Analisi comparativa dei sistemi di ventilazione e climatizzazione

La riduzione dell'efficienza lavorativa, la sensazione costante di debolezza nel corpo, l'aumento della nervosità, il desiderio regolare di fare un sonnellino sono spesso il risultato di un ricambio d'aria insufficiente. Tuttavia, questi problemi possono essere prevenuti con una corretta ventilazione e un corretto condizionamento dell'aria.

Inoltre, non sarà possibile limitarsi al solo sistema naturale: presenta una serie di inconvenienti. Sarà necessario scegliere il tipo meccanico ottimale di ricambio e miscelazione dell'aria, analizzando i pro e i contro di ciascun metodo.

Proviamo insieme a capire come funzionano i diversi sistemi di ventilazione e in quali casi viene utilizzata l'una o l'altra variante.

Perché è necessaria la ventilazione?

Il rinnovamento dell'aria consente di prevenire le malattie del sistema cardiovascolare e del sistema nervoso centrale, l'aumento della sudorazione, il peggioramento dell'attenzione e le malattie croniche nelle persone con un sistema immunitario debole.

Un sistema di ventilazione standard consente di:

• ridurre la concentrazione di polvere e altre particelle fini nell'aria;
• selezionare una temperatura confortevole per il lavoro;
• rimuovere i gas di scarico e i componenti aggressivi che causano allergie.

Naturalmente, si possono aprire le finestre, ma in questo caso nella stanza entreranno polvere e aria sporca. Durante la stagione fredda, inoltre, aumenteranno le spese per il riscaldamento. Inoltre, le correnti d'aria influiscono negativamente sulla salute.

Il sistema di ventilazione naturale non può garantire completamente il ricambio d'aria dell'ambiente

Il processo di condizionamento dell'aria

Anche durante la stagione calda è problematico realizzare un semplice ricambio d'aria senza l'uso di dispositivi speciali. Pertanto, è opportuno utilizzare apparecchiature aggiuntive.

In estate l'aria è umida e calda. Il condizionamento garantisce la pulizia e l'abbassamento della temperatura. Per esempio, sono adatti i sistemi split, i condizionatori industriali e il chiller-fancoil.

Invece nella stagione fredda l'aria è gelida e meno umida. Naturalmente, non dimenticate la filtrazione. Tuttavia è necessario anche riscaldare e umidificare l'aria, cosa che il calorifero riesce a fare con successo, garantendo l'innalzamento della temperatura a un livello confortevole.

Questo processo è spesso garantito dalla miscelazione: le correnti fredde si combinano con quelle calde. L'aria viene raffreddata in apposite camere mediante l'introduzione di piccole gocce d'acqua.

Ci sono anche locali che richiedono un approccio speciale all'organizzazione della ventilazione. Ad esempio, nelle palestre con piscine, l'acqua evapora costantemente, aumentando il livello di umidità.

L'acqua evapora dalle piscine e si condensa sulle pareti e sul soffitto del locale. Una corretta ventilazione permette di prevenire l'umidità eccessiva.

Per risolvere questi problemi sono progettati i deumidificatori. Il loro svantaggio è l'assenza di ventilazione. L'aria rimane nell'ambiente, ma il livello di umidità diminuisce. Di conseguenza, la concentrazione di ossigeno cala, il che influisce negativamente sul benessere delle persone.

Il metodo meccanico di estrazione dell'aria

La ventilazione naturale spesso non svolge le sue funzioni dirette, quindi diventa attuale la necessità di utilizzare un sistema artificiale. La sua principale differenza è che funziona con forzatura.

Il tipo meccanico di ventilazione viene utilizzato non solo nelle produzioni industriali, ma anche negli ambienti abitativi. Il suo funzionamento si basa su motori elettrici, aerotermi, ventilatori e filtri.

Vantaggi principali del sistema artificiale rispetto a quello naturale:

• Efficienza. Trasporto di praticamente qualsiasi volume d'aria per distanze significative all'interno dell'ambiente.
• Indipendenza dal clima. Esecuzione impeccabile delle funzioni dirette del sistema in qualsiasi periodo dell'anno.
• Funzionalità aggiuntive. Regolazione della temperatura e del livello di umidità, pulizia dell'aria da polvere e altre particelle sottili.

