Il progetto per il rinnovamento degli impianti della sede di Systemair Italy dimostra come migliorare la qualità dell’aria con interventi mininvasivi e, al contempo, abbattere drasticamente i consumi degli impianti aeraulici.
L’aggiornamento dell’impianto di ventilazione degli uffici di Systemair Italy, da portata fissa (CAV) a variabile (VAV), ha offerto l’occasione per verificare l’efficacia della seconda soluzione che, correlando il controllo della portata alla qualita dell’aria, garantisce anche una maggiore efficienza energetica e, di conseguenza, consumi piu contenuti. L’intervento e stato oggetto di una tesi di laurea in Ingegneria Energetica1: l’andamento della concentrazione della CO₂ negli ambienti e i relativi consumi di elettricita sono stati studiati in differenti condizioni, dimostrando la possibilita di migliorare l’efficienza energetica con soluzioni mirate e mininvasive.
Lo stato di fatto
La sede di Sistemair Italy occupa un edificio risalente al 1970 situato a Barlassina (Monza Brianza), localita in fascia climatica E (2.489 gradi giorno; T media invernale: -5,1 °C; con U.r. 80%; T media estiva 32 °C, con U.r. 50%). Gli spazi interni del primo piano, interessati dall’intervento, comprendono 3 uffici singoli, 2 open space, sala riunioni e servizi igienici (superficie 169 m2; volume climatizzato 455 m3).
I fluidi termovettori sono prodotti da una caldaia e da un gruppo frigorifero, che mettono rispettivamente in circolo acqua a 45 °C (ΔT -6 °C) e a 7 °C (ΔT +5 °C). La climatizzazione e affidata a ventilconvettori liberamente gestiti dal personale, che può così regolare i parametri operativi contando su una rapida messa a regime.
L’impianto ad aria primaria era del tipo CAV, attestato su una UTA (1.500 m3/h) sovradimensionata rispetto alle necessità (fu acquistata durante la pandemia), composta da:
- serranda per aria esterna, prefiltrazione (efficienza 65%) e filtrazione (ePM1 60%), ventilatore centrifugo a pale rovesce con motore EC a magneti permanenti, batteria reversibile calda- fredda, nella sezione di mandata;
- filtrazione, ventilatore e serranda di espulsione tutti con caratteristiche simili ai precedenti, nella sezione di ripresa;
- recuperatore di calore a flussi contrapposti (classe H1) e con serranda di bypass per free cooling (in comune a entrambe le sezioni);
- unità di controllo (programmazione giornaliera, commutazione estate-inverno) con pannello di controllo, quadro elettrico e possibilità di collegamento al BMS via RS485 con ModBus RTU.
L’UTA è programmata per lavorare con temperatura fissa dell’aria in mandata. Per ogni ramo della rete aeraulica sono presenti silenziatore, regolatore di portata a controllo manuale, plenum e diffusori.
L’intervento realizzato
La trasformazione dell’impianto ad aria primaria, da CAV a VAV, è stata realizzata mediante:
- sostituzione dei regolatori CAV con regolatori VAV, aggiungendo una cassetta VAV sul canale di ripresa;
- installazione in ambiente di controllori e sensori (CO2, temperatura) e, nei singoli canali di mandata, di rilevatori di portata, piu la stazione di raccolta dati;
- implementazione di un sistema di ottimizzazione e controllo del funzionamento.
Il dimensionamento e stato eseguito considerando sia la portata minima in base al numero di occupanti e alla superficie calpestabile degli ambienti serviti, sia la portata minima per diluire la CO₂ fino a 600 ppm. Con entrambi i metodi di calcolo, le portate risultano inferiori sia alla portata massima delle cassette VAV, pari a 254 m3/h, sia alla portata massima di aria trattabile dall’UTA, tenendo conto delle perdite di carico distribuite e concentrate.
La logica di funzionamento è basata sulla concentrazione di CO2 rilevata in ambiente. In generale, i sensori inviano i dati rilevati ai controllori e, da questi, al sistema di ottimizzazione e controllo, che regola di conseguenza:
- la portata dell’aria nelle diverse zone interessate (uffici singoli, open space, ecc.);
- la prevalenza dei ventilatori di mandata e ripresa dell’UTA. Tutte le fasi del progetto sono state affiancate da un’attività di commissioning avanzato.
«Esiste una profonda correlazione fra la qualità della vita e la salubrità dell’aria, che presenta significativi vantaggi anche sotto il profilo della produttività nei luoghi di lavoro.
