Risparmio energetico: l'involucro edilizio

Una buona progettazione è il primo passo per il contenimento del consumo energetico per gli impianti di riscaldamento.

Le dispersioni di energia di un edificio sono correlate alla resistenza termica delle sue superfici (siano esse affacciate verso l'esterno che verso l'interno) e dalla sua capacità di utilizzare gli apporti “gratuiti”.

Intendendo come gratuito in primo luogo quelli solari.

Alcune piccole regole di orientamento degli ambienti, ad esempio, possono portare a benefici non trascurabili.

Come insegnano i bioarchitetti a sud devono essere esposte le stanze che necessitano di luce e calore per tutto il giorno come cucina e soggiorno, a nord i locali di servizio e le scale, a est le camere da letto e a ovest gli ambienti relax come lo studio.

Possiamo distinguere due tipi di sistemi per il guadagno di energia solare: il sistema solare "attivo" e quello "passivo".
Un sistema solare "attivo" è formato da elementi che captano l'energia solare, come per esempio i collettori solari.

Questi permettono l'utilizzo dei raggi solari per il riscaldamento dell'acqua in parte anche per il riscaldamento degli ambienti interni.

I moderni elementi solari possono essere inseriti in modi diversi come elementi architettonici e, grazie alla loro grande flessibilità, possono essere adattati anche a strutture già esistenti. In particolare possono costituire parti di coperture, facciate, schermo parasole o balcone.
Si definisce "sistema passivo" un sistema che utilizza i componenti stessi di un edificio per captare, accumulare e distribuire il calore della radiazione solare senza l'impiego di apparecchiature.
Bisogna fare attenzione perché il concetto di riscaldamento è stato in gran parte sostituito da quello di climatizzazione per cui alcune scelte possono essere assolutamente controproducenti in regime estivo e devono essere vagliate con oculatezza.
E’ buona norma, ad esempio, disporre lungo le facciate più soleggiate degli aggetti – gronde e balconi - al di sopra delle finestre che sfruttando la diversa altezza del sole nelle varie stagioni, ombreggiano l’apertura in regime estivo e lasciano entrare i raggi del basso sole d’inverno.

Possiamo fare una valutazione percentuale esemplificativa della differenza di energia dispersa verso l’ambiente esterno da un locale isolato e uno non isolato e ombreggiato avente le stesse caratteristiche dimensionali:

Finestre = 1.5 mq
Pareti e soffitto = 16.5 mq

Siano:

S = superficie disperdente in mq
U = trasmittanza termica unitaria misurata in W/mqK
Δt = differenza tra temperatura interna e temperatura media esterna
τ = tempo in secondi
Qi = energia dispersa verso l’esterno
Qs = energia gratuita dovuta agli apporti solari
Qh = Qi-Qs è l’energia dispersa dal locale che deve essere fornita dall’impianto di climatizzazione in regime invernale per il mantenimento della temperatura di progetto.

Locale ombreggiato e non isolato					Locale isolato e ben esposto
S mq	U W/mqK	Δt °C	τ Sec.	Qn KJ	S mq	U W/mqK	Δt °C	τ Sec.	Qn KJ
16.5	1.8	12.5	3600	1337	16.5	0.6	12.5	3600	446
1.5	5	12.5	3600	338	1.5	2.3	12.5	3600	155
			Qs	0				Qs	61
			Qn	1675				Qn	540

Le dispersioni termiche del locale ombreggiato e non isolato sono più che triple rispetto a un ambiente isoalto e ben esposto.

L’attuale legislazione prevede:

Il calcolo del fabbisogno di potenza secondo UNI 7357.

Il calcolo del fabbisogno di energia utile Qn secondo UNI 10344.

Fenomeni di termoforesi negli impianti di climatizzazione con elementi terminali ventilconvettivi.

Nella ricerca della miglior qualità dell’aria negli impianti di riscaldamento, e ancor più in quelli di climatizzazione, vanno valutati, oltre gli inquinanti di cui ho già detto, la presenza di polveri e microorganismi sempre presenti nell’aria in misura più o meno elevata in funzione delle condizioni ambientali, climatiche e termoigrometriche.

Le polveri e i microorganismi contribuiscono a determinare in regime di funzionamento invernale il fenomeno dello sporcamento o annerimento degli elementi terminali – radiatori, ventilconvettori, unità evaporanti – e delle pareti su cui sono appoggiati.

