Cambiare il modo di cambiare aria.
Come mutano i fabbisogni energetici di climatizzazione. Criticità della ventilazione negli ambienti e possibili contromisure.
Effetti del nuovo quadro normativo
A distanza di oltre un anno dall’entrata in vigore del nuovo quadro normativo in materia di utilizzo razionale dell’energia negli edifici, benché ancora in attesa di regolamenti attuativi e di chiarimenti vari, si possono cogliere alcuni elementi già consolidati che andranno ad interessare sia gli edifici nuovi che quelli oggetto di radicale ristrutturazione.
Questi aspetti sono sostanzialmente riconducibili alle incrementate performance dell’involucro edilizio, che, secondo una progressione modulata nel tempo, saranno soggetti a limiti prestazionali e a vincoli prescrittivi orientati ad efficienze energetiche crescenti e ben superiori a quelle cui eravamo abituati in precedenza.
L’efficace lotta ingaggiata contro le trasmissioni attraverso l’involucro disperdente risulterà decisiva nel periodo invernale (in cui di norma esse rappresentano la componente di maggior rilievo), mentre l’esercizio estivo risulterà sempre più sensibile alla radiazione solare (da controllare con opportune schermature, possibilmente selettive in ragione dell’incidenza stagionale del sole) ed agli apporti interni (carichi elettrici, affollamento…), che diverranno fatalmente sempre più cruciali nel bilancio energetico dell’edificio.
In proposito è appena il caso di osservare che la densità di affollamento, tanto nell’edilizia abitativa, che soprattutto nel terziario, è in continua crescita, con spazi per persona in costante diminuzione, e al contrario con dotazioni elettriche in crescita (nonostante la lodevole affermazione di apparecchi a basso consumo); parimenti è destinato a persistere, soprattutto nel terziario, il frequente ricorso architettonico ad ampie superfici trasparenti, fortunatamente accompagnate dall’affermazione di vetri basso-emissivi e/o a controllo solare.
Ne deriva che la criticità nella climatizzazione si sposterà progressivamente dal riscaldamento al raffrescamento, non senza la complicità di una attesa/pretesa di standard ambientali interni sempre più esigenti, specie sul posto di lavoro, laddove un migliore livello di comfort si traduce in incremento di produttività.
I singoli ambienti si troveranno poi esposti a carichi variabili in ragione degli apporti interni, nonchè delle condizioni di occupazione dei locali circostanti; questo aspetto renderà sempre più importanti regolazioni per singolo locale, mentre quelle di tipo collettivo – basate tipicamente su algoritmi climatici – finiranno col risultare insufficienti e da integrare con controlli terminali.
Ventilazione e fabbisogno energetico
Un’ultima ma non meno rilevante conseguenza è legata al ruolo che la ventilazione è destinata a rivestire nel bilancio energetico degli edifici futuri. Ciò dipende non solo dal maggior affollamento degli edifici, ma anche dai crescenti standard di comfort ambientali sopra richiamati, che vanno ad interessare inevitabilmente la qualità dell’aria, imponendo ricambi forzati, energeticamente rilevanti (a questi specifici aspetti si era fatto riferimento in un contributo su Petrolvilla News del dicembre 2005).
Se nell’edilizia abitativa i livelli relativamente ridotti di affollamento rendono la ventilazione naturale ampiamente sufficiente a garantire condizioni di benessere, lo stesso non può dirsi per il settore terziario, dal comparto commerciale a quello scolastico, al pubblico spettacolo, agli uffici…; per non parlare del settore ospedaliero, in cui il controllo della ventilazione quasi rientra nel “processo” terapeutico, assicurando sterilità e prevenendo contaminazione.
Il problema presenta una rilevanza quantitativa da non sottovalutare; si può tentare di mettere a fuoco la questione con un breve calcolo: nel terziario le densità di affollamento possono variare all’incirca da 1 persona ogni 10 mq (0,1 pers/mq) ad 1 ogni 2 mq (0,5 pers/mq), rispettivamente considerando usi uffici o scolastico (nb: nella prevenzione incendi la soglia che discrimina i “luoghi affollati” è fissata convenzionalmente in 1 persona ogni 2,5 mq, pari a 0,4 pers/mq); assumendo la portata d’aria richiesta dal benessere di una persona mediamente in 30 mc/h, per edifici con un’altezza convenzionale di 3 m, si ottengono portate di ventilazione corrispondenti ad un range di 1 – 5 rinnovi orari, destinati a modeste riduzioni se ponderati con ambienti di transito e servizio ad occupazione occasionale.
Questi risultati si traducono in carichi e fabbisogni energetici di grande rilievo, tanto più se valutati con i criteri attualmente in uso per il calcolo del fabbisogno di energia primaria – il descrittore di prestazioni EPi - che, sia a livello nazionale che locale (p. es. Provincie Autonome di Trento e di Bolzano), considerano i sistemi di ventilazione funzionanti per tutta l’estensione del periodo di climatizzazione (per il momento solo invernale).
Ventilazione: uno sguardo ai numeri
In tale ipotesi - realistica per l’edilizia ospedaliera o alberghiera, penalizzante per settori ad utilizzo discontinuo quali il commerciale, scolastico, ecc. – per una località nord-italiana (2500 gradi giorno), il fabbisogno energetico di ventilazione è rappresentato dal seguente diagramma in funzione dell’efficienza del recupero termico: esso cresce in funzione proporzionale diretta all’affollamento ed inversa all’efficienza di recupero.
