REQUISITI DI VENTILAZIONE NEGLI EDIFICI Francesco Mancini Università La Sapienza di Roma francesco.mancini@uniroma1.it www.ingenergia.it

Introduzione 2 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 3 Il calcolo della portata di aria esterna necessaria a garantire la giusta qualità dell’aria può essere eseguito secondo due modalità alternative: 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; 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.

4 Metodo prestazionale 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) 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; l’aria estratta dall’ambiente deve essere prelevata dove la concentrazione è più alta, ossia in prossimità delle fonti interne di inquinanti.

5 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). 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

6 Metodo prestazionale 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

7 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).

8 Metodo prestazionale

Metodo prestazionale Difficoltà applicative: 9 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

10 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,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)

11 Metodo prescrittivo

Portata d’aria per il controllo dell’umidità in ambiente 12 Portata d’aria per il controllo dell’umidità in ambiente 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]. ……saltando qualche passaggio….

Portata d’aria per il controllo dell’umidità in ambiente 13 Portata d’aria per il controllo dell’umidità in ambiente 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

Portata d’aria per infiltrazione 14 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: giunzioni dell’involucro edilizio; fori o fenditure su pareti per passaggio di impianti; aperture verso cavedi; 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

Portata d’aria di progetto 15 Portata d’aria di progetto 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 16 Portata d’aria di progetto si calcola la portata necessaria a diluire gli inquinanti; si calcola la portata necessaria ad evitare fenomeni di condensazione superficiale confrontando i due valori si determina la portata di aria esterna di progetto mae, uguale alla maggiore tra le due portate sopra calcolate; si confronta il valore ottenuto con la portata d’aria per infiltrazione mae,inf; se mae ≤ mae, inf significa che la portata di aria esterna di progetto è garantita dalle infiltrazioni; 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].