Oggi la sede di Systemair Italy dispone di un impianto VAV moderno e intelligente, che garantisce un’ottimale indoor air quality, minimizza le emissioni acustiche in ambiente e abbatte il consumo energetico, incontrando le attuali esigenze connesse alla diffusione dello smart working.
Questi risultati sono stati ottenuti con un intervento mininvasivo che, grazie a una componentistica tecnologicamente evoluta, consente anche il controllo dei parametri operativi e la regolazione del funzionamento da remoto. L’impianto VAV è inoltre aperto a ulteriori implementazioni tecnologiche, per migliorare ancora le prestazioni energetiche e ambientali degli uffici contemporanei».
- impianto spento;
- impianto CAV acceso;
- impianto VAV acceso.
Contestualmente è stata rilevata la concentrazione di CO₂ dell’aria esterna (in media 420 ppm) e negli ambienti vuoti a impianto spento (il valore tende a stabilizzarsi rispetto a quello esterno).
Nel caso 1), sono state osservate fluttuazioni nella concentrazione di CO₂ in concomitanza dell’aumento/diminuzione del numero di occupanti e dell’apertura/ chiusura di porte e finestre. Durante un test, la presenza in un ufficio di un cane di media taglia – la cui frequenza respiratoria aumentava quando gli si prestava attenzione – ha contribuito notevolmente all’aumento della concentrazione della CO₂.
Nel caso 2), con portata costante di 203 m3/h negli uffici e di 245 m3/h nella sala riunioni, si sono registrati incrementi iniziali della concentrazione di CO2 simili al caso 1), seguiti da una sostanziale stabilizzazione che, per la sala riunioni, si e attestata a un livello superiore e dopo un periodo piu lungo rispetto agli uffici.
Nel caso 3) i dati hanno dimostrato che, dopo circa mezz’ora di funzionamento, l’impianto VAV è in grado di stabilizzare la qualita dell’aria in tutti gli ambienti, indipendentemente dalla variazione delle condizioni.
Vantaggi e considerazioni
Progettato e realizzato durante la pandemia, l’impianto di ventilazione CAV provvedeva a un ricambio dell’aria ben superiore al necessario. La trasformazione in impianto VAV ha comportato un significativo contenimento dei consumi energetici. È il caso, ad esempio, dei ventilatori che, prima, assorbivano costantemente 0,6 kW all’ora, mentre adesso, in base all’occupazione dei locali, presentano consumi dell’ordine di 0,1÷0,2 kW.
L’impianto VAV consuma circa il -64,88% rispetto al precedente impianto CAV, a fronte di una migliore qualità dell’aria e di emissioni acustiche ridotte. Senza considerare il costo delle apparecchiature per il monitoraggio, il pay-back time dell’intervento è di circa 8 anni (con un prezzo dell’energia di 0,5 euro/kWh).
I dati raccolti durante il monitoraggio hanno perciò confermato l’ipotesi alla base del progetto realizzato. Fra gli ulteriori interventi per migliorare l’efficienza energetica e il comfort, senza sostituzione dei principali componenti esistenti, si segnalano:
- l’ottimizzazione del funzionamento dei ventilconvettori, affidandone la gestione al sistema di controllo e dotandoli di valvole di regolazione comandate dai controllori in ambiente;
- l’installazione di una sezione per la sola umidificazione, nell’UTA, e di dispositivi per la de-umidificazione, all’interno dei canali. In entrambi i casi sarà necessario installare sensori di temperatura e umidità.
La trasformazione in impianto VAV è stata realizzata grazie ai numerosi prodotti Systemair ad alta tecnologia, fra cui:
- regolatori di portata OPTIMA-R, a sezione circolare, e OPTIMA-S, a sezione rettangolare, ideali per il controllo della portata d’aria a seconda della domanda, in singoli ambienti come uffici, camere d’albergo, sale riunione e conferenza, ecc.;
- regolatore ambiente pre-programmato ARGUS RC-C3DOC con display e comunicazione via RS485 (Modbus, BACnet, EXOline), per controllare riscaldamento, raffrescamento e concentrazione di CO2;
- sensori CO2 Systemair-E-D CO2, che utilizzano il rilevamento ad assorbimento infrarosso non dispersivo (NDIR) e l’algoritmo di autocalibrazione brevettato ABC Logic.
Systemair AIAS
L’implementazione dell’impianto VAV ha interessato anche l’UTA (Systemair Geniox 10). Per ottimizzare il consumo energetico in relazione alla domanda, il funzionamento è ora controllato da AIAS, il compatto controller DDC pre-programmato e dalla facile configurazione, composto da una o piu combox (in configurazione master/ slave per impianti complessi) ed equipaggiato con display S-208997.
