Unità di ventilazione forzata: confronto tra diverse tipologie di apparecchiature

Il sistema di ricircolo naturale dell'aria spesso presenta malfunzionamenti: le sue prestazioni dipendono da fattori climatici e dall'uso di finestre ermetiche. La ventilazione forzata non presenta questi inconvenienti.

Per normalizzare il ricambio d'aria si utilizza un'unità di ventilazione forzata – una soluzione pratica ed efficace. La varietà di apparecchiature climatiche consente di scegliere un modello per specifiche condizioni operative. Tuttavia, a volte è difficile decidere il dispositivo più adatto, non è vero?

La aiuteremo a risolvere questo problema. L'articolo fornisce informazioni sui principi di funzionamento e le caratteristiche operative dei diversi tipi di unità di ventilazione forzata. Per semplificare la scelta, abbiamo evidenziato le caratteristiche e i parametri principali che è necessario considerare al momento dell'acquisto.

Componenti della ventilazione forzata

Il modulo di ventilazione forzata è il componente principale del sistema di ventilazione forzata. L'unità garantisce una circolazione dell'aria regolamentata in uno spazio chiuso – immissione di flussi puliti ed estrazione di masse d'aria esauste.

Il modulo di ventilazione rappresenta un complesso di apparecchiature racchiuse in un unico involucro (unità monoblocco) o assemblato da elementi componibili.

Schema del sistema di ventilazione forzata: 1 – unità di ventilazione forzata (UVF), 2 – condotti d'aria, griglie di presa d'aria, adattatori, 3 – diffusori d'aria, 4 – unità di controllo (+)

La struttura dell'unità di ventilazione forzata include obbligatoriamente i seguenti elementi:

1. Ventilatore. Componente di base per il funzionamento di un sistema di ricambio d'aria artificiale. Nelle unità di ventilazione forzata con rete di condotti estesa vengono installati ventilatori radiali che mantengono un'alta pressione dell'aria. Nelle unità portatili è consentito l'uso di modelli assiali.
2. Valvola d'aria. Viene installata dietro la griglia esterna e impedisce l'ingresso di aria dall'esterno quando il sistema è spento. In sua assenza, in inverno, flussi freddi si infiltreranno nell'ambiente.
3. Condotto principale dell'aria. Nel sistema sono impiegate due linee di canali: una per la mandata e l'altra per l'estrazione dell'aria. Entrambe le reti passano attraverso l'unità di ventilazione. Al primo condotto viene collegato il ventilatore di mandata, al secondo, rispettivamente, quello di estrazione.
4. Automazione. Il funzionamento dell'unità è regolato da un sistema di automazione integrato, che risponde ai dati dei sensori e ai parametri impostati dall'utente.
5. Filtri. Per la pulizia delle masse in entrata viene utilizzata una filtrazione complessa. All'ingresso del condotto di mandata è collocato un filtro di pulizia grossolana, il cui compito è trattenere lanugine, insetti e particelle di polvere.

Lo scopo principale della pulizia primaria è la protezione dei componenti interni del sistema. Per una filtrazione più 'fine', davanti ai diffusori d'aria vengono installati un filtro fotocatalitico, a carbone o altro tipo di barriera.

Dispositivo PVU sull'esempio del modello Vents VUT con recupero e riscaldatore. Nella struttura è previsto un bypass per proteggere lo scambiatore di calore in inverno (+).

Alcuni complessi sono dotati di funzionalità aggiuntive: raffreddamento, condizionamento, umidificazione, sistema di pulizia a più stadi e ionizzazione dell'aria.

Principio di funzionamento del sistema di ventilazione forzata

Il ciclo di lavoro della PVU si basa su uno schema di trasporto a due circuiti.

L'intero processo di ventilazione può essere suddiviso in più fasi:

1. Prelievo del flusso d'aria dall'esterno, sua pulizia e invio ai diffusori tramite il condotto.
2. Ingresso delle masse inquinate nel canale di estrazione e loro successivo trasporto verso la griglia di uscita.
3. Scarico dei flussi di ricambio all'esterno.

Lo schema di circolazione può essere integrato con fasi di trasferimento di energia termica tra i due flussi, riscaldamento aggiuntivo dell'aria in ingresso, ecc.

Funzionamento della PVU. Legenda dell'immagine: 1 – modulo di ventilazione forzata, 2 – mandata di aria fresca, 3 – prelievo dell'aria di ricambio, 4 – scarico delle masse d'aria usate all'esterno (+).

Il funzionamento del sistema forzato offre una serie di vantaggi rispetto al ricambio d'aria naturale:

• mantenimento dei parametri impostati – i sensori reagiscono ai cambiamenti atmosferici e regolano la modalità di funzionamento della PVU;
• filtrazione del flusso in entrata e possibilità di trattamento – riscaldamento, raffreddamento, umidificazione;
• risparmio sui costi di riscaldamento – rilevante per i dispositivi con recupero.

