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UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI CAGLIARI FACOLTÁ DI INGEGNERIA E ARCHITETTURA

Laurea Magistrale in Archite>ura

L. I. di PROGETTAZIONE TECNICA E STRUTTURALE

Modulo Impianti a.a. 2012-2013 La ventilazione Docente: Ing. ROBERTO RICCIU

-  La ventilazione: cenni generali

-  La ventilazione:

o  La ventilazione naturale •  I moti dell’aria

-  Ventilazione passante orizzontale -  Ventilazione a lato singolo

•  Raffrescamento Passivo Ventilativo -  Microclimatico -  Geotermico -  Evaporativo -  Radiativo

o  La ventilazione meccanica •  Efficienza di ventilazione •  Strategie di ventilazione •  Diffusori e terminali •  Tipi

-  a semplice flusso -  a doppio flusso

•  Tasso di ricambio o  Normativa

-  Bibliografia

La ventilazione : indice

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La ventilazione degli ambienti serve a mantenere la qualità dell’aria degli ambienti confortevole, attraverso un ricambio d’aria. La ventilazione è il movimento dell’aria (volontario) dovuto a fenomeni naturali o a sistemi automatizzati direttamente controllabili. Nel primo caso si parla di ventilazione naturale, generata dal vento o da altri fattori ad esso collegati; nel secondo caso si parla invece di ventilazione meccanica (controllata). Il vantaggio della ventilazione naturale sta nell’evidente fatto che a seguito di una opportuna progettazione dell’edificio, la sua gestione è molto economica e maggiormente adatta ad ambienti non lavorativi; Il vantaggio della ventilazione meccanica sta nel fatto di poter garantire le prestazioni nel momento richiesto e pertanto maggiormente adatto ad ambienti lavorativi.

La ventilazione : generalità

Ing. ROBERTO RICCIU -‐ Lezioni del L. I. di PROGETTAZIONE TECNICA E STRUTTURALE

modulo IMPIANTI a. a. 2012-‐2013 3

Il tasso di ricambio è quindi necessario per mantenere un ambiente confortevole perché permette di - avere aria nuova pulita e perché si può - controllare il livello di umidità presente all’interno dell’ambiente. Il tasso di ricambio deve orientarsi al fabbisogno d’aria delle persone che si trovano in un determinato ambiente oppure al volume dell’ambiente stesso a seconda della destinazione d’uso. E’ importante garantire un determinato numero di ricambi all’ora.




All’interno di un ambiente qualsiasi l’aria penetra attraverso due fenomeni differenti: - la ventilazione, l’immissione d’aria volontaria all’interno di un ambiente confinato; - l’infiltrazione, l’introduzione d’aria (all’interno di un ambiente) del tutto involontaria, ad esempio dovuta agli ‘‘spifferi’’ attraverso gli infissi ed impianti.

La ventilazione : ventilazione ed infiltrazione

5 Blower door test

La ventilazione permette di migliorare il livello di comfort all’interno di un ambiente confinato agendo sulla qualità dell’aria. Dunque la ventilazione è strettamente legata alla qualità dell’aria interna (Indoor Air Quality). L’aria è considerata di qualità accettabile quando non contiene inquinanti specifici in quantità ritenute dannose, ovvero quando almeno l’80% degli occupanti esprime soddisfazione nei suoi riguardi (Standard ASHRAE 62/1989) Tale soggettività percettiva varia da individuo ad individuo, e la capacità di giudizio è alterata dall’assuefazione: ad esempio, trascorsa un’ora di lezione in una aula scolastica, gli studenti non si lamentano di una scarsa qualità dell’aria, bensì il docente della lezione successiva, che proviene dal corridoio in cui la qualità dell’aria è migliore.


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La qualità dell’aria deve soddisfare alcuni aspetti: - potersi distribuire uniformemente all’interno degli ambienti;

- garantire in tutte le condizioni il ricambio minimo attraverso la ventilazione;

- effettuare un filtraggio con l’efficacia prevista in base al tipo di utenza;

- ridurre al minimo il livello di polveri e inquinanti.




Per gli edifici residenziali si può assumere un tasso di ricambio d’aria pari a 0,3 volumi/h come prescritto dalla UNI 10344 per ambienti non artificialmente ventilati. Per tutti gli altri edifici si assumono i tassi di ricambio d’aria riportati nella UNI 10339

La ventilazione : tasso di ricambio orario

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La ventilazione : coefficiente di dispersione

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L’aria interna perciò va ricambiata con aria esterna, considerata meno contaminata e di qualità superiore. In ogni caso l’aria nuova immessa contiene sostanze inquinanti che contribuiscono a contaminarla. Le cause principali di contaminazione possono essere: - Persone - Animali domestici - Fumo di tabacco - Materiali e arredi edilizi - Apparecchiature - Apparecchi per la combustione - Prodotti chimici - Impianti di condizionamento e ventilazione

La ventilazione : ventilazione



Gli impianti e le persone sono tra le cause maggiori di inquinamento. Infatti da una parte, la scarsa manutenzione e pulizia degli apparecchi e delle canalizzazioni possono aumentare la proliferazione dei contaminanti, che poi si diffondono nell’ambiente interno una volta attivato il processo di ventilazione meccanica. Dall’altra, le persone che emettono, in base all’attività fisica svolta, più o meno bioeffluenti, che contribuiscono a peggiorare la qualità dell’aria interna. Solitamente si valutano i livelli di concentrazione di anidride carbonica (CO2) attraverso l’unità di misura ppm (parti per milione, cioè parti volumiche di gas per milioni di parti volumiche di aria).




