Linee guida per la progettazione della ventilazione

Lo scopo delle linee guida (Blomsterberg, 2000) [Rif. 6] è quello di fornire indicazioni ai professionisti (principalmente progettisti HVAC e gestori di edifici, ma anche clienti e utenti) su come realizzare sistemi di ventilazione ad alte prestazioni applicando tecnologie convenzionali e innovative. Le linee guida sono applicabili ai sistemi di ventilazione in edifici residenziali e commerciali e durante l'intero ciclo di vita di un edificio: brief, progettazione, costruzione, messa in servizio, esercizio, manutenzione e smantellamento.

Per una progettazione basata sulle prestazioni di un sistema di ventilazione sono necessari i seguenti prerequisiti:

• Per il sistema da progettare sono state specificate le specifiche prestazionali (relative alla qualità dell'aria interna, al comfort termico, all'efficienza energetica ecc.).
• Viene applicata una prospettiva del ciclo di vita.
• Il sistema di ventilazione è considerato parte integrante dell'edificio.

L'obiettivo è progettare un sistema di ventilazione che soddisfi le specifiche prestazionali specifiche del progetto (vedere capitolo 7.1), applicando tecnologie convenzionali e innovative. La progettazione del sistema di ventilazione deve essere coordinata con il lavoro di progettazione dell'architetto, dell'ingegnere strutturale, dell'ingegnere elettrico e del progettista dell'impianto di riscaldamento/raffrescamento. Questo al fine di garantire che l'edificio finito, con l'impianto di riscaldamento, raffrescamento e ventilazione, funzioni correttamente. Infine, e non meno importante, è necessario consultare il responsabile dell'edificio in merito alle sue specifiche esigenze. Sarà responsabile del funzionamento del sistema di ventilazione per molti anni a venire. Il progettista deve quindi determinare determinati fattori (proprietà) per il sistema di ventilazione, in conformità con le specifiche prestazionali. Questi fattori (proprietà) devono essere scelti in modo tale che il sistema complessivo abbia il costo del ciclo di vita più basso per il livello di qualità specificato. Un'ottimizzazione economica deve essere effettuata tenendo conto di:

• Costi di investimento
• Costi operativi (energia)
• Costi di manutenzione (sostituzione dei filtri, pulizia dei condotti, pulizia dei terminali dell'aria, ecc.)

Alcuni fattori (proprietà) riguardano aree in cui i requisiti prestazionali dovrebbero essere introdotti o resi più severi nel prossimo futuro. Questi fattori sono:

• Progettare con una prospettiva del ciclo di vita
• Progettazione per un uso efficiente dell'elettricità
• Progettato per bassi livelli sonori
• Progettazione per l'utilizzo del sistema di gestione dell'energia dell'edificio
• Progettazione per il funzionamento e la manutenzione

Progettazione con ciclo di vita prospettiva 

Gli edifici devono essere resi sostenibili, ovvero un edificio deve avere un impatto ambientale il più ridotto possibile durante il suo ciclo di vita. Responsabili di questo aspetto sono diverse categorie di persone, ad esempio progettisti e gestori edili. I prodotti devono essere valutati in una prospettiva del ciclo di vita, in cui si deve prestare attenzione a tutti gli impatti ambientali durante l'intero ciclo di vita. In una fase iniziale, il progettista, l'acquirente e l'appaltatore possono effettuare scelte ecocompatibili. Un edificio è costituito da diversi componenti con durate di vita diverse. In questo contesto, è necessario tenere conto della manutenibilità e della flessibilità, ovvero del fatto che l'uso, ad esempio, di un edificio per uffici può variare più volte durante il suo ciclo di vita. La scelta del sistema di ventilazione è solitamente fortemente influenzata dai costi, ovvero dai costi di investimento e non dai costi del ciclo di vita. Questo spesso significa un sistema di ventilazione che soddisfa solo i requisiti del codice edilizio con i costi di investimento più bassi. Il costo di esercizio, ad esempio, di un ventilatore, può rappresentare il 90% del costo del ciclo di vita. Fattori importanti rilevanti per le prospettive del ciclo di vita sono:
Durata.

• Impatto ambientale.
• Modifiche al sistema di ventilazione.
• Analisi dei costi.

Un metodo semplice utilizzato per l'analisi del costo del ciclo di vita è il calcolo del valore attuale netto. Il metodo combina i costi di investimento, energetici, di manutenzione e ambientali durante una parte o l'intera fase operativa dell'edificio. Il costo annuo per energia, manutenzione e ambiente viene ricalcolato come costo attuale (Nilson 2000) [Rif. 36]. Con questa procedura è possibile confrontare diversi sistemi. L'impatto ambientale nei costi è solitamente molto difficile da determinare e pertanto viene spesso omesso. L'impatto ambientale viene in una certa misura preso in considerazione includendo l'energia. Spesso i calcoli del LCC vengono effettuati per ottimizzare il consumo energetico durante il periodo di funzionamento. La parte principale del consumo energetico del ciclo di vita di un edificio si verifica durante questo periodo, ovvero riscaldamento/raffrescamento degli ambienti, ventilazione, produzione di acqua calda, elettricità e illuminazione (Adalberth 1999) [Rif. 25]. Supponendo che la durata di vita di un edificio sia di 50 anni, il periodo di funzionamento può rappresentare l'80-85% del consumo energetico totale. Il restante 15-20% è destinato alla produzione e al trasporto dei materiali edili e alla costruzione.

