(formazione) La ventilazione per il controllo termico

Oltre all’inquinamento dell’aria all’interno degli edifici, anche il controllo termico degli ambienti nel periodo estivo, oltre a coinvolgere questioni di comfort ed efficienza energetica, ha dei risvolti relativi alla salute degli utenti. La convergenza di alcuni dei cambiamenti in corso, come l’invecchiamento della popolazione e
l’aumento delle temperature medie ed estreme, fanno sì che, sempre più spesso, il problema assuma i contorni di un vera e propria emergenza sanitaria.
Basti ricordare che secondo i dati dell’OMS, l’ondata di caldo del 2003 ha prodotto in Europa alcune decine di migliaia di vittime, con una media di 1.270 morti al giorno nella sola Francia durante i 9 giorni peggiori. Anche in questo campo la ventilazione naturale può offrire un contributo di rilievo.
La predisposizione di una corretta strategia di ventilazione passa per un’analisi del clima locale, dell’edificio e delle sue condizioni di utilizzo. Si possono individuare tre principali metodi di raffrescamento passivo legati alla ventilazione:
Ventilazione ambientale: serve a rimuovere i carichi termici in eccesso nel momento stesso in cui agiscono e ad aumentare la velocità dell’aria nell’ambiente. Quest’ultima misura è utile per la rimozione dei carichi (la dispersione convettiva delle superfici lambite dal flusso d’aria è più efficiente), ma agisce anche direttamente sul comfort degli occupanti. A parità di altre condizioni infatti, al crescere della velocità dell’aria si incrementa la dispersione di calore dal corpo attraverso la traspirazione cutanea (il sudore evapora più velocemente) e la convezione (come il resto delle superfici). La velocità dell’aria dovrebbe essere comunque contenuta al di sotto di 0,75 m/s, livello al quale si percepisce un miglioramento pari ad un abbassamento della temperatura di oltre 2°C senza avvertire correnti fastidiose. Si tratta di una strategia efficace in condizioni climatiche moderate e comunque quando la temperatura esterna è inferiore rispetto a quella interna.
Ventilazione strutturale: serve a raffreddare le masse termiche presenti nell’edificio nei momenti più favorevoli, ovvero durante le ore notturne. Queste, a contatto diretto con gli ambienti riescono poi ad assorbirne l’energia durante il giorno, mantenendoli a temperatura più bassa. Il sistema presuppone una distribuzione dei carichi concentrata nelle ore diurne, condizione quasi sempre verificata, ma anche la presenza di masse termiche adeguate (materiali pesanti) e di una buona escursione termica giornaliera. Quest’ultimo requisito rende la ventilazione notturna meno efficiente nei centri urbani a causa del fenomeno dell’isola di calore. Inoltre le condizioni d’uso della struttura non devono configgere con la ventilazione notturna, per questo sono più adatti edifici non residenziali, utilizzati normalmente solo durante il giorno.
Ventilazione con pretrattamento passivo dell’aria: è qui citata per completezza, ma necessità per lo più di una movimentazione meccanica dell’aria ed è perciò più una misura di raffrescamento passivo in generale che di ventilazione naturale in senso stretto. Il trattamento dell’aria può espletarsi tramite contatto con il terreno, pannelli radianti verso il cielo notturno o sistemi evaporativi diretti o indiretti. Tali misure aggiuntive consentono un utilizzo efficiente di sistemi basati sulla ventilazione anche con temperature esterne elevate.
In generale, per ottenere dei risultati apprezzabili si dovrebbero raggiungere tassi di ventilazione non inferiori ai 3 ricambi orari. In estate la portata deve essere, quindi, determinata in base al controllo termico e non più ai requisiti di purezza dell’aria, che richiedono solitamente minori quantità d’aria.
Ad ogni modo, nel clima italiano e mediterraneo, per edifici con elevati carichi termici, la sola ventilazione passiva non è generalmente sufficiente a garantire condizioni di comfort sufficienti, anche se può offrire un contributo sostanziale all’efficienza energetica dell’edificio.
L’immagine in basso mostra il contributo della ventilazione notturna in un edificio per uffici in toscana con involucro edilizio massivo.
I fabbisogni energetici risultano dimezzati e vantaggi altrettanto significativi si possono ottenere sul fronte della riduzione delle potenze necessarie agli impianti.
Nel nostro clima sono da considerare con attenzione anche i sistemi ibridi, in cui gli impianti possono intervenire in supporto o in sostituzione alla ventilazione naturale in determinati momenti. Per esempio ci si può servire della ventilazione naturale durante le stagioni intermedie e di quella meccanica durante il resto dell’anno, oppure utilizzare dei dispositivi passivi, come i camini solari, dotati apparati meccanici che intervengono durante le ore notturne o in generale quando la portata diviene insufficiente.