La ventilazione può essere differenziata in base all’uso: - ventilazione corporea: il movimento dell’aria lambisce la superficie del corpo dell’utente che si trova all’interno di uno spazio; - ventilazione ambientale: il movimento d’aria è in relazione all’ambiente da raffreddare; - ventilazione strutturale: il movimento dell’aria colpisce una parete massiva dell’edificio, che attraverso opportune griglie accumula calore durante il giorno e lo cede durante la notte. in base al moto: - ventilazione passante, orizzontale e verticale; - ventilazione attraverso condotti interrati, con movimento dell’aria attraverso condutture collocate nel terreno con bocchetta d’ingresso collocata all’esterno e bocchetta d’uscita all’interno dell’edificio da raffrescare;

La ventilazione : tipi



-  ventilazione a caduta, in cui il moto d’aria è discensionale in condotti a sezione ampia, in modo del tutto naturale o forzato, per effetto di un aumento della densità dell’aria stessa dovuto a raffreddamento evaporativo e/o convettivo;

-  ventilazione attraverso unità ventilante, in cui il moto d’aria è fatto passare attraverso unità di raffrescamento evaporativo;

-  ventilazione attraverso collettori, con conseguente passaggio forzato dell’aria attraverso l’intercapedine di moduli radianti.




La ventilazione, distinta in naturale e meccanica, è utilizzata per avere ricambi d’aria all’interno di ambienti confinati, e dunque migliorare la condizione di benessere. • La ventilazione naturale viene realizzata tramite aperture sull’involucro edilizio. L’efficacia maggiore si ottiene se le finestre sono collocate su pareti opposte. Di contro però non è controllabile ne la portata ne la qualità dell’aria proveniente dall’esterno (presumibilmente inquinata). Ulteriori problematiche possono essere la rumorosità esterna e le correnti d’aria fredde. Solitamente viene immessa aria calda in estate e aria fredda in inverno, con conseguenti perdite di energia. • Attraverso la ventilazione meccanica invece si ha il controllo sulla portata di aria immessa e si evitano le correnti d’aria fastidiose. La presenza di filtri e il livello controllato dell’umidità migliorano la qualità e il comfort. Si ha inoltre la garanzia di continuità del processo. Quando si ha utilizzo di sole forze naturali, il sistema di ventilazione scelto è definito passivo. Quando invece si utilizzano in aggiunta anche sistemi meccanici, il processo di ventilazione è conosciuto come ibrido.


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Qualunque sia il tipo di ventilazione, tutte sono caratterizzate dai seguenti movimenti dell’aria: - Immissione di aria esterna pulita - Movimentazione dell’aria interna - Espulsione dell’aria contaminata In base alla disposizione delle aperture di ingresso ed uscita dell’aria la ventilazione passiva si distingue in : - passante orizzontale, aperture su pareti opposte ma alla stessa altezza - a lato singolo, una o più aperture sulla stessa parete - passante verticale, due o più aperture su pareti opposte




VENTILAZIONE NATURALE VENTILAZIONE ARTIFICIALE




VENTILAZIONE NATURALE I movimenti dell’aria si originano per: - differenza di pressione tra due punti dell’atmosfera alla stessa quota o a quote differenti -  differenza di temperatura che produce ‘‘venti termici’’

I venti sono masse d’aria che si muovono soprattutto lungo la direzione orizzontale a causa delle variazioni della pressione atmosferica. Si spostano da una zona a pressione maggiore ad una zona a pressione minore. Possono essere: • costanti • periodici • variabili

La ventilazione naturale: i moti d’aria



I venti governano il tempo meteorologico nelle nostre regioni. L’insieme dei venti che fluiscono alle latitudini europee prendono il nome di correnti occidentali. I venti possono distinguersi in: - vento occidentale, relativamente caldo e portatore di pioggia;

- vento meridionale, caldo e secco;

- vento di N-E, freddo e secco.

Il vento e le correnti d’aria che causano sono una delle cause di disconfort.




In Italia la direzione di provenienza del vento è molto variabile e dipende in larga misura da fattori locali, quali l’andamento orografico che si comporta sia da elemento incanalatore che da barriera. Il moto dell’aria è così accelerato o rallentato dalla forma, orientamento e pendenza del terreno, comportando variazioni a scala locale. Il sud Italia, a causa della sua configurazione e posizione geografica, presenta maggiore ventosità rispetto al nord. La Sicilia e la Sardegna presentano una ventosità elevata.




Rappresentazioni dei venti.


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Intensità dei venti prevalenti per la città di Cagliari ( 1 nodo = 1,852 km/h).


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Grafici di studio della ventilazione su un sito. Rilevamento della direzione di provenienza e della frequenza.


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Le brezze sono fenomeni ventosi che si verificano a scala minore, tipicamente locale, all’interno dello strato d’atmosfera fino a 1000m. Di solito si generano a causa della differenza di temperatura tra due superfici adiacenti, ad esempio un bacino d’acqua e la terra oppure due versanti di montagna. La differenza di temperatura produce un flusso d’aria umida che migra dalla superficie fredda (alta pressione) a quella calda (bassa pressione). La differente temperatura tra città e zone rurali limitrofe origina la brezza di campagna. In ambito urbano il regime naturale dei venti varia a causa della presenza di edifici che ne modificano velocità e turbolenza. Questa situazione rende difficile la loro valutazione.