I ventilconvettori e le unità evaporanti (unità interne dei sistemi split system) sono dotati di una batteria di scambio formata da una serie di tubi di piccola sezione in cui scorre il fluido termovettore, sia esso acqua o gas frigorigeno, dotati di una alettatura e di un ventilatore destinato a far passare l’aria attraverso di essa.

L’alettatura ha la funzione di ampliare la superficie di scambio lato aria – dove è più grande la resistenza alla trasmissione del calore - e la sua resa è direttamente proporzionale alla sua superficie e alla superficie di contatto con il tubo.

Le alette ondulate hanno dilatato la superficie di scambio fino a 20 volte la superficie del tubo e i sistemi di espansione del tubo sul pacco alettato ha migliorato notevolmente il contatto tra tubo e alette.

Nel settore “automotive” alcuni costruttori utilizzano la brasatura delle alette sul tubo ottenuta in appositi forni riducendo considerevolmente le dimensioni delle batterie a parità di resa termica.

Credo che tale tecnologia sarà mutuata anche nel settore della climatizzazione.

Il processo di scambio termico tra aria e batteria avviene per convenzione forzata e la quantità di calore ceduto è direttamente proporzionale alla superficie di scambio (tubo+alette), al coefficiente costante di scambio tra aria e acqua e alla differenza tra la temperatura media dell’acqua e la temperatura dell’aria in ingresso.

Si riescono ad ottenere coefficienti di scambio termico dell’ordine di 60-70 W/mq contro il valore di 7/8 dei radiatori alla temperatura media di70°C; tale valore decresce rapidamente al calare della temperatura trattandosi di scambio per convenzione naturale.

Da questo discende che la maggior resa si ha per alti differenziali di temperatura tra aria e acqua per cui il dimensionamento delle batterie deve essere fatto oggetto di un attento studio; piccoli incrementi di temperatura richiedono batterie di grandi dimensioni.

Possiamo trascurare il gas frigorigeno in quanto il dimensionamento della batteria è fatto dal costruttore e non è possibile intervenire nella scelta.

Negli elementi terminali ventilati è quindi possibile mantenere la temperatura dell’acqua relativamente bassa - intorno ai 50°C.

Il fenomeno dell’annerimento o termoforesi è dovuto al depositarsi sulla parete fredda delle particelle in sospensione nell’aria di dimensioni inferiori al micron.

In pratica tali particelle a contatto con la superficie del corpo scaldante ( sia esso radiante o convettivo ) si essiccano (non si bruciacchiano come comunemente si crede) e si depositano sulla superficie del muro quando il raffreddamento del flusso ascensionale ne rallenta e alla fine ne annulla il moto verso l’alto.

Le particelle più grandi dotate di elevata energia cinetica si depositano per “impattazione inerziale” sulla superficie del muro.

L’annerimento, sia esso dovuto a termoforesi che a impattazione, è quindi tanto più vistoso quanto maggiore è la differenza di temperatura tra il flusso d’aria e la superficie da essa lambita.

Lo stesso fenomeno fisico determina i “baffi” che spesso si riscontrano all’uscita delle bocchette di immissione dell’aria; molto spesso il flusso d’aria annerisce il soffitto in corrispondenza dei travetti del solaio.

E’ necessario quindi dimensionare e posizionare correttamente gli elementi terminali e le bocchette di mandata negli impianti canalizzati; aumentare la temperatura del fluido termovettore per sopperire al carente dimensionamento degli elementi terminali non è mai una “soluzione”.

Il rumore negli impianti di climatizzazione

Le macchine componenti gli impianti di climatizzazione hanno organi in movimento – compressori, ventilatori, organi di laminazione, motori elettrici, ecc. – e pertanto sono “rumorose”.

Al fine di migliorare il comfort è utile individuare i materiali e i dispositivi da utilizzare per l’isolamento acustico.

Il rumore si propaga in ambiente in due modi:

1)      Rumori aerei: propagazione attraverso l’aria

I rumori aerei si possono dividere in due sottocategorie:

•   Emessi da apparecchiature poste direttamente in ambiente
•   Emessi da apparecchiature poste negli ambienti confinanti.