La ventilazione meccanica si divide in canalizzata e non canalizzata. Nella prima, l'aria passa attraverso percorsi allungati speciali.

È efficace utilizzare una combinazione di sistemi di ventilazione meccanica e naturale.

Nei sistemi non canalizzati, i ventilatori sono posizionati in una struttura speciale. Essi garantiscono l'afflusso di masse d'aria fresca.

A seconda del tipo di ventilazione meccanica, i sistemi si dividono in immissione, estrazione e immissione/estrazione.

Descrizione del sistema di immissione

Il compito principale di questo tipo di ventilazione è garantire l'apporto di aria fresca nella stanza. Affinché l'apparecchiatura possa svolgere al meglio le sue funzioni, i modelli complessi sono dotati di elementi aggiuntivi che si occupano della pulizia e dell'umidificazione.

Il principale svantaggio è l'assenza di possibilità di aspirazione dell'aria. Pertanto, la stanza non può riempirsi al 100% di masse d'aria rinnovate.

Principio di funzionamento e struttura

Un sistema standard include un ventilatore fissato nel battente della finestra. Esso garantisce l'afflusso di aria fresca nell'ambiente. In quest'ultimo aumenta la concentrazione di gas. Pertanto, per l'aria viziata non rimane spazio ed essa lascia la stanza attraverso apposite aperture di estrazione.

L'elemento chiave del sistema è il ventilatore di immissione. I suoi parametri principali sono potenza, efficienza di apporto d'aria e pressione nella zona di lavoro. Dalla lunghezza e complessità dei canali dipendono direttamente anche i requisiti delle caratteristiche tecniche del ventilatore.

Oltre a questo dispositivo, il sistema è composto dai seguenti elementi:

• griglie;
• valvole;
• condotti d'aria;
• distributori;
• filtri;
• riscaldatori.

I filtri sono responsabili della rimozione dall'aria in arrivo di particelle meccaniche: polvere, insetti, detriti, ecc. Possono garantire una pulizia grossolana, fine e molto fine. A seconda delle caratteristiche di funzionamento, si dividono in elettrostatici, secchi e umidi.

È necessario prevenire il contatto dei canali d'aria con oggetti estranei e umidità. Pertanto, non si può fare a meno di una copertura speciale.

I riscaldatori o caloriferi sono responsabili dell'aumento della temperatura dell'aria in ingresso. Possono essere di tipo ad acqua o elettrico. I primi funzionano sulla base dell'impianto di riscaldamento della casa. La fonte di alimentazione dei secondi è la rete elettrica.

Per quanto riguarda gli elementi aggiuntivi, essi possono essere:

• elementi che riducono il livello di rumore;
• deumidificatori;
• recuperatori;
• umidificatori;
• strumenti di automazione del funzionamento del sistema;
• e altri.

La presa d'aria deve trovarsi in un luogo pulito, protetto dall'ingresso di polvere. Nelle vicinanze di questo elemento strutturale deve essere posizionata la camera di immissione.

Dove viene utilizzato questo metodo?

Il tipo meccanico di organizzazione dell'afflusso viene utilizzato sia per edifici residenziali che industriali. Copre l'intero ambiente o solo una sua parte, ad esempio un posto di lavoro in produzione. Garantisce l'ingresso di aria a temperatura ottimale.

E crea anche zone pulite speciali, anche se in altri ambienti c'è un elevato livello di sostanze tossiche. Può essere abbinato a sistemi di ventilazione di estrazione e naturali.

Per maggiori informazioni su come organizzare correttamente un sistema di ventilazione forzata, leggete in questo articolo.

Il sistema di mandata è abbastanza compatto e praticamente silenzioso durante il funzionamento. Si distingue per la facilità di installazione e manutenzione.

Caratteristiche della ventilazione di estrazione

Il sistema di estrazione è l'opposto di quello di mandata. Il suo compito è rimuovere l'aria inquinata dall'ambiente. Esistono tipi integrali e collettivi.

