La Ventilazione Meccanica Controllata è un sistema di ricambio d’aria forzato, in funzione ventiquattro ore su ventiquattro e per tutto l’arco dell’anno, avente lo scopo di creare gli stessi effetti dell’apertura delle finestre (sostituzione dell’aria interna stagnante con aria esterna), ma con esigue dispersioni di energia termica.

Fin dai primi anni ’70 la necessità di ridurre i consumi energetici nell’ambito delle costruzioni, ha sostenuto la massiccia introduzione di isolanti termici negli elementi opachi dell’involucro edilizio, nonché il perfezionamento dei serramenti esterni. Oltre ad abbattere sensibilmente i valori della trasmissione termica, questi interventi eliminano efficacemente il ricambio d’aria per infiltrazione naturale, che solitamente avviene in maniera non controllata nei punti e zone in cui l’edificio risulta permeabile all’aria (interstizi intorno a porte e finestre, aperture e cappe di esalazione, ecc.).

Attualmente un edificio viene progettato e realizzato affinché l’involucro che lo delimita, abbia caratteristiche altamente performanti sia in inverno che nel periodo estivo, con serramenti garanti della massima tenuta all’aria.

Questa linea progettuale determina l’espansione di fabbricati completamente ermetici, all’interno dei quali viene a mancare il naturale ricambio dell’aria e la conseguente diluizione/espulsione degli inquinanti connessi alle ordinarie attività quotidiane.

Si creano cioè problemi di condensa e muffe sulle pareti, ristagno di gas ed effluenti generati dalla cottura dei cibi, di formaldeide ed altre sostanze chimiche diffuse dagli arredi e dagli elementi delle costruzioni stesse, di anidride carbonica emessa dalle persone e dalle piante ornamentali.

Queste situazioni, se non adeguatamente corrette, portano a quella che ancora oggi viene definita “sindrome dell’edificio malato” (Sick Building Syndrome).

Per garantire la presenza di aria fresca e pulita, allo scopo di evitare elevati tassi di umidità e mantenere la  salubrità degli ambienti interni, l’utente può procedere ad una operazione manuale di apertura periodica delle finestre. Allo scopo di conseguire un risultato appena accettabile, si è constatato che per non respirare aria malsana all’interno di una unità immobiliare, si dovrebbero aprire tutte le finestre per almeno cinque minuti ogni due ore, per ventiquattro ore al giorno.

Trascurando altre problematiche alquanto evidenti, dal punto di vista energetico l’apertura delle finestre nel periodo invernale determina l’ingresso di aria fredda e la dispersione all’esterno di aria ambiente calda, vanificando i vantaggi conseguenti all’elevato isolamento termico delle pareti e dei serramenti.

LA VENTILAZIONE MECCANICA CONTROLLATA

La Ventilazione Meccanica Controllata provvede ad aspirare l’aria interna contaminata dagli ambienti più umidi (bagni e cucine), e ad immettere una quantità equivalente di aria esterna pulita ed eventualmente corretta termoigrometricamente, nei vani rimanenti (camere e soggiorni).

I sistemi di Ventilazione Meccanica Controllata si configurano essenzialmente in due diversi assetti:

•  sistemi a singolo flusso;
• sistemi a doppio flusso.

VENTILAZIONE MECCANICA CONTROLLATA  A SINGOLO FLUSSO

È un impianto composto da un ventilatore che estrae aria dai locali tecnici (bagni e cucine), immettendo per depressione aria di rinnovo nei cosiddetti ambienti nobili (camere e soggiorni), attraverso apposite bocchette posizionate nei serramenti, cassonetti o sulle pareti.

L’aria transita nelle zone interne, sfruttando le aree libere di passaggio create appositamente nei serramenti interni (sottoporta, griglie di transito, ecc.).

Le uniche canalizzazioni (rigide o flessibili) presenti, sono quelle che collegano le griglie di estrazione alla bocca aspirante del ventilatore.

Peculiarità del sistema sono le bocchette di estrazione e di ingresso dell’aria, che possono essere di tipo autoregolabile o igroregolabile.

Bocchette autoregolabili

È la disposizione più semplice per garantire una ventilazione costante degli ambienti.

Infatti la portata d’aria, predefinita in sede di dimensionamento dell’impianto, è garantita dall’installazione di bocchette autoregolabili, che mantengono costante il flusso d’aria che le attraversa, indipendentemente dalla modifica delle condizioni ambientali interne e dalle variazioni della prevalenza nel circuito.