Nel primo caso bisogna evitare che il rumore prodotto venga riflesso dalle pareti dell’ambiente e quindi utilizzare materiali fonoassorbenti per rivestirle; sono sempre validi i classici materassini in lana minerale o i più “moderni” pannelli bugnati in estruso di poliestere a cellule aperte. Nel secondo caso è necessario dotare la parete divisoria di opportuni sistemi di insonorizzazione.

La classica camera d’aria è sempre valida insieme ai sempre più usati sistemi multistrato comprendenti uno o più strati di materiale fonoassorbente e uno strato di finitura ( legno, laminati plastici o cartongesso ); il potere fonoisolante viene potenziato inserendo lamine di materiali ad alta densità e scarsa risonanza come piombo o gomma acustica.

I sistemi multistrato possono essere utilizzati per l’incapsulaggio della fonte rumorosa.

Questo risulta il metodo più economico qualora il tipo di macchina lo consenta.

Nelle motocondensanti dei comunissimi “split” i compressori vengono solitamente incapsulati con preformati in materiale fomoisolante.

Negli incapsulaggi oltre ad una attenta scelta dei materiali isolanti fatta in funzione delle frequenze emesse, deve essere particolarmente curata la messa in opera evitando accuratamente fessure o ponti acustici che possono vanificare in tutto o in parte l’opera.

2)      Rumori impattivi o vibrazioni: propagazione attraverso le strutture.

I rumori impattivi si propagano attraverso le strutture quando la macchina che contiene organi in movimento è collegata in maniera solidale alle strutture medesime.

Si può evitare la propagazione delle vibrazioni o dotando la macchina di una struttura di sostegno tanto pesante da non poter essere messa in vibrazione o dotando la macchina di sostegni elastici (antivibranti) in grado di assorbire le vibrazioni.

Risulta evidente che il secondo metodo è il più economico e in grado di garantire il miglior risultato; esistono oggi in commercio supporti antivibranti per tutti gli usi e per tutti i pesi.

                

Evitare la propagazione delle vibrazioni attraverso le strutture garantisce inoltre la miglior tutela per la conservazione della integrità delle strutture medesime.

Le vibrazioni si trasmettono in ambiente anche attraverso le connessioni idrauliche e aerauliche delle macchine.

E’ buona norma prevedere sconnessioni elastiche sulle tubazioni del fluido termovettore – giunti elastici in tecnopolimero o soffietti metallici a seconda delle temperature e delle pressioni.

Allo stesso modo è preferibile utilizzare staffaggi e sostegni delle tubature provvisti di collari in tecnopolimero.

Le guaine in tecnopolimero risultano indispensabili per le tubature annegate nelle pareti o nei pavimenti.              

Analoga accortezza va posta sui collegamenti aeraulici con i classici giunti in tela olona o gomma siliconica.

L’utilizzo di condotte in pannello sandwich alluminio/ poliuretano/ alluminio hanno una tendenza alla risonanza molto più bassa delle condotte in lamiera oltre ad essere intrinsecamente isolate e più igieniche.

Va da se che tutte le accortezze costruttive possibili nulla possono se la velocità dei fluidi è tale da innescare vibrazioni nelle tubature e nelle canalizzazioni.

Analoga cura va posta nella realizzazione delle condotte aerauliche prevedendo ampi raggi di curvatura, angoli di raccordo adeguati o, ove non possibile, facendo ampio uso di deflettori.

Importante è posizionare in modo adeguato gli organi di diffusione ( bocchette e diffusori ).

Un corretto posizionamento consente velocità di lancio ridotte e conseguente ovvia maggior silenziosità.

E’ utile ricordare alcune semplici regole per la posa in opera di macchine per climatizzazione.

Queste possono sembrare ovvie e banali ma basta uno sguardo a quanto realizzato per rendersi conto che vengono troppo spesso disattese.