Il comportamento del vento nell’ambito urbano




Se in un edificio si collocano delle aperture, il differenziale di pressione tra le varie facciate innesca un flusso d’aria interno che può essere sfruttato per ventilare l’edificio. Le differenti pressioni sono dovute al vento, alla differenza di temperatura e di densità tra interno ed esterno. Gli effetti della ventilazione vengono valutati tramite modelli semplificati per riuscire a studiare i legami che si innescano tra gli assetti urbani e le variazioni nei parametri della ventilazione. Nell’organizzazione degli edifici, diverse sono le situazioni ricorrenti dovute alla ventilazione: - Effetto turbolenza: si genera quando un edificio è più alto di quelli che lo circondano. Nella parte libera dell’edificio la pressione è maggiore rispetto alla parte bassa protetta dagli altri edifici. Le due pressioni differenti generano così delle turbolenze.

- Effetto tunnel: si genera quando zone con pressione diversa comunicano tramite aperture disposte sulle pareti dell’edificio. Il flusso d’aria aumenta la velocità e ciò genera situazioni di discomfort.


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-  Effetto spigolo: si verifica agli spigoli delle facciate, quando il vento passa da una zona all’altra a diversa pressione, separate da un edificio. Da qui la formazione di correnti d’angolo che normalmente si estendono per una zona il cui raggio è uguale o minore alla larghezza dell’edificio.

E’ possibile controllare il vento agendo anche semplicemente sull’organizzazione dello spazio tra gli edifici. Ad esempio si possono introdurre elementi naturali o artificiali per determinare zone di alta e bassa pressione immediatamente intorno agli organismi edilizi (ad es. fasce vegetali come elemento naturale).

Per il controllo della ventilazione si deve considerare principalmente la disposizione delle aperture in pianta e in alzato (insieme alle loro dimensioni), la distribuzione interna degli spazi e i dispositivi di chiusura e regolazione dei flussi d’aria. La migliore distribuzione si ottiene infatti con aperture disposte diagonalmente e in presenza di pochi ostacoli negli alloggi.




Alcune diverse condizioni che modificano il flusso dell’aria: 1) Una sola apertura, sul lato sopravvento, non produce ventilazione.

2) Due aperture uguali consentono una buona ventilazione.

3) Aperture decentrate generano vortici interni.

4) Aperture asimmetriche su pareti opposte generano una grande ventilazione, con conseguente raffrescamento.




1. 2.


3. 4.

Varie configurazioni planimetriche delle aperture – Sezioni Orizzontali



La ventilazione passante orizzontale si innesca con aperture disposte su pareti opposte ma alla stessa altezza. La portata d’aria realizzabile in questo caso è legata all’area netta di apertura, all’angolo di incidenza del vento rispetto al piano dell’apertura e alla differenza di pressione tra le due aperture. La ventilazione a lato singolo è legata ad aperture su un’unica parete. Il flusso d’aria che si crea è discontinuo, e strettamente legato alle variazioni di velocità e direzione dei venti. La portata d’aria è decisamente ridotta in presenza di apertura singola. In caso di più aperture, la portata aumenta o per effetto camino (aperture ad altezza diversa e/o differente temperatura tra aria interna ed esterna) o per flusso dovuto a vento semi-passante ( se le aperture sono alla stessa altezza).




Lato singolo con apertura singola


Lato singolo con apertura multipla

Valori di profondità del vano per garantire una ventilazione efficace Sezioni verticali



La ventilazione passante verticale si innesca mediante aperture su pareti opposte a diversa altezza. Può essere: - diretta: quando il vento o l’effetto camino generano il moto d’aria. Se prevale il vento l’immissione dell’aria sta in sopravento, se prevale l’effetto camino invece, l’espulsione dell’aria è più in alto e in sottovento. - Esempi. Sistemi di ventilazione a torre: Malqaf (Egitto, Pakistan) Badgìr (Iran) - indiretta: quando l’aria è immessa o espulsa nell’/dall’ambiente attraverso un diverso locale, generalmente adibito a tale funzione. - Esempi. Sistemi di ventilazione da atrio e da vano-scala Questi sistemi necessitano di particolare attenzione progettuale, per evitare che l’aria viziata di un vano raggiunga quelli superiori.





Ventilazione passante verticale a torre: a vento

Ventilazione passante verticale a torre: a effetto camino




Ventilazione passante verticale indiretta da atrio



Torre del vento Iraniana




La ventilazione naturale può essere utilizzata anche per il raffrescamento degli ambienti interni, limitatamente alle condizioni climatiche esterne. Ad esempio:

La ventilazione naturale: raffrescamento



Situazione invernale All’interno la temperatura è pari a 13°C. Attivando gli impianti la temperatura arriva a 19°C. Se si immette aria esterna a 5°, aumenta il carico per gli impianti. E’ necessario ridurre al minimo l’aria di rinnovo




Stagione intermedia Gli apporti solari permettono di ottenere una temperatura interna di 20°C. Anche in questo caso è necessario ridurre al minimo i ricambi d’aria.




Stagione intermedia Gli apporti solari determinano una temperatura interna maggiore di quella esterna. In questa situazione è utile introdurre aria dall’esterno per raffrescare l’edificio senza ausilio delle macchine.




Stagione estiva La temperatura esterna è decisamente elevata da non poter essere utilizzata per raffrescare l’ambiente. L’immissione dell’aria comporta inoltre un carico maggiore per le macchine utilizzate per raffrescare.




La ventilazione naturale si attiva principalmente grazie al vento e all’effetto camino: - il vento genera sempre una sovrappressione accompagnata da una depressione sul lato opposto. Tale differenza di pressione permette il moto dell’aria da un lato all’altro dell’edificio.

- L’effetto camino è invece generato dalla stratificazione verticale dell’aria a diverse temperature. L’aria calda, essendo meno densa, sale verso l’alto, al contrario della fredda, densa, che rimane in basso. Questa differenza genera un gradiente di pressione, che diventa utile per innescare una ventilazione ascendente.