Struttura e principio di funzionamento

La ventilazione di tipo estrattivo è molto utilizzata per l'allestimento degli appartamenti. Garantisce l'espulsione dell'aria viziata o riscaldata. Le griglie di aspirazione o le valvole di ventilazione sono solitamente posizionate nella parte superiore dell'ambiente. L'aria fresca entra attraverso appositi condotti direttamente dall'esterno o attraverso le stanze adiacenti.

Il sistema può essere posizionato a una certa distanza o bloccare completamente la fonte di inquinamento. Se è possibile limitare il punto di emissione di sostanze tossiche, allora sarà efficace la ventilazione locale, altrimenti quella generale.

Qui il ruolo chiave è svolto dal ventilatore. È la sua potenza a determinare l'efficienza dell'intero sistema. Esistono apparecchi di estrazione a bassa (velocità del flusso d'aria fino a 50 m/s), media (fino a 80 m/s) e alta pressione (fino a 200 m/s).

I principali elementi di questo tipo di ventilazione sono i seguenti:

1. Cappe di estrazione. Si distinguono per la massima efficacia. Rimuovono aria eccessivamente umida e calda, gas pesanti e polvere.
2. Aspiratori. Eliminano la massima quantità di sostanze nocive, aspirando un minimo d'aria. Non disturbano il lavoratore nell'esecuzione dei suoi compiti.
3. Cappe a ombrello. Progettate per l'evacuazione di sostanze che salgono verso l'alto. Esistono tipi il cui funzionamento si basa sul tiraggio naturale o forzato.
4. Pannelli di estrazione. Efficaci per l'evacuazione di polvere e gas nocivi caldi. Sono adatti per postazioni di lavoro dove avviene la saldatura di componenti.
5. Aspiratori laterali. Utilizzati quando si lavora con oggetti grandi o voluminosi che vengono tenuti verticalmente tramite cavi metallici o altri mezzi. Hanno un diametro ridotto (inferiore a 100 mm) e sono posizionati lontano dall'oggetto di lavoro.

Il sistema di estrazione è destinato principalmente all'evacuazione dell'aria viziata. Considerando gli elementi costruttivi sopra menzionati, sono efficaci per la ventilazione locale.

Dettagli sull'utilizzo del sistema

Questo tipo di ventilazione di estrazione è adatto per ambienti con un basso livello di concentrazione di sostanze nocive. Inoltre, queste ultime possono arrivare a diversi livelli, in flussi integrali o separati.

Il tipo integrale è meno rumoroso in funzione grazie alla particolarità costruttiva, in particolare del corpo.

Questo sistema è adatto per magazzini, supermercati, impianti sportivi, strutture sanitarie e locali residenziali. Viene utilizzato in ambienti produttivi dove non si può evitare l'emissione di sostanze tossiche. Si combina ottimamente con la ventilazione naturale e di mandata. Può agire sia localmente, sia garantire lo scarico generale delle masse d'aria viziata.

Nella scelta, è necessario analizzare le caratteristiche dell'aria in uscita. Se quest'ultima contiene molte sostanze aggressive, allora è opportuno optare per una variante con rivestimento anticorrosivo.

L'essenza della ventilazione a immissione ed estrazione

Questo tipo di ricambio dell'aria negli ambienti è considerato uno dei più ottimali. Permette di combinare i vantaggi dei sistemi di mandata e di estrazione.

Il compito fondamentale nella progettazione è bilanciare i volumi di aria in entrata e in uscita. Se prevale il primo, la pressione nell'ambiente aumenta a causa dell'alta concentrazione di gas; se aumenta la quantità di aria evacuata, diminuisce.

Il sistema di ventilazione di mandata e di estrazione viene utilizzato sia in ambienti residenziali che industriali.

La ventilazione di mandata e di estrazione ha due varianti. La prima è la miscelazione, quando l'aria pulita attraverso speciali elementi costruttivi entra nell'ambiente, si mescola con i gas presenti ed esce attraverso apposite valvole.