Inoltre la ventilazione naturale può essere abbinata ai sistemi impiantistici radianti che non utilizzano l’aria come principale mezzo di scambio e non provvedono ai necessari ricambi. Relativamente alla qualità della aria, la misura del comfort prescinde da aspetti strettamente igienico-sanitari (che non necessariamente comportano delle alterazioni nella percezione dell’ambiente) e si basa sulle sensazioni olfattive delle persone.
A questo fine è stata definita un’unità di misura per l’inquinamento, l’Olf, che descrive una fonte contaminante equivalente ad una persona in attività e condizioni igieniche standard, ed una per il tasso di inquinamento dell’aria, il Pol, definito in rapporto al tasso di ventilazione d’aria e corrispondente ad 1 olf per 1 litro al secondo di ricambio.(Fanger P.O., Introduction of the olf and the decipol units to quantify air pollution perceived by humans indoors and outdoors, Energy and Buildings, Volume 12, Issue 1, 24 April 1988, Pages 1-6). Lo schema nella pagina successiva illustra il rapporto fra inquinamento percepito e percentuale di persone insoddisfatte.
Va ricordato che nella realtà la capacità di giudizio basata sull’olfatto è poco affidabile a causa della rapida assuefazione alle condizioni ambientali e che sarebbe quindi opportuno predisporre dei sistemi di ventilazione minima svincolati da un continuo controllo da parte degli utenti dell’edificio.
Per ciò che riguarda invece il comfort termo-igrometrico, esistono molti indici studiati per stimarne le condizioni negli ambienti interni, ma i più importanti e diffusi sono senz’altro quelli introdotti da Fanger e richiamati nella normativa tecnica italiana dalla UNI EN ISO 7730. Il PMV (Predicted Mean Vote) esprime la sensazione termica di una persona media in determinate condizioni ambientali, mentre il PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied) viene utilizzato, in relazione al precedente per prevedere la percentuale di persone insoddisfatte.
La previsione del comfort si basa su un bilancio termico del metabolismo umano e il valore assunto dai due indici dipende da temperatura, umidità relativa, velocità dell’aria, abbigliamento e attività metabolica.
Tuttavia il modello di Fanger, che rappresenta tuttora la metodologia dominante, ha come tutti i modelli un campo di applicazione limitato e non si è rivelato adatto agli edifici ventilati in modo naturale.
È stato dimostrato che in questi casi gli utenti hanno un range di accettazione più ampio e si trovano a proprio agio a temperature più basse in inverno e più calde in estate rispetto a quanto accade negli edifici climatizzati.
Si è compreso che le condizioni di benessere non dipendono solo dai parametri considerati dal PMV di Fanger, ma anche dal clima locale, dalla stagione, dalle aspettative e perfino da fattori geografici, sociali e culturali.
Le condizioni migliori non sono dunque le stesse ovunque ed in qualsiasi momento ma si modificano a seconda del contesto per via della naturale predisposizione dell’organismo umano ad adattarsi all’ambiente nel quale si trova. È il cosiddetto modello adattativo (Nicol J.F., Humphreys M.A., Adaptive thermal comfort and sustainable thermal standards for buildings, Energy and building, Volume 34, Issue 6, July 2002, Pages 563- 572), attraverso il quale la temperatura di comfort interna può essere fissata sulla base della temperatura media mensile esterna, secondo la relazione seguente:
temperatura di comfort = 13,5 + 0,54 x temperatura media
Di recente è stato proposto anche un nuovo indice che opera una sintesi tra i due modelli descritti, chiamato adaptive PMV (aPMV), nel quale il bilancio termico è ponderato da un coefficiente che tiene conto delle capacità di adattamento (Runming Yao, Baizhan Li, Jing Liu, A theoretical adaptive model of thermal comfort
– Adaptive Predicted Mean Vote (aPMV), Building and Environment, Volume 44, Issue 10, October 2009, Pages 2089-2096).
Va aggiunto che gli edifici non condizionati si sono rivelati preferibili, anche perché offrono un rapporto più diretto con l’ambiente circostante, evitano i forti sbalzi di temperatura fra interno ed esterno e consentono agli utenti di interagire più liberamente con il microclima interno, per esempio modificando l’apertura delle finestre secondo le proprie preferenze.
È possibile, dunque, affermare che gli edifici ventilati in modo passivo non solo sono più salutari e maggiormente sostenibili da un punto di vista energetico, economico e ambientale, ma anche più confortevoli, dato che offrono condizioni più rispondenti alle reali esigenze dell’uomo e più vicine alle condizioni naturali per le quali la nostra evoluzione ci ha predisposto. È importante che cresca la consapevolezza di ciò e che per la definizione dei requisiti interni vengano diffusamente adottati gli standard più sostenibili oggi a disposizione dei progettisti.

Autore: Marco Cimillo 
Pubblicato su Modulo 367/2011