La ventilazione per effetto camino infatti dipende dalla differenza di temperatura che esiste tra il punto più basso e quello più alto della stratificazione d’aria. E’ un tipo di ventilazione che si può attivare in assenza di vento.




Ventilazione naturale: effetto camino e massa termica




Non sempre però è possibile sfruttare l’aria esterna, a temperatura decisamente elevata, per raffrescare gli ambienti interni. Si ricorre allora a tecniche che permettono di raffreddare passivamente l’aria prima di immetterla negli ambienti: - raffrescamento passivo geotermico

- raffrescamento passivo evaporativo




RAFFRESCAMENTO PASSIVO Il raffrescamento passivo ventilato è una tecnica utilizzata per respingere il calore proveniente dall’esterno prima che raggiunga l’ambiente da climatizzare e per dissipare il calore in eccesso. E’ un sistema che utilizza l’aria come fluido termoconvettore e l’aria, il terreno, l’acqua, il cielo notturno e/o le strutture edilizie come pozzi di dissipazione del calore. Può essere classificato in base a: - Tipo di raffrescamento (metodo di dissipazione del calore) - Tecnica di ventilazione - Pozzo termico utilizzato - Modalità e tempi di distribuzione dell’aria

La ventilazione naturale: raffrescamento passivo ventilativo

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Il raffrescamento può dunque essere: - Microclimatico, in cui la dissipazione è ottenuta dallo scambio convettivo tra le superfici dell’ambiente da raffreddare e l’aria esterna.

- Geotermico, in cui l’aria di ventilazione è raffreddata mediante scambio termico convettivo tra aria e condotti interrati e mediante scambio conduttivo tra i condotti stessi e il terreno, che quindi costituisce il pozzo termico.

- Evaporativo, in cui l’aria di ventilazione è raffreddata mediante sottrazione di calore entalpico dovuta al passaggio dell’aria attraverso particelle d’acqua.

- Radiativo, in cui l’aria di ventilazione è raffreddata attraverso il passaggio della stessa su una superficie ad alta emittanza esposta alla volta celeste notturna, che si comporta da pozzo termico.


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Nelle zone di clima temperato come quelle della nostra penisola possono essere applicati due tipi di raffrescamento, quello microclimatico e quello geotermico. Il Raffreddamento Microclimatico può essere distinto in: - Corporeo - Ambientale - Strutturale

in cui gli elementi principali sono il vento e il gradiente termico, controllati manualmente o automaticamente attraverso l’utilizzo di griglie d’aerazione o/e serramenti. In questo caso si parla di Ventilazione Naturale Controllata, VNC. Questa è attivata dal moto naturale dell’aria, ma in tanti casi può essere affiancata da aria immessa attraverso macchine, dando vita ad una ventilazione ibrida.




Raffrescamento Ventilativo Corporeo La ventilazione è influenzata dalla differenza di temperatura tra pelle e aria e dalla velocità dell’aria stessa. Per cui, per avere uno scambio termico negativo tra individuo e ambiente è necessario che la temperatura dell’aria sia inferiore rispetto a quella della pelle dell’individuo. Anche se il benessere o la condizione di comfort è raggiunta solo se sono soddisfatti i valori della cosiddetta ‘‘temperatura operante’’. Di fondamentale importanza è la localizzazione delle aperture, che deve garantire uno scambio convettivo al livello del busto, senza generare correnti d’aria fastidiose. In condizione di assenza di impianti, la ventilazione è ricondotta al benessere adattivo e non alle teorie di Fanger (secondo le quali il benessere termo-igrometrico è raggiunto in base alle relazioni che nascono tra fattori soggettivi e fattori ambientali).




Raffrescamento Ventilativo Ambientale Si ottiene introducendo all’interno dell’ambiente aria più fredda rispetto a quella già presente, con l’obiettivo di portare la temperatura e l’umidità relativa a livelli confortevoli. Le forze motrici che innescano il sistema ventilativo sono il vento e l’effetto camino, con possibile integrazione meccanica per movimentare l’aria in caso di sistema ibrido. Raffrescamento Ventilativo Strutturale Consiste nell’introdurre all’interno dell’edificio, durante il periodo serale/notturno, una certa quantità d’aria proveniente dall’esterno attraverso bocchette correttamente posizionate. In questo modo il flusso entrante colpisce le pareti massive (che durante il giorno hanno accumulato calore), le quali cedono il calore che verrà poi trasferito all’esterno, in favore di un raffrescamento dell’ambiente interno.




Raffrescamento Ventilativo Geotermico Questo meccanismo di ventilazione è dovuto allo scambio termico che esiste tra ambiente interno e terreno, mediante l’aria che circola all’interno di condutture che stanno a contatto col terreno stesso, ad una certa profondità. La circolazione dell’aria avviene per mezzo di ventilatori se il sistema in esame è ibrido, oppure tramite l’effetto Bernoulli-Venturi (estrazione sottovento) e/o camino solare (apertura nel colmo). L’aria, prima di entrare nell’ambiente, si raffredda durante il passaggio nei condotti. Il sistema può essere di due tipi: - ciclo diretto: l’aria è direttamente immessa nell’ambiente una volta raffrescata durante il passaggio nei condotti dotati di filtro. - ciclo indiretto: l’aria raffrescata nei condotti viene trasferita alle macchine UTA (Unità Trattamento Aria) che provvedono ad immetterla all’interno dell’ambiente (in questo caso si parla di ventilazione meccanica).