Tipologia di apparecchiatura	Installazione	Consigli per l’installazione
Refrigeratore d’acqua con condensazione ad aria o moto condensante di sistemi VRV o multisplit.	Esterna	Inserimento di supporti antivibranti. Inserimento di giunti antivibranti sulle tubazioni idrauliche. Inserimento di schermi acustici se l’installazione avviene in cortili chiusi. Evitare di dirigere il getto dell’aria di condensazione verso porte o finestre.
Refrigeratore d’acqua con condensazione ad aria o moto condensante di sistemi VRV o multisplit.	Interna	Inserimento di supporti antivibranti. Posizionamento del vano tecnico non direttamente comfinante con ambienti abitati; in caso contrario prevedere opportuni sistemi di isolamento acustico. Utilizzare condotte e griglie di aspirazione e espulsione dell’aria di condensazione di dimensioni tali da non produrre fruscii aerodinamici. Inserire giunti elastici tra condotte e apparecchiatura. Isolare acusticamente le condotte e eventualmente inserire silenziatori. Evitare di dirigere il getto dell’aria di espulsione verso porte o finestre.
Unità di trattamento dell’aria - UTA	Esterna Interna	Valgono le stesse raccomandazioni fatte per i refrigeratori con l’accortezza di verificare la perfetta planarità del piano d’appoggio per evitare vibrazioni del/dei ventilatori ed eventualmente livellare con appoggi ad altezza differenziata; montare con attenzione le guarnizioni di tenuta fornite dal costruttore tra le varie sezioni della UTA.
Condizionatori split system		In caso di installazione della moto condensante a parete prevedere la interposizione di tamponi in gomma tra staffe e muro ( i costruttori di staffe prefabbricate di solito già prevedono la loro fornitura). Evitare il montaggio della motocondensante direttamente verso un muro o parapetto onde evitare fenomeni di riflessione del rumore. Evitare per quanto possibile l’installazione i cortili chiusi.

Per saperne di più: http://epb.lbl.gov/standards.html

Sala fumatori

Ormai è prassi accettata, oltre che norma di legge, che viga il divieto di fumo nei locali pubblici.
Il divieto ha spinto molti fumatori, compreso il sottoscritto, ad abbandonare il vizio.
Esiste tuttavia uno zoccolo duro di persone che non hanno alcuna intenzione di farlo.
In tempi di crisi come questi i gestori non possono permettersi di trascurare la fetta di possibili utenti rappresentata dai fumatori che non disponendo di spazi loro dedicati disertano i bar, ristoranti e soprattutto le sale giochi.
La legge n°3 del 16 gennaio 2003, meglio conosciuta come “legge Sirchia”, ha stabilito i criteri tecnico/normativi per la creazione di spazi per i fumatori.
Il progetto che presento è stato realizzato presso un locale pubblico di Ceprano e prevede uno spazio destinato ad ospitare una serie di slot machine.
Si tratta quindi di un'area piuttosto ristretta - poco meno di 30 mq. - che prevede un affollamento massimo di circa 20 persone.
I macchinari sono stati posti all'esterno del locale in un angusto cortile.
Per questo motivo il canale di espulsione dell'aria esausta è stato portato oltre la linea di colmo del fabbricato.

SALA FUMATORI 1

E' stato scelto per il trattamento dell'aria un recuperatore di calore dotato di batteria aggiuntiva sia per il ricaldamento che per il condizionamento.
Le caratteristiche di portata e prevalenza dei ventilatori sono state comunicate al produttore del recuperatore di calore che ha provveduto al montaggio di apparecchiature rispondenti alle specifiche.
Al recuperatore sono stati collegati una caldaia alimentata a gas metano e un chiller con condensazione ad aria rispettivamente per il regime invernale e per quello estivo.

SALA FUMATORI 2

La regolazione della temperatura avviene mediante valvola miscelatrice a tre vie collegata a modulo logico di controllo con sonda di temperatura da canale.
La diffusione dell'aria è affidata a bocchette di mandata lineari a due feritoie poste lungo il perimetro del locale e la ripresa dell'aria a bocchette di ripresa poste più centralmente per ottimizzare il "lavaggio" dell'ambiente.
Sia i diffusori di mandata che le bocchette di ripresa sono dotate di plenum in lamiera zincata isolata collegati mediante tubazioni flessibili in alluminio isolato a tratti di condotte realizzate in pannello sandwich tipo Piral.

Relazione d'impianto

Tipologia ambiente:              Sala fumatori in locale pubblico

Normativa applicabile:         legge n°3 del 16 gennaio 2003, meglio conosciuta come “legge Sirchia”, che stabilisce e regolamenta i requisiti tecnici minimi dei locali riservati ai fumatori e dei relativi impianti di ventilazione e ricambio d’aria.                                      

Relazione di impianto

L’impianto di climatizzazione e ricambio aria realizzato è del tipo ad aria forzata a tutta aria esterna.

