camere
Tutti
Bagni, servizi
Uffici singoli
Uffici open space
Uffici
Locali riunione
CED
Bagni, servizi
Degenze
Corsie
Camere sterili
Ospedali
Visita medica
Soggiorni, terapie
Sale infettivi, sale operatorie o parto
Bagni, servizi
Sale in genere
Cinema, teatri, Biglietterie
Residenze
private
Abitazioni civili
Portata di aria esterna
di immissione o di estrazione
Gae,S
Gae,V
ae,p
pers/m2 (m3G
/h)/pers (m3/h)/m2 (m3/h)/m3
0,04
40
4* (estr.)
0,20
0,60
33
0,10
40
0,05
40
60
0,20
40
0,60
20
0,05
40
8* (estr.)
0,06
40
0,12
40
0,60
36
0,08
25
8* (estr.)
0,08
40
0,12
40
0,08
40
0,05
40
0,20
30
**
**
**
**
8* (estr.)
1,5
20
0,20
40
Affoll.
Portata d’aria per il controllo dell’umidità in
ambiente
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• Una corretta progettazione include il controllo dei valori di umidità in ambiente,
per evitare la formazione di condensazione superficiale sulle superfici interne
delle pareti perimetrali e per evitare che sulle stesse si abbia proliferazione di
colonie fungine o danneggiamento di eventuali rivestimenti. Questo controllo si
attua con immissione di aria esterna.
• Ambiente (di volume V) con temperatura interna Ti > Te controllata da un
impianto di riscaldamento e con un numero di ricambi orari pari ad n [1/h].
All’interno sono presenti sorgenti di vapore (persone, cottura cibi, asciugatura
panni, ecc) per una complessiva produzione di vapore mv [kg/h].
n V ve
n V v ,i n V v ,e mv
……saltando qualche passaggio….
mv
n V vi
n
mv Rv Ti
V p v ,i p v , e
Portata d’aria per il controllo dell’umidità in
ambiente
n
mv Rv Ti
V p v ,i p v , e
• Il numero di ricambi orari per evitare condensa è direttamente proporzionale
al rapporto mv /V (produzione interna di vapore per unità di volume) ed alla
temperatura interna, è inversamente proporzionale alla differenza (pv,i - pv,e).
• I fenomeni di deterioramento delle superfici consistono, sostanzialmente,
nella proliferazione di colonie fungine e nel danneggiamento dei rivestimenti.
• La germinazione e lo sviluppo delle spore fungine su supporti porosi risulta
tanto più rapida quanto più elevata è l’umidità relativa. E’ necessario non
superare un valore medio mensile di umidità relativa dell’aria dell’80%
ricambi orari……………………portata in volume………….portata in massa
n
mv Rv Ti
V p v ,i p v , e
Gae n V
mae Gae
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Portata d’aria per infiltrazione
• Nessun edificio è totalmente impermeabile all’aria esterna. Per effetto delle
differenze di pressione tra l’interno e l’esterno si hanno sempre delle
infiltrazioni di aria esterna attraverso le aperture, anche piccole, che si hanno
nell’involucro edilizio:
o giunzioni dell’involucro edilizio;
o fori o fenditure su pareti per passaggio di impianti;
o aperture verso cavedi;
o infissi a scarsa tenuta.
• La portata in massa di aria esterna può essere valutata in prima
approssimazione ipotizzando un numero di ricambi orari per infiltrazione pari
a 0,3 h-1 per edifici con infissi nuovi o pari a 0,5 h-1 per edifici con infissi
vecchi
ricambi orari……………………portata in volume………….portata in massa
n 0,3 0,5
Gae n V
mae Gae
Portata d’aria di progetto
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• L’immissione di aria esterna serve a diluire gli inquinanti e ad evitare
la formazione di condensa superficiale all’interno degli ambienti.
• In ogni edificio, in ragione della permeabilità all’aria, si ha una portata
di infiltrazione che entra naturalmente.
• Per ambienti poco inquinati e poco umidi, in alcuni casi, la portata di
infiltrazione è da sola sufficiente a diluire gli inquinanti e ad evitare la
formazione di condensa; in altri casi può diventare sufficiente, agevolata
ed incrementata a seguito dell’apertura di porte e finestre.
• Per ambienti molto inquinati o molto umidi è necessario mettere in
atto vere e proprie strategie di ventilazione e progettare sistemi di
ventilazione idonei, che potranno essere di tipo naturale, di tipo
meccanico o di tipo ibrido; in ogni caso, è necessario che assicurino il
giusto valore della portata di aria esterna.
Portata d’aria di progetto
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1. si calcola la portata necessaria a diluire gli inquinanti;
2. si calcola la portata necessaria ad evitare fenomeni di condensazione
superficiale
3. confrontando i due valori si determina la portata di aria esterna di progetto mae,
uguale alla maggiore tra le due portate sopra calcolate;
4. si confronta il valore ottenuto con la portata d’aria per infiltrazione mae,inf;
5. se mae ≤ mae, inf significa che la portata di aria esterna di progetto è garantita
dalle infiltrazioni;
6. se mae > mae,inf significa che la portata di aria esterna di progetto non è garantita
dalle infiltrazioni; è quindi necessario un sistema di ventilazione per garantire la
qualità dell’aria ed il controllo dell’umidità.
Per abitudini consolidate, la portata d’aria di progetto è espressa in diverse modalità:
- per indicare l’entità del ricambio d’aria di un ambiente o di un edificio conviene
utilizzare i ricambi orari (n), esprimendoli in [1/h];
- per indicare la portata d’aria da elaborare in una unità di trattamento e da distribuire
attraverso le canalizzazioni, conviene utilizzare la portata d’aria in volume (Gae),
espressa in [m3/h];
- per i calcoli di dimensionamento delle varie apparecchiature di scambio energetico,
conviene utilizzare la portata in massa (mae), espressa in [kg/s].