Bocchette igroregolabili

Consentono la modifica automatica della portata, in funzione dell’umidità rilevata negli ambienti.

Le bocchette sono infatti provviste di un dispositivo reattivo all’umidità, che modifica le sezioni di passaggio dell’aria all’interno di un ambito di funzionamento predeterminato.

Se l’umidità relativa tende a scendere, il dispositivo limita la portata d’aria mantenendo comunque un valore minimo.

Vantaggi e limiti

I vantaggi associati ad un impianto di Ventilazione Meccanica Controllata a singolo flusso, possono riassumersi nei seguenti termini essenziali:

• minor costo di investimento iniziale rispetto ad un impianto a doppio flusso con recupero di calore;
• minori ingombri delle canalizzazioni;
• impianto particolarmente agevolato nelle ristrutturazioni;
• contenuti consumi di energia elettrica, essendo presente un solo ventilatore;
• esigui costi di manutenzione.

Tra gli svantaggi si può evidenziare:

• minore risparmio energetico per l’assenza di un recuperatore di calore;
• impossibilità di controllo sulla qualità dell’aria di rinnovo;
• ingresso di aria fredda invernale e calda estiva.

VENTILAZIONE MECCANICA CONTROLLATA  A DOPPIO FLUSSO

Con questo sistema l’immissione e l’estrazione dell’aria avvengono mediante due distinte canalizzazioni, facenti capo a due differenti ventilatori.

L’estrazione avviene sempre nei locali di servizio (bagni e cucine), mentre l’aria di rinnovo è immessa nei locali nobili (camere e cucine).

Rispetto al sistema a semplice flusso, non è più necessario installare bocchette di aspirazione dell’aria esterna direttamente nei locali interni.

L’organizzazione della Ventilazione Meccanica Controllata a doppio flusso prevede quindi essenzialmente:

• l’unità di aspirazione che, tramite un ventilatore a ciò preposto, aspira aria esterna, la filtra dal pulviscolo e dai pollini, e la invia nella rete di distribuzione interna;
• un secondo ventilatore che aspira l’aria interna contaminata, immettendola nella condotta di espulsione;
• un recuperatore di calore, che nel periodo invernale provvede a riscaldare l’aria di rinnovo, sottraendo energia termica da quella calda interna prima della sua dispersione all’esterno del fabbricato; nella stagione estiva si verifica un processo inverso.

Potendo essere recuperata una percentuale importante dell’energia termica impiegata per riscaldare o raffrescare l’aria ambiente, il recuperatore di calore costituisce un elemento fondamentale del sistema, in quanto alle operazioni di ricambio dell’aria sono comunque associati consumi energetici, dai quali dipende la classificazione energetica dell’edificio.

Si deve evidenziare che le unità di ventilazione dotate di recuperatore di calore, hanno consumi elettrici superiori per via delle maggiori perdite di carico determinate proprio dalla presenza degli scambiatori.

I recuperatori di calore impiegati nella Ventilazione Meccanica Controllataconsentono un sensibile risparmio energetico, che dipende comunque dalla zona climatica in cui operano. Essendo i costi iniziali di questi sistemi alquanto più elevati rispetto ad altri dispositivi senza recupero di calore, a supporto della scelta tecnica è opportuno effettuare sempre un calcolo economico di pay-back.

Scambiatori a flussi incrociati

Sono recuperatori di tipo statico che trovano larga diffusione negli impianti di Ventilazione Meccanica Controllata, per il ridotto spazio impegnato.

Questa peculiarità ne consente la collocazione a soffitto anche in zone interne dell’immobile, senza dover predisporre necessariamente un locale specifico .

Gli scambiatori a flussi incrociati di tipo ordinario hanno efficienza media compresa tra il 40% ed il 70%; quelli che vengono impiegati ormai in modo generalizzato negli impianti di Ventilazione Meccanica Controllata, sono la versione con flussi d’aria in controcorrente, in grado di conseguire valori di efficienza intorno all’80% – 90%.

Recuperatori rotativi  

Sono equipaggiati con un  rotore cilindrico in movimento continuo, che svolge la funzione di accumulo e scambio termico. Allo scopo, nel suddetto componente  sono ricavati numerosi microcanali, in modo da rendere disponibile una elevata superficie per lo scambio termico.

L’aria ambiente in espulsione attraversa metà involucro del rotore, la cui matrice assorbe ed accumula l’energia termica contenuta nel flusso fluido.

L’aria di rinnovo che attraversa l’altra metà, assorbe il calore accumulato.