Gli svantaggi dell'uso del PVU includono: l'elevato costo del complesso di ventilazione, la difficoltà di installazione dopo il completamento dei lavori di ristrutturazione ed edilizia e l'effetto rumore. Nelle unità monoblocco, quest'ultimo inconveniente è stato eliminato grazie all'uso di un involucro fonoisolante.

Tipi di unità: caratteristiche costruttive e operative

Costo, prestazioni, consumo energetico dipendono dalle capacità funzionali del PVU. La varietà di modelli è convenzionalmente suddivisa in questi gruppi: unità con recupero, gruppi con riscaldamento e condizionamento. Una categoria separata sono gli apparecchi «mobili».

Modulo di ventilazione forzata con recuperatore

Il sistema di ventilazione forzata, oltre ai vantaggi sopra descritti, presenta anche un notevole svantaggio: un aumento significativo delle perdite di calore. Insieme all'aria di scarico, «svanisce» anche il calore prodotto dal sistema di riscaldamento.

I costi ammontano a circa il 60%. La soluzione al problema è il trasferimento di energia dal flusso d'aria in uscita a quello in ingresso.

Il recupero parziale del calore avviene nel recuperatore – un modulo con scambiatore di calore e ventilatore per muovere flussi in direzioni opposte. Lo scambio energetico avviene attraverso le pareti dello scambiatore – i flussi d'aria non si mescolano (+)

Al giorno d'oggi, la maggior parte delle unità di ventilazione forzata sono prodotte con recuperatori. Nonostante l'alto costo dell'attrezzatura, la convenienza del sistema di recupero è economicamente giustificata.

Valori del rendimento dello «scambiatore di calore»:

• 30-60% – basso livello di recupero termico;
• 60-80% – buon indicatore di efficienza;
• oltre 80% – scambio termico di alta qualità.

È interessante notare che anche la presenza di un recuperatore con un rendimento del 30% è economicamente più vantaggiosa di un PVU di base senza scambiatore di calore. Il periodo medio di ammortamento di un'unità di ventilazione con recupero è fino a 5 anni.

L'efficienza del PVU, lo schema del flusso d'aria, il consumo di elettricità e il prezzo del modulo dipendono dalla struttura del recuperatore.

Si distinguono diversi tipi di scambiatori di calore:

• rotativo;
• a piastre;
• tubi di calore;
• modulo a camera;
• gruppo a glicole.

I primi due modelli hanno avuto una grande diffusione.

Recuperatore rotativo

All'interno del corpo del PVU è posizionato uno scambiatore di calore cilindrico rotante con lamelle in metallo ondulato. Durante il funzionamento, i compartimenti si riempiono alternativamente con flussi d'aria in direzioni opposte.

La zona con l'«aria di scarico» si riscalda; dopo la rotazione del tamburo, il calore viene trasferito alle nuove masse fredde in arrivo, raccolte nel canale adiacente.

Il recupero del calore è del 60-90%.

Vantaggi aggiuntivi:

• parziale recupero dell'umidità;
• consumo di elettricità economico.

La velocità di rotazione del tamburo può essere regolata, scegliendo così l'intensità del ricambio d'aria e il livello di rendimento.

Argomenti contro la versione a tamburo:

• miscelazione dell'«aria di scarico» con il flusso fresco – 3-8%;
• trasmissione parziale degli odori di ritorno nell'ambiente;
• pressione acustica dal rotore in rotazione;
• necessità di manutenzione regolare degli elementi mobili;
• grandi dimensioni.

A causa della complessità del meccanismo, le unità di ventilazione con recuperatore rotativo costano più delle versioni a piastre.

Scambiatore di calore a piastre

I condotti d'aria «si incontrano» in un blocco ermetico con numerosi canali. I compartimenti sono separati da pareti termoconduttrici.

I percorsi creati sono disposti in direzione incrociata – nella zona di turbolenza l'efficienza dello scambio termico aumenta. Si verifica il contemporaneo raffreddamento/riscaldamento delle pareti del cassetto del recuperatore da entrambi i lati.

Argomenti «a favore»:

• fornitura di aria pulita senza tracce di «aria di scarico»;
• costo accessibile;
• semplicità di regolazione e affidabilità del modulo – nessuna parte mobile.

L'efficienza del recuperatore a piastre arriva fino al 70%. Il principale svantaggio è la formazione di condensa e la comparsa di ghiaccio nel canale di scarico in inverno. Il funzionamento in modalità «sbrinamento» (reindirizzamento del flusso caldo bypassando la cassetta) riduce l'efficienza del sistema del 20%.

Attualmente sul mercato sono presenti numerosi sistemi di ventilazione con recupero di calore di vari produttori. Pur avendo un set simile di caratteristiche, differiscono per prezzo, qualità, area di copertura e molti altri criteri.

Pertanto, consigliamo di dare un'occhiata all'unità di ventilazione con recuperatore a piastre e automazione integrata di Naveka, che negli ultimi tempi si è affermata sul mercato per la sua affidabilità e il funzionamento abbastanza silenzioso. Il controllo integrato tramite telecomando, il monitoraggio sul display LCD esterno, l'impostazione del programma di lavoro e molto altro sono già integrati in questa unità.