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Effetto Bernoulli-Venturi: estrazione sottovento


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Gli scambiatori geotermici si possono distinguere, in base alla quantità d’aria trattata, alle caratteristiche del sito e allo spazio disponibile, in: a singola canna, costituiti da un singolo tubo interrato, o a collettore, costituiti da più tubi in parallelo. Scambiatori a singola canna Potendo trattare ridotte quantità d’aria, tali sistemi sono ben indicati per piccole utenze (le residenze in particolare). Il tubo interrato a sviluppo rettilineo è disposto parallelo ai lati del fabbricato, e in tanti casi sfrutta lo scavo di sbancamento, riducendo i costi. Il sistema si compone di una testa di captazione, dotata di rete di protezione, da cui l’aria entra e raggiunge il condotto interrato orizzontale a pendenza costante (1-2%, per favorire lo scarico della condensa ed evitare formazione di muffe). L’aria si raffredda per scambio termico con le tubature e (le stesse) con il terreno, per giungere nella parte finale in cui è presente un pozzetto per il deposito della condensa. Infine, un sistema di canali di distribuzione trasferisce l’aria all’interno dell’edificio.





Scambiatore a singola canna

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Scambiatori a collettore Per le loro dimensioni, gli scambiatori a collettore sono indicati per il trattamento di grandi quantità d’aria. Si compongono di: - Testa di captazione, dotata di rete di protezione - Camera di presa - Filtro per polveri - Canale orizzontale per la distribuzione dell’aria - Tubature interrate orizzontali a pendenza costante - Canale orizzontale di raccolta - Camera per la condensazione - Camera di miscelazione L’aria esterna entra attraverso la testa di captazione, viene filtrata e poi convogliata nella camera di presa. Da qui l’aria è trasferita, previo passaggio in un filtro, all’interno dei condotti, dove si raffredda ( o viceversa si riscalda) con lo stesso metodo degli scambiatori a canna singola.


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Al termine dei condotti l’aria giunge in un pozzetto di raccolta di ulteriore condensa, formatasi in seguito all’abbassamento eccessivo della temperatura (al di sotto della temperatura di rugiada). Da qui l’aria sarà trasferita alla camera di miscelazione e successivamente immessa nel sistema di distribuzione che la immetterà negli ambienti interni. Quando si progettano sistemi di scambio indiretto terreno-edificio a circolazione d’aria, è importante tenere sotto controllo alcuni criteri dimensionali: - Lunghezza minima dei condotti di 10m. - Diametro del condotto da 20 a 30cm. - Profondità dei condotti tra 1,5 e 3,0m. - Velocità dell’aria nei condotti tra 4 e 8 m/s




Scambiatore a collettore


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Storicamente, il sistema di raffrescamento ventilativo con tubature interrate fu utilizzato nei Covoli di Costozza (un sistema di grotte e cavità) e nelle ville del Palladio. I Covoli di Costozza rappresentano un complesso di ville rinascimentali dotate di un impianto di raffrescamento del tutto naturale, che sfrutta l’aria che arriva dalle cavità sotterranee ( covoli) localizzate al di sotto delle abitazioni. All’interno dei condotti l’aria si trova ad una temperatura di 11-12°C per tutto l’anno. Essendo comunicanti con l’esterno, si innesca un moto convettivo di circolazione dell’aria. Nei periodi estivi l’aria calda penetra dalla parte alta dei covoli e fuoriesce raffrescata in basso. Durante il tragitto, attraverso appositi collegamenti, i ventidotti, l’aria raffrescata è immessa all’interno delle ville situate sopra.





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Raffrescamento Ventilativo Evaporativo Il sistema evaporativo si basa sull’evaporazione della quantità d’acqua contenuta nell’aria. L’effetto dell’evaporazione è utilizzato come pozzo termico. Una delle tecniche è quella a caduta d’aria. Consiste nell’immettere in un ambiente dell’acqua nebulizzata dall’alto. L’aria entrante, a contatto con l’acqua, si raffresca e cade in basso a causa dell’aumento di densità. Questa tecnica è però attuabile in caso di ampi spazi e quando l’attività svolta sia a livello del pavimento. Inoltre devono essere previste un’apertura superiore e una inferiore in una delle pareti laterali. In quella superiore ci andrà il nebulizzatore, mentre quella inferiore sarà in comunicazione con l’esterno o comunque con un ambiente a temperatura più elevata.




L’altra tecnica è quella a unità ventilante, nella situazione di sistema ibrido. Si distingue in diretta e indiretta. La differenza è che in quella diretta l’aria, che si raffredda e umidifica quando passa per l’evaporatore, è immessa direttamente nel locale. In quella indiretta, l’aria che entra nell’evaporatore sottrae calore ad uno scambiatore, che a sua volta raffredda aria più asciutta che entra in ambiente.


Schema del funzionamento di unità di raffrescamento evaporativo diretto (a sinistra) e indiretto ( a destra) 62

Raffrescamento Ventilativo Radiativo Si basa sul principio del trasferimento di calore per irraggiamento, con cessione di calore da un corpo a temperatura maggiore ad uno a temperatura minore, che funge da pozzo termico. Ad esempio, l’edificio rappresenta il corpo caldo che cede calore al corpo freddo rappresentato dalla volta celeste notturna (la cui temperatura è più bassa di quasi tutti gli oggetti presenti sulla superficie terrestre). Il rapporto dei fattori di vista dei due corpi regola la quantità di calore dello scambio. Perciò è il tetto la parte maggiormente significativa per questo tipo di raffrescamento, considerato che è quella con maggiore superficie esposta alla volta celeste. Ancora di più se il tetto è piano o a falde poco inclinate. Anche in questo caso si distingue in diretto e indiretto. Il primo prevede lo scambio termico tra involucro edilizio e volta celeste, il secondo necessita che il fluido vettore (aria o acqua) passi in condotti a contatto con la superficie emittente.