La quantità d’aria è stata determinata in base ai parametri stabiliti dalla normativa succitata ovvero:

Affollamento 0.7 persone/mq.

Tipologia: Bar - portata di ricambio 39.6 mc/h come previsto da norma EN 13779,

a garanzia di un corretto mantenimento delle condizioni igieniche.

A questi vanno aggiunti, per la Legge n°3/2003, 30 l/s di aria suppletiva, pari a 108 m3/h,

per ogni occupante

Totale mc/h 178/persona.

Superficie locale mq. 28.00

Persone presenti 28x0.7= n° 19

                        Portata aria complessiva 19x178= 3382 mc/h

Installazione di n. 1 Recuperatore di calore della portata aria complessiva in mandata di 3500 mc/h. e quindi superiore alla portata necessaria per l’affollamento previsto.

Esiste inoltre la necessità di mantenere i locali trattati in leggera depressione rispetto a quelli adiacenti, in maniera tale da confinarne il fumo ed evitare che questo si infiltri nei locali attigui arrecando fastidi agli occupanti.

Per fare ciò è necessario convogliare una maggiore portata d’aria in estrazione piuttosto che in immissione. Con la differenza di pressione aumenta, però, anche il trafilamento di aria all’interno del locale attraverso le fessure delle porte e delle finestre.

La portata di aria di trafilamento attraverso le porte chiuse può essere valutata con la seguente formula empirica:

Q1 = portata d’aria per metro di perimetro di porta [m3/(h⋅m)];

CF = coefficiente di flusso pari a 0,675;

SF = superficie delle fessure per metro lineare di perimetro di porta [m2/m];

g = accelerazione di gravità pari a 9,81 m/s2;

Δp = pressione differenziale in mm di c.a.;

ρ = densità dell’aria.

Le perdite per trafilamento attraverso i muri, pur essendo basse, costituiscono una parte non

irrilevante; esse sono stimabili con una formula analoga alla precedente:

Q2 = portata d’aria per metro quadro di parete [m3/(h⋅m2)];

CF = coefficiente di flusso pari a 0,675;

SM = superficie delle microfessure per metro quadro di parete [m2/m2];

g = accelerazione di gravità pari a 9,81 m/s2;

Δp = pressione differenziale in mm di c.a.;

ρ = densità dell’aria.

Per ottenere quindi i 5 Pa (0,5 mm c.a.) richiesti dalla normativa supponendo che luce sulle porte

corrisponda, in via del tutto conservativa, a 3 mm si ottiene un fattore SF = 0,003 e quindi essendo il

locale dotato di una unica porta 180 x 210 cm, una portata di 16,25 m3/h.

A questi si deve aggiungere il contributo di trafilamento attraverso i muri, corrispondente, nel nostro caso, a 11.25 m3/h, considerando che per un normale muro in commercio il valore di un fattore SM si aggira intorno a 10-5.

La sala fumatori in questione lascerà entrare circa 30 m3/h.

Quest’ultimo valore seppur molto preciso risulta piccolo rispetto alle rientrate d’aria dovute alle

aperture della porta di passaggio da parte degli avventori del locale.

La quantità di aria che può rientrare da un ambiente a pressione più elevata è molto difficile da calcolare, non solo per il calcolo dell’effettiva quantità d’aria che passa con la luce della porta tutta aperta, ma soprattutto per il numero di volte e per quanto tempo tale porta possa essere aperta.

Dai dati in letteratura si ritiene di considerare poco meno di 1 Vol/h d’aria di differenza tra estrazione ed immissione per ogni Pascal di depressione.

Per 5 Pa saranno necessari circa 4 Vol/h pari a 340 m3/h.

Il ventilatore di estrazione dovrà quindi avere una portata pari a 3850 mc/h.

Condizione rispettata dalla apparecchiatura installata.

L’aria viene diffusa in ambienta da bocchette lineari a due fessure e riprese da bocchette in alluminio a semplice ordine di alettatura fissa.

Bocchette e diffusori sono stati dimensionati in maniera da non superare i valori di velocità terminale previsti dalla buona norma impiantistica.

Le condotte aerauliche sono realizzate con materiali certificati classe di reazione al fuoco 0/1 e l’apparecchiatura è del tipo ad acqua.

Non è stato pertanto necessario installare serrande tagliafuoco.