Un altro tipo è la ventilazione a spostamento. L'installazione del sistema avviene a livello del pavimento. Qui agiscono le leggi elementari della fisica: l'aria esausta ha una temperatura elevata, quindi viene spinta dai gas in entrata. Esce attraverso griglie situate sul soffitto dell'ambiente.

Invece l'aria fresca entra nella parte inferiore dell'ambiente, dove si muove lentamente. Pertanto nella zona di lavoro, nella parte dell'ambiente in cui si trovano direttamente gli occupanti, si creano condizioni confortevoli per il riposo e il lavoro.

Affinché la ventilazione a spostamento sia efficace, è necessario che l'aria fresca abbia una temperatura inferiore a quella già presente nell'edificio. Per gli ambienti residenziali la differenza è di 1-3 °C, per fabbriche, stabilimenti e altri locali con requisiti speciali — 1-5 °C.

È necessario monitorare la temperatura dell'aria in entrata e di quella presente nell'ambiente. Se non vengono rispettati gli intervalli sopra indicati, si verifica la convezione.

Questo tipo di ventilazione presenta sia vantaggi che svantaggi. Tra i vantaggi vi sono la possibilità di utilizzo in edifici industriali, caratterizzati dall'emissione di sostanze tossiche e temperature elevate, e l'elevata efficienza operativa.

Invece, tra gli svantaggi si annoverano i seguenti:

• la necessità di aree relativamente ampie per i diffusori di mandata;
• l'aumento dell'area circostante;
• la riduzione dell'efficacia del sistema a causa dell'ingresso di oggetti estranei nei diffusori di mandata;
• l'aumento del gradiente termico verticale.

Quest'ultimo è la differenza tra le temperature del gas nella zona di lavoro e sotto il soffitto.

Se desidera optare per un sistema di ventilazione e condizionamento dell'aria a dislocamento, analizzi la disposizione e la potenza degli apparecchi di riscaldamento. Queste caratteristiche influenzano la combinazione dei flussi d'aria nella stanza.

Ad esempio, l'aria in entrata, che dovrebbe raggiungere direttamente la zona di lavoro, può essere bloccata dai gas caldi provenienti dai radiatori o dai riscaldatori. Di conseguenza, si ottiene una ventilazione non a dislocamento, ma a miscelazione.

Il processo di miscelazione prevede l'ingresso dell'aria nell'ambiente attraverso uno o più percorsi. Invece, i gas esausti escono con un unico flusso.

Nella zona di lavoro, la velocità dell'aria in uscita è di un terzo inferiore rispetto a quella dell'aria in entrata

Il parametro chiave della ventilazione a miscelazione è l'eiezione. Si tratta della combinazione di due fluidi qualsiasi, in cui uno influenza e dirige l'altro. Nel caso specifico, è la capacità dei diffusori di combinare armoniosamente i getti d'aria.

L'eiezione determina le caratteristiche del sistema di ventilazione. Ad esempio, la miscelazione è garantita da diffusori a getto con un valore elevato del parametro. Mentre per la dislocazione sono tipici dispositivi con un basso valore di iniezione.

Per ridurre al minimo le correnti d'aria in caso di deviazione della differenza tra la temperatura dell'aria in entrata e quella dell'ambiente dalla norma, i diffusori devono avere un valore elevato.

Sono inoltre importanti la velocità di movimento delle masse d'aria e la temperatura dell'aria. Per garantire il massimo comfort, è necessario che i gas si muovano a una velocità non superiore a 0,18 m/s e abbiano una temperatura compresa tra 20 e 22 °C.

La velocità di spostamento dell'aria dipende dalla geometria e dalla destinazione dell'ambiente, dalla temperatura nella zona di lavoro e dall'arredamento

Particolarmente pericoloso per la salute e il benessere umano è il superamento del primo valore e la riduzione del secondo. In tali condizioni, è difficile persino stare nell'ambiente, per non parlare di qualsiasi attività produttiva.

Progettando la ventilazione, è necessario considerare l'influenza degli ostacoli fisici. Tra questi rientrano gli apparecchi di illuminazione posizionati sul soffitto, i livelli, i solai, le colonne, ecc.