VENTILAZIONE MECCANICA Una ventilazione è efficiente quando è in grado di rimuovere le sostanze inquinanti dall’ambiente. Mostra come certe aree di un ambiente siano influenzate dalla presenza di sorgenti inquinanti. Esiste dunque una ‘‘efficienza di ventilazione’’, che definisce quanto più veloce venga rimosso un inquinante dall’ambiente [Manuale degli Impianti di Climatizzazione]. Ovvero che il sistema di distribuzione deve diffondere uniformemente l’aria nel volume occupato, per evitare che si formino zone di aria pulita e zone di aria contaminata. Pertanto l’aria immessa deve potersi miscelare in modo omogeneo con quella presente.

La ventilazione meccanica: generalità

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In caso di miscelazione perfetta il risultato sarà pari a 1. Se la concentrazione dell’inquinante è minore nella zona di respirazione rispetto all’aria in uscita, si ha un valore >1: ciò significa che si ottiene il livello di qualità desiderato mediante un flusso di ricambio contenuto. Se invece la concentrazione dell’inquinante è maggiore nella zona di respirazione, occorre un ricambio d’aria maggiore.

La ventilazione meccanica: efficienza di ventilazione

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La ventilazione meccanica: efficienza media di ventilazione



La ventilazione meccanica: portata d’aria



Valori delle portate di ventilazione da rispettare nella zona occupata dalle persone




La ventilazione è regolata attraverso due approcci: - VENTILATION RATE (prescrittivo), che stabilisce i valori minimi di portata d’aria di ricambio nell’ambiente. Si applica nell’ipotesi di immissione di aria esterna pulita, in edifici lontani da zone densamente popolate o zone industriali. - INDOOR AIR QUALITY (prestazionale), che stabilisce i valori massimi della concentrazione per gli inquinanti ammessi nell’ambiente. Specifica perciò la quantità d’aria esterna che serve per miscelare quella interna per poter contenere il livello di concentrazione degli inquinanti nei limiti di Legge.




Con il metodo prescrittivo si indica direttamente il valore della portata d’aria da immettere in un ambiente, con quello prestazionale è necessario fare riferimento all’equazione di bilancio di contaminante. Quello prescrittivo è il più usato, in quanto si basa su valori prescritti o regolarizzati dalla Normativa, poi utilizzati nella progettazione. Quello prestazionale necessita la conoscenza della portata di contaminante nell’ambiente e il suo valore di concentrazione che si desidera mantenere nell’ambiente stesso.




Strategie di ventilazione e distribuzione Compito principale della ventilazione è di immettere una certa quantità d’aria all’interno di un ambiente confinato al fine di migliorarne la qualità dell’aria già contenuta. Le strategie sono: - ventilazione a miscelazione;

- ventilazione a dislocamento;

- ventilazione a flusso unidirezionale;

- ventilazione a estrazione localizzata.

La ventilazione meccanica: strategie di ventilazione e distribuzione



Importante è eliminare i contaminanti dell’ambiente senza però ridurre il benessere degli occupanti alterando altri fattori. Se da una parte si vuole migliorare il livello di qualità dell’aria, dall’altra bisogna agire sulla sua velocità di immissione al fine di non attivare correnti d’aria sgradevoli all’interno del locale. Quindi nel progetto del sistema di ventilazione è importante sia stabilire l’entità della portata d’aria, sia prevedere come questa verrà distribuita all’interno dell’ambiente ventilato, per garantire efficienza di ventilazione e limitati rischi di correnti d’aria. Occorre studiare correttamente la collocazione delle bocchette di immissione ed estrazione dell’aria, prevedendo anche il moto d’aria nell’ambiente, per ottenere un ambiente confortevole.




Ventilazione a miscelazione

Ventilazione a dislocamento


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Ventilazione a miscelazione Completa diluizione degli inquinanti in ambiente Viene utilizzata per omogeneizzare la temperatura dell’aria e la concentrazione di inquinante nell’ambiente attraverso un getto ad elevata velocità e turbolenza senza invadere la zona occupata. Il getto determina il movimento dell’aria che di conseguenza si mescola con quella già presente nel locale. Elemento principale della progettazione è il getto, per garantire la desiderata distribuzione dell’aria in ambiente. La portata d’aria è immessa attraverso le bocchette, nella cui uscita si genera il getto: - free jet, getto libero; - wall jet, getto a parete, in cui il getto si incolla alla parete da cui viene immesso.

Il tipo di getto e la tipologia di terminale di diffusione sono gli elementi essenziali per ottenere una confortevole distribuzione dell’aria nell’ambiente.


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Il moto dell’aria non dipende soltanto dalle bocchette di immissione ma anche dalla relazione tra le forze di inerzia, legate alla velocità, e quelle di galleggiamento, legate alla sua temperatura. Per una corretta progettazione è necessario conoscere: - lancio del getto, ovvero la distanza dalla bocchetta di immissione in cui la velocità massima del getto diventa il valore di riferimento;

- massima velocità del getto accettabile nella zona occupata.

Tra le problematiche che possono sorgere compaiono: - possibile formazione di correnti d’aria;

- probabile corto circuito dell’aria tra immissione ed estrazione;

- aria stagnante.




Ventilazione a dislocamento Questa ventilazione si fonda sulla presenza di gradienti verticali di temperatura e di contaminante in ambiente. Il vantaggio è di avere elevati valori di efficienza di ventilazione e di temperatura. Infatti tramite questa ventilazione si riesce ad ottenere un elevato grado di qualità dell’aria nella zona occupata. Il principio base è quello di sfruttare la differenza di densità dell’aria che, riscaldandosi, si muove verso l’alto. L’aria pulita è immessa dal basso attraverso un diffusore, a bassa velocità e ad una temperatura inferiore rispetto a quella dell’ambiente.