E’ evidente il ruolo che viene a ricoprire in proposito il recupero energetico, ovvero la capacità di trasferire una quota del calore dell’aria espulsa a quella di rinnovo. La consuetudine porta ad esprimere tale grandezza quale frazione del calore sensibile effettivamente recuperata, rispetto al caso ideale; questo, ipotizzando il trasferimento di tutto il calore da una corrente all’altra (ciascun fluido esce dal recupero alla temperatura di ingresso dell’altro), presuppone uno scambio controcorrente di superficie infinita.
Volendo realizzare un edificio da 50 kWh/mq annuo (che può rappresentare un buono standard di riferimento per l’edilizia pubblica e privata), già in presenza di 2 rinnovi orari e di un’efficienza del 50% (come prescritto già dalla LN 10/1 e dalla “vecchia” 373/76), la ventilazione da sola assorbe tutta l’energia primaria disponibile per accedere a tale livello di classificazione: a conti fatti nelle condizioni ipotizzate, un impianto di ventilazione forzata a servizio di un edificio di efficienza energetica “media” finirà col richiedere efficienze di recupero nell’ordine dell’80 - 90%.
Recupero statico ed attivo
Queste prestazioni non risultano oggi facilmente raggiungibili con sistemi di recupero statico, ovvero basati sulla naturale migrazione del calore dal fluido più caldo a quello più freddo.
Può risultare in proposito appropriato e vincente l’abbinamento di un sistema di recupero statico ad uno di tipo attivo, fondato cioè su una pompa di calore: un ciclo frigorifero reversibile provvede a trasferire il calore invernale (estivo) dall’evaporatore (condensatore) posto sull’aria espulsa, al condensatore (evaporatore) posto sull’aria di rinnovo, con COP di tutto rispetto per la durata di tutto l’anno.
Recupero sensibile e latente
La consuetudine vuole poi che, quando si parla di efficienza di recupero, la stessa venga riferita alla sola quota sensibile, senza considerare quella latente, come noto legata al contenuto energetico sotto forma di umidità: l’umidificazione invernale (e la deumidificazione estiva) richiede l’apporto (rispettivamente, l’asporto) di calore corrispondente all’evaporazione (risp. condensazione) di un’opportuna quota di acqua (vapore), per mantenere l’umidità ambientale in un campo di benessere.
Va in proposito precisato che, mentre il nostro organismo è molto sensibile a variazioni di temperatura anche ridotte, lo è molto meno a quelle di umidità. Pertanto, prescrizioni con range di variazione di umidità molto stretti, laddove non imposte da esigenze tecnologiche specifiche (laboratori, processi industriali, sale operatorie…), risultano ingiustificate sul piano energetico e tali da comportare trattamenti d’aria energivori, quali ad esempio i processi di postriscaldamento.
Al contrario si sta consolidando l’accettazione di una di ventilazione primaria estiva senza postriscaldamento, con temperatura inferiore a quella ambientale e quindi con una capacità di contribuire al raffrescamento degli ambienti, coadiuvando i terminali di climatizzazione e togliendo loro una parte del carico da smaltire.
Tuttavia anche tecnologie di recupero energetico che prospettino il recupero delle frazioni sia sensibile che latente (il cosiddetto recupero entalpico) vanno considerate con la dovuta cautela, per i pericoli di contaminazione connessi al trasferimento di umidità da una corrente all’altra; al contrario, scambi termici a superficie, che vedano cioè sempre una superficie di scambio (se non un fluido intermedio) frapposto fra le correnti, sono in grado di scongiurare in misura pressoché assoluta il pericolo di contaminazione.
Recupero e freecooling
Va inoltre tenuto presente che un recupero energetico statico particolarmente efficiente, utilissimo tanto nella stagione invernale (recupero di calore) che in quella estiva (recupero di freddo), può risultare dannoso nelle stagioni intermedie, laddove cioè un indesiderato riscaldamento dell’aria esterna abbia a pregiudicare una vantaggiosa forma di raffrescamento gratuito (il cosiddetto free-cooling).
In tali casi il sistema di recupero è senz’altro opportuno possa essere inibito, neutralizzando la modalità di recupero (arresto del tamburo o del circolatore nel caso rispettivamente dei recuperatori rotativi o indiretti) o by-passando l’apparecchio, con un percorso parallelo dotato di serrande servoazionate.
Conclusioni
Per quanto detto c’è motivo di pensare che nell’immediato futuro il mercato inizierà a premiare costruttori che risponderanno a questa specifica domanda con unità appropriate e basate su tecnologie avanzate: recuperatori statici a superficie di elevate prestazioni, organizzati in controcorrente, dotati di by-pass, integrati con recuperi da pompa di calore reversibile …
Simili unità di trattamento dovranno altresì essere adeguatamente controllate da sistemi di regolazione automatica, che provvedano ad operare l’inserzione e la regolazione dei diversi componenti secondo algoritmi ottimizzati e collaudati ed in forma del tutto automatica.
Questi accorgimenti potranno permettere di gestire in modo oculato una delle voci più pesanti dell’attuale - e soprattutto futuro - bilancio energetico degli edifici.