Tipico “rappresentante” dell'unità di ventilazione con recuperatore a piastre – Naveka Node1 500AC. Modello compatto, con spessore del pannello di 25 mm, riempito con lana minerale non infiammabile. Uno dei numerosi vantaggi di questa soluzione è il telecomando con display LCD, che consente di gestire comodamente l'intero sistema.

Tra gli altri marchi, consigliamo di prestare attenzione ai sistemi con recupero di calore di Mitsubishi, Maico e VENTO.

Apparecchiature a risparmio energetico con riscaldamento

Spesso il solo recupero non è sufficiente a compensare completamente la differenza di temperatura dei flussi opposti. Questa funzione è assunta dal riscaldatore integrato. Inoltre, l'elemento protegge lo scambiatore di calore dal congelamento.

Nelle unità di ventilazione vengono utilizzati due tipi di riscaldatori: ad acqua ed elettrici. Esaminiamo ciascuno in dettaglio.

Riscaldamento ad acqua

All'interno del corpo dell'unità di ventilazione forzata è installato un radiatore con tubi in cui circola il fluido termovettore. La serpentina ha delle alette per aumentare la superficie di contatto con i flussi d'aria in transito.

Esempio di dispositivo PVU con riscaldatore (Vents VUT 1000 VG): 1 – radiatore ad acqua, 2 – recuperatore, 3 e 4 – ventilatori di mandata e di estrazione rispettivamente (+)

L'elemento riscaldante a liquido entra in funzione se l'aria immessa all'uscita del recuperatore è più fredda della temperatura impostata.

Riscaldatore elettrico

Le unità con aerotermo elettrico sono in grado di riscaldare l'aria immessa a temperature più elevate rispetto alle modifiche «ad acqua».

Tuttavia, il riscaldatore elettrico è più esigente riguardo alle condizioni di lavoro:

• velocità del flusso d'aria – 2 m/s o superiore;
• temperatura dell'aria immessa compresa tra 0 e 30 °C, umidità – fino all'80%;
• prima del TEN si consiglia di installare un filtro aggiuntivo.

Rispetto al riscaldamento ad acqua, il modulo elettrico, in termini di funzionamento, è più costoso – aumentano le bollette dell'elettricità.

Il controllo dell'aerotermo viene effettuato dall'unità di controllo centrale. È obbligatoria la presenza di un timer di funzionamento e dell'opzione di spegnimento dell'apparecchio in caso di surriscaldamento (+)

Sistemi con climatizzazione

Alcuni modelli combinano le opzioni di ventilazione forzata e climatizzazione. Tutti gli elementi sono riuniti in un unico complesso termoisolante. Un chiaro esempio di tecnologia multifunzionale è la serie di unità «Klimat».

Costruzione dell'unità climatica: 1 – filtri, 2 – ventilatori a doppia direzione, 3 – compressore del circuito frigorifero, 4 – riscaldatore elettrico, 5 – aerotermo ad acqua, 6 – scambiatori di calore, 7 – automazione, 8 – involucro (+)

Nello schema è presente una pompa di calore reversibile – un circuito sigillato di freon caricato, collegato agli scambiatori di calore sui condotti di estrazione e di mandata.

Il funzionamento della PVU con climatizzazione avviene in due modalità:

1. Raffreddamento. Lo scambiatore di calore sul condotto di mandata funge da evaporatore e abbassa la temperatura dell'aria in ingresso. A sua volta, lo scambiatore di calore-condensatore viene raffreddato dall'aria fredda proveniente dall'ambiente.
2. Riscaldamento. Il recuperatore del condotto di estrazione cede il calore dell'«aria esausta» alle masse d'aria fresca. All'uscita della PVU, prima dell'immissione in casa, è possibile un ulteriore riscaldamento dell'aria.

La modalità di funzionamento viene impostata automaticamente grazie a regolatori e sensori che rilevano i parametri atmosferici.

Unità portatile senza condotti

Una soluzione interessante per spazi chiusi – unità di ventilazione mobili di mandata con possibilità di pulizia, riscaldamento e raffreddamento dell'aria.

Caratteristiche distintive dei moduli portatili:

• assenza di voluminosi condotti d'aria;
• installazione all'interno dell'ambiente ventilato;
• dimensioni compatte e possibilità di installazione entro 2-3 ore;
• multifunzionalità: afflusso, trattamento e espulsione delle masse d'aria;
• basso livello di rumore – entro 35 dB;
• assenza di correnti d'aria.

Per realizzare una ventilazione decentralizzata è necessario installare un'unità di ventilazione portatile (UVK) in ogni singolo ambiente.

Schema dell'UVK mobile: 1,3 – silenziatore, 2 – vano di recupero e ventilazione, 4 – calorifero elettrico, 5 – filtro a carbone, 6 – elemento filtrante di finitura, 7 – filtro di pre-pulizia, 8 – serranda a lamelle, 9 – azionamento elettrico (+)

Le unità di ventilazione