L’aria contaminata invece viene rimossa al livello del soffitto. Il movimento dell’aria interna è legato alle sorgenti interne di calore, che generano moti convettivi ascensionali. In questo modo si hanno due zone distinte in cui si distribuisce l’aria interna: in alto l’aria calda e contaminata, in basso quella fresca e pulita, dove stanno gli occupanti (la concentrazione degli inquinanti varia da un minimo nella zona di immissione ad un massimo in quella di estrazione). L’altezza che delimita le due zone, altezza del piano neutro, è parametro fondamentale di progetto. E’ importante precisare che con la ventilazione a dislocamento l’aria immessa nel locale deve essere più fredda rispetto a quella già contenuta nell’ambiente. Se infatti si immettesse aria più calda, questa tenderebbe a salire verso l’alto vanificando l’intero processo. Si eliminerebbe l’azione delle sorgenti termiche su cui tale ventilazione si basa.




Diffusori L’aria trattata dagli impianti viene trasferita agli ambienti medianti i canali di distribuzione, e ivi immessa per mezzo di bocchette o diffusori. Il modo in cui l’aria è immessa nell’ambiente è funzione della collocazione dei terminali di immissione ed estrazione. Le bocchette sono collocate sul lato verticale dei canali, i diffusori invece sul soffitto o sulle pareti del locale. In base al tipo di ventilazione si scelgono i diversi terminali. Per sceglierne tipo e dimensione si tiene conto di: - portata; - altezza di installazione (rispetto al pavimento); - differenza di temperatura; - numero di ricambi; - velocità di uscita; - pressione statica disponibile; - rumorosità.

La ventilazione meccanica: diffusori e bocchette



Diffusori a miscelazione: -  Bocchette a parete -  Diffusori circolari e quadrati a

soffitto -  Diffusori lineari a soffitto -  Diffusori ad alta induzione -  Diffusori a flusso elicoidale -  Diffusori per grandi altezze -  Diffusori a ugelli -  Diffusori a pavimento


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Diffusore a pavimento Zehnder

Diffusore da soffitto Diffusore a flusso elicoidale


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Diffusori a dislocazione: -  Piani a parete -  Semicilindrici a parete -  Cilindrici liberi a pavimento -  Cilindrici ad angolo -  A pavimento

Diffusore cilindrico

Diffusore semicilindrico


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Tipi di bocchette: - a griglia, utilizzate in particolare per la ripresa dell’aria - ad alette fisse, dove non è necessario avere lancio e direzione dell’aria - ad alette orientabili, per fronteggiare le esigenze di distribuzione dell’aria

Bocchetta ad alette orientabili Bocchetta ad alette fisse

Terminali per sistemi localizzati Quando si è certi che la posizione degli occupanti rimane fissa e costante nel tempo, è vantaggioso utilizzare la ventilazione localizzata. Ad esempio negli uffici, nelle sale conferenze, nei teatri, etc.. In questo caso la posizione dell’utente è prevalentemente individuata, e ciò permette di effettuare il controllo microclimatico e della qualità dell’aria in spazi ben definiti del volume confinato. La VMC garantisce il corretto ricambio d’aria negli ambienti, e attraverso i ventilatori si ottiene la portata d’aria ottimale. Gli impianti possono essere: - senza canalizzazioni, uno o più ventilatori sono posizionati nelle pareti o nel soffitto; - con canalizzazioni, quando è impossibile collocare sulle pareti i ventilatori. Si ricorre pertanto a canalizzazioni che convogliano l’aria fino ai terminali di immissione.

La ventilazione meccanica: tipi per sistemi localizzati

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Esistono due tipologie di ventilazione meccanica: -  a semplice flusso

-  a doppio flusso, con recuperatore di calore

La ventilazione meccanica: tipi



Semplice flusso In questi tipi di impianto l’aria dell’ambiente interno viene aspirata e convogliata all’esterno attraverso apposite canalizzazioni disposte sui muri o sugli infissi. Il ventilatore è collocato in posizione isolata rispetto all’ambiente da cui si preleva l’aria. Di solito negli edifici residenziali l’aspirazione dell’aria avviene negli ambienti ‘‘umidi’’ come la cucina e il bagno, mentre l’immissione sta nel soggiorno e camere da letto. Negli edifici amministrativi invece l’aspirazione viene effettuata dai corridoi attraverso griglie, e l’immissione avviene negli uffici. Questa ventilazione permette di controllare la portata e la velocità dell’aria, ma di contro si perde energia durante la stagione fredda e in estate si verifica l’ingresso di aria troppo calda.

La ventilazione meccanica: semplice flusso



Ventilazione a semplice flusso




1)  Ingressi aria sul telaio finestra 2)  Flusso ‘‘laminare’’ 3)  Bocchette di estrazione

4) Sistema di convogliamento canali dell’aria estratta 5) Ventilatore meccanico per abitazione residenziale


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Sistema di ventilazione controllabile inserito nel telaio del serramento




Doppio flusso Questo tipo di ventilazione si basa su un impianto doppio, avente canali di distribuzione separati. Da una parte, un condotto monitora e regola l’immissione dell’aria, dall’altra un altro condotto gestisce l’aria di estrazione. I due condotti sono gestiti da due diversi ventilatori elettrici. Rispetto al semplice flusso, garantiscono il ricambio d’aria con la possibilità di trattare-filtrare l’aria esterna, riscaldandola o raffreddandola in base alle necessità. Con questo tipo di impianto è possibile recuperare il calore dall’aria esausta. Infatti la continua estrazione dell’aria calda dall’ambiente interno (situazione invernale) comporterebbe un aumento dei consumi dovuti al riscaldamento. In questo modo invece viene recuperato il calore e ceduto all’aria pulita pronta ad essere immessa nell’ambiente interno riscaldato. Anche in questo tipo di impianto è controllata la portata e la velocità dell’aria, oltre che la sua qualità.