Proseguendo la rotazione, le parti che assorbono e cedono calore si invertono continuamente, cosicché il processo può continuare indefinitamente.

Questo tipo di scambiatore può recuperare anche parte dell’umidità presente nell’aria, consentendo, nella fase estiva, di ridurre la capacità dei dispositivi di deumidificazione.

Rispetto agli scambiatori precedenti, i recuperatori rotativi hanno maggiore ingombro  e necessitano di una potenza elettrica supplementare per la movimentazione del rotore.

L’efficienza complessiva è variabile tra l’85% ed il 90%.

Recuperatori di calore termodinamici

Nella loro configurazione più funzionale questi sistemi sono dotati di un recuperatore a flussi incrociati, integrato con una pompa di calore ad inversione di ciclo, disposti in modo da realizzare un recupero di calore in serie: il primo di tipo statico ed il secondo di tipo attivo attraverso un processo termodinamico.

Le batterie di scambio termico evaporante/condensante sono immerse nei flussi d’aria, al fine di recuperare l’energia termica contenuta nell’aria estratta, per trasferirla in quella di rinnovo.

Nella stagione invernale l’aria prelevata dall’esterno riceve calore, per cui può essere immessa negli ambienti interni ad una temperatura superiore a quella che vige negli stessi.

Nella stagione estiva il ciclo termodinamico deumidifica e raffredda l’aria di rinnovo, che viene quindi immessa ad una temperatura inferiore rispetto a quella esterna.

Avendo la capacità di riscaldare e raffreddare l’aria di rinnovo, con la progressiva diffusione degli edifici NZEB, questi sistemi potranno costituire l’unico impianto di climatizzazione ambientale presente negli stessi.

Gli assorbimenti elettrici certamente superiori rispetto alle precedenti organizzazioni impiantistiche di Ventilazione Meccanica Controllata, così come gli spazi necessari per l’installazione ed i costi iniziali, inducono a considerare attentamente l’adozione di questi sistemi.

MANUTENZIONE

Come tutti gli impianti meccanici, anche la Ventilazione Meccanica Controllata tende a perdere nel tempo le peculiarità di efficienza ed igiene, se non opportunamente oggetto di manutenzione periodica.

Soprattutto nei sistemi a funzionamento permanente gli aspetti manutentivi sono spesso poco considerati, assumendo evidenza solo in occasione di palesi disfunzioni o danneggiamenti che determinano l’interruzione del servizio.

Pulizia dei filtri e loro sostituzione ad intervalli regolari, igienizzazione delle condotte e dei plenum, verifica dell’efficienza dei recuperatori di calore, controllo degli assorbimenti dei ventilatori e dei dispositivi ad azionamento elettrico, dovrebbero far parte di un appropriato programma di manutenzione periodica, in modo da contenere, tra l’altro, i consumi energetici entro limiti accettabili.

CONCLUSIONI

La descrizione dei sistemi sopra esposta rappresenta la base della Ventilazione Meccanica Controllata; esistono sistemi più complessi che approfondiscono e risolvono efficacemente taluni aspetti, utili in applicazioni e situazioni particolari.

Come è ormai ampiamente confermato, è opportuno rammentare che la ventilazione per apertura dei serramenti determina un ricambio d’aria ambiente intorno a 1,2 vol/h, contro un valore standard dei sistemi meccanici di 0,5 vol/h.

I sistemi di ventilazione naturali sono anch’essi energivori, corrispondendo a tassi di ventilazione di 0,8 vol/h.

In condizioni medie di ventosità e permeabilità verticale dell’edificio, i sistemi di aerazione per infiltrazione attraverso i serramenti assolvono alla ventilazione solo per tassi riconducibili a valori di 0,05 vol/h.

Nei sistemi VMC si utilizzano normalmente ventilatori a basso consumo energetico ( 25W – 40W sono potenze di esercizio usualmente attribuibili al singolo alloggio), a curva piatta ed eventualmente dotati di inverter.

I sistemi a portata fissa vengono calibrati per realizzare una ventilazione continua di 0,5 vol/h.

L’impianto di tipo igroregolabile complessivamente consente una ventilazione media di 0,4 vol/h, con un risparmio energetico di circa il 15% rispetto ad uno a portata fissa.

Anche i sistemi a doppio flusso con recupero di calore vengono dimensionati per un rinnovo d’aria pari a 0,5 vol/h; i consumi energetici corrispondono però ad un impianto a semplice flusso che realizza un ricambio di 0,25 vol/h.

di Ing. Giacomino Redondi