Progettare per un uso efficiente di elettricità per la ventilazione 

L'utilizzo dell'elettricità di un sistema di ventilazione è determinato principalmente dai seguenti fattori: • Cadute di pressione e condizioni del flusso d'aria nel sistema di condotti
• Efficienza della ventola
• Tecnica di controllo del flusso d'aria
• Regolazione
Per aumentare l'efficienza nell'uso dell'elettricità sono interessanti le seguenti misure:

• Ottimizzare la disposizione complessiva del sistema di ventilazione, ad esempio riducendo al minimo il numero di curve, diffusori, modifiche della sezione trasversale, raccordi a T.
• Sostituire la ventola con una con maggiore efficienza (ad esempio, a trasmissione diretta anziché a cinghia, motore più efficiente, pale curve all'indietro anziché in avanti).
• Ridurre la caduta di pressione nel collegamento ventilatore-condotto (ingresso e uscita ventilatore).
• Ridurre la caduta di pressione nel sistema di condotti, ad esempio attraverso curve, diffusori, cambi di sezione trasversale, raccordi a T.
• Installare una tecnica più efficiente per il controllo del flusso d'aria (controllo della frequenza o dell'angolazione delle pale del ventilatore anziché controllo della tensione, della serranda o delle palette di guida).

Naturalmente, per quanto riguarda l'utilizzo complessivo dell'elettricità per la ventilazione, hanno importanza anche la tenuta stagna delle condutture, le portate d'aria e i tempi di funzionamento.

Per mostrare la differenza tra un sistema con perdite di carico molto basse e un sistema con la pratica corrente fino ad ora un "sistema efficiente", SFP (potenza specifica del ventilatore) = 1 kW/m³/s, è stato confrontato con un "sistema normale", SFP = tra 5,5 – 13 kW/m³/s (vedereTabella 9). Un sistema molto efficiente può avere un valore pari a 0,5 (vedere capitolo 6.3.5).

Tabella 9: Perdite di carico calcolate e SFP valori per un “sistema efficiente” e un “sistema attuale” sistema". 

Progettato per bassi livelli sonori 

Un punto di partenza nella progettazione per bassi livelli sonori è la progettazione per bassi livelli di pressione. In questo modo è possibile scegliere un ventilatore che funzioni a bassa frequenza di rotazione. Basse perdite di carico possono essere ottenute con i seguenti metodi:

• Bassa velocità dell'aria, ovvero grandi dimensioni del condotto
• Ridurre al minimo il numero di componenti con cadute di pressione, ad esempio modifiche nell'orientamento o nelle dimensioni dei condotti, serrande.
• Ridurre al minimo la caduta di pressione sui componenti necessari
• Buone condizioni di flusso alle prese d'aria e alle uscite

Per il controllo dei flussi d'aria, tenendo conto del suono, sono idonee le seguenti tecniche:

• Controllo della frequenza di rotazione del motore
• Modifica dell'angolazione delle pale del ventilatore assiale
• Anche il tipo e il montaggio della ventola incidono sul livello sonoro.

Se il sistema di ventilazione così progettato non soddisfa i requisiti acustici, è molto probabile che sia necessario includere dei silenziatori. È importante ricordare che il rumore può entrare attraverso il sistema di ventilazione, ad esempio il rumore del vento attraverso le prese d'aria esterne.
7.3.4 Progettazione per l'uso del BMS
Il sistema di gestione dell'edificio (BMS) e le routine per il monitoraggio di misurazioni e allarmi determinano le possibilità di ottenere un corretto funzionamento del sistema di riscaldamento/raffrescamento e ventilazione. Un funzionamento ottimale del sistema HVAC richiede che i sottoprocessi possano essere monitorati separatamente. Questo è spesso anche l'unico approccio per individuare piccole discrepanze in un sistema che di per sé non aumentano il consumo energetico a sufficienza da attivare un allarme di consumo energetico (tramite livelli massimi o procedure di follow-up). Un esempio sono i problemi al motore di un ventilatore, che non vengono inclusi nel consumo totale di energia elettrica per il funzionamento di un edificio.

Ciò non significa che ogni sistema di ventilazione debba essere monitorato da un BMS. Per tutti i sistemi, tranne quelli più piccoli e semplici, è consigliabile un BMS. Per un sistema di ventilazione molto complesso e di grandi dimensioni, un BMS è probabilmente necessario.

Il livello di sofisticazione di un BMS deve essere in linea con il livello di competenza del personale operativo. L'approccio migliore è quello di compilare specifiche di prestazione dettagliate per il BMS.

7.3.5 Progettazione per il funzionamento e manutenzione
Per garantire un corretto funzionamento e una corretta manutenzione, è necessario redigere istruzioni appropriate per l'uso e la manutenzione. Affinché queste istruzioni siano utili, è necessario che durante la progettazione del sistema di ventilazione vengano soddisfatti determinati criteri:

• Gli impianti tecnici e i loro componenti devono essere accessibili per manutenzione, sostituzione, ecc. I locali di ventilazione devono essere sufficientemente ampi e dotati di una buona illuminazione. I singoli componenti (ventilatori, serrande, ecc.) del sistema di ventilazione devono essere facilmente accessibili.
• I sistemi devono essere contrassegnati con informazioni sul mezzo in tubi e condotti, direzione del flusso ecc. • Devono essere inclusi punti di prova per parametri importanti

Le istruzioni per l'uso e la manutenzione devono essere preparate durante la fase di progettazione e finalizzate durante la fase di costruzione.

Per discussioni, statistiche e profili degli autori di questa pubblicazione, visita: https://www.researchgate.net/publication/313573886
Verso il miglioramento delle prestazioni dei sistemi di ventilazione meccanica
Aautori, tra cui: Peter Wouters, Pierre Barles, Christophe Delmotte, Åke Blomsterberg
Alcuni degli autori di questa pubblicazione stanno lavorando anche ai seguenti progetti correlati:
Ermeticità degli edifici
CLIMATIZZAZIONE PASSIVA: FCT PTDC/ENR/73657/2006