La ventilazione meccanica: doppio flusso

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Il recuperatore di calore è una macchina ventilante a doppio flusso. Contemporaneamente immette nell’ambiente aria pulita ed estrae dallo stesso l’aria esausta. All’interno della macchina pertanto i due flussi scambiano calore, in modo tale che il calore dell’aria in via di espulsione sia ceduto all’aria fredda pulita, pronta ad essere immessa nell’ambiente. Tuttavia, non essendo ne un generatore di calore ne un refrigeratore d’aria, lo scambiatore deve essere sempre affiancato da un impianto di riscaldamento e/o climatizzazione




Ventilazione meccanica a doppio flusso senza recuperatore




Ventilazione meccanica a doppio flusso con recuperatore




1)  Presa d’aria esterna + filtro 2)  Motoventilatore di Estrazione-Immissione 3)  Espulsione a tetto

4)  Scambiatore di calore 5)  Terminali di immissione aria nuova 6)  Terminali di estrazione




ProvvisT di scambiatori di calore in controcorrente, i recuperatori Zehnder possono trasferire il calore dell’aria viziata in ripresa all’aria fresca di mandata. Questa trasmissione di calore avviene a>raverso soZli piastre in plasTca per principio di controcorrente. La percentuale (%) di recupero è più del 90% perme>endo un risparmio nelle spese di riscaldamento fino al 50%.




All’interno delle macchine sono solitamente presenti dei filtri che hanno la funzione di filtrare l’aria in entrata (immessa) e quella in uscita (espulsa). Il rendimento del recuperatore dipende da vari fattori tra cui l’umidità relativa dell’aria di estrazione, la portata e la differenza di temperatura tra aria esterna (immissione) e aria interna (espulsione).




1 2

3

1)  L’aria fresca entra nel sistema attraverso una apertura nella parete esterna

2)  Il recuperatore di calore recupera energia dall’aria di ripresa e la cede all’aria fresca

3)  Il sistema di distribuzione permette di distribuire l’aria nei vari ambienti 97

La ventilazione meccanica: bilancio termico



La ventilazione meccanica: tasso di ricambio d’aria



Norme per la ventilazione degli edifici - UNI EN 13779 – Ventilazione degli edifici non residenziali - Requisiti di prestazione per i sistemi di ventilazione e di climatizzazione.

- UNI EN 15242 – Ventilazione degli edifici - Metodi di calcolo per la - determinazione delle portate d'aria negli edifici, comprese le - infiltrazioni. Contiene un metodo di calcolo per valutare i ricambi d’aria dovuti all’apertura delle finestre.

- UNI EN 15251 – Criteri per la progettazione dell’ambiente interno e per la valutazione della prestazione energetica degli edifici, in relazione alla qualità dell’aria interna, all’ambiente termico, all’illuminazione e all’acustica.

- UNI TS 11300 – Norma per il calcolo dei fabbisogni degli edifici. Presenta un metodo di calcolo per valutare le dispersioni dovute alla ventilazione.

La ventilazione : normativa

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Norme per la ventilazione degli edifici Standard ASHRAE 62-1989 prevede due modi di valutazione dei requisiti di ventilazione, basate entrambe sulla riduzione degli inquinanti mediante ricambio d’aria: Ventilation Rate e Indoor Air Quality

La ventilazione : normativa



-  Manuale degli impianti di climatizzazione, Luca Stefanutti, Ed. Tecniche Nuove, volume 1-2

-  Il raffrescamento passivo degli edifici in zone a clima temperato, Mario Grosso, Ed. Maggioli

-  Manuale di progettazione edilizia Vol.2 Criteri ambientali e impianti, Ed. Hoepli

-  Tecnologia delle costruzioni 2, Koenig-Furiozzi-Brunetti, Ed. Le Monnier

-  Caratteristiche dei venti, Produzione di Energia Eolica -  Corso di Impianti per l’edilizia, E. Moretti -  Seminario Tecnico Ventilazione Meccanica Controllata, Arch. Valentina Raisa -  Ventilazione Meccanica Controllata, Ing. Guerra Davide Stefano, Politecnico

di Milano -  La ventilazione meccanica negli edifici, LMF -  Il raffrescamento passivo degli edifici, Prof.ssa Anna Barozzi, Prof. Luca

Guardigli, Università di Bologna -  La ventilazione: uno strumento per la riduzione dei consumi, Arch. Valentina

Raisa -  Recuperatori di calore aria-aria: tecnologie e prestazioni, Prof. Ing. Cesare

Maria Joppolo, Ing. Calogero Leone, Ing. Luca Molinaroli, Politecnico Milano

La ventilazione : bibliografia

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-  Sistemi di ventilazione per locali pubblici e terziario, Aldes air&people -  Dispersioni termiche: ventilazione, Dott. Ing. Alberto Muscio -  Ventilazione naturale e raffrescamento passivo ventilato negli edifici, Prof.

Arch. Mario Grosso, BIOECOLAB -  Ventilazione meccanica controllata, VORTICE -  Ventilazione meccanica controllata e recupero di calore, VORTICE -  Sistemi di ventilazione per abitazioni monofamiliari e condominiali, Aldes

ITALIA -  Sistemi e soluzioni per il comfort ed il risparmio energetico, Zehnder Group -  CASA&CLIMA. La ventilazione ambientale: normativa

La ventilazione : bibliografia

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