Nella maggior parte dei casi, il flusso dell'aria in entrata può aggirare un ostacolo la cui larghezza è 1/50 dell'altezza del soffitto

Le aule sono ambienti non standard, caratterizzati da una zona di lavoro significativa, un gran numero di ascoltatori e un soffitto alto. Di conseguenza, anche l'approccio alla ventilazione è piuttosto specifico.

Un metodo comune è quello di immettere aria fresca direttamente sotto i posti a sedere degli ascoltatori. Si ritiene che i gas in ingresso si riscalderanno, saliranno verso il soffitto e verranno espulsi dall'ambiente.

Tuttavia, la pratica dimostra che questo approccio è errato – i gas si comportano allo stesso modo dei liquidi. L'aria si accumula prima nella parte inferiore dell'aula e solo successivamente sale.

Il posizionamento razionale del diffusore è nella parte frontale dell'aula o della classe

Anche calcoli ben motivati e simulazioni al computer non garantiscono una previsione estremamente precisa della direzione del movimento dell'aria. Tuttavia, è necessario considerare il numero e la posizione dei diffusori l'uno rispetto all'altro, la disposizione degli elementi riscaldanti, gli ostacoli e altri fattori.

La maggior parte degli studi sulla disposizione dei diffusori dimostra che la ventilazione a miscelazione merita una valutazione arbitraria. Ad esempio, è efficace posizionare le aperture per l'estrazione dell'aria all'ingresso della stanza, sul lato dei banchi posteriori.

Ma se si posizionano le uscite in altre parti dell'aula, nella maggior parte dei casi non si otterrà l'effetto desiderato. Invece, un corretto ricambio d'aria consente di prevenire la formazione di una fascia di aria calda e viziata.

Vi consigliamo anche di leggere un altro articolo, in cui abbiamo descritto più in dettaglio il principio di funzionamento della ventilazione forzata e di scarico. Per maggiori informazioni – seguite il link.

Come funziona la ventilazione locale?

Se l'aria viene immessa o estratta intenzionalmente in determinate zone dell'ambiente, allora tale ventilazione è classificata come locale. Quest'ultima si divide in ventilazione di mandata e di estrazione.

La ventilazione locale di mandata richiede costi molto inferiori rispetto alla ventilazione generale, a parità di condizioni di applicazione. È popolare negli ambienti industriali che richiedono un rapido rinnovo dell'aria. Consente di ridurre l'umidità e la temperatura.

Nella maggior parte dei casi, si ha una combinazione di ventilazione locale e generale, in cui un tipo completa l'altro.

L'impianto di estrazione locale è utilizzato anche nell'industria. È adatto per l'eliminazione di sostanze tossiche e la riduzione della temperatura in una specifica piccola area dell'ambiente. Per maggiori dettagli sulla ventilazione degli ambienti industriali, abbiamo trattato in questo articolo.

Consente di prevenire le conseguenze dei fattori negativi menzionati e di altri. Ha un impatto positivo sul comfort di lavoro dei dipendenti, poiché le sostanze nocive lasciano l'ambiente quasi immediatamente dopo essersi formate.

Se i lavori che riguardano l'emissione di sostanze tossiche vengono effettuati in tutta o nella maggior parte dell'area della stanza, la ventilazione localizzata non sarà efficace. Tuttavia, è comunque opportuno utilizzarla di fronte ai punti con le maggiori emissioni.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Video sulla ventilazione localizzata in un ambiente con attrezzature tecnologiche:

Il video spiega le caratteristiche e l'importanza della progettazione del sistema di ventilazione, le sue opzioni di attrezzatura e i dettagli dell'installazione:

Un video mostra le caratteristiche di funzionamento di un sistema di ventilazione standard:

Ogni sistema di ventilazione ha le sue peculiarità. Nella scelta bisogna considerare molti fattori: dalla specificità d'uso dell'ambiente alla presenza di ostacoli per il flusso d'aria. Tuttavia, un approccio accurato permetterà di optare per il sistema di ventilazione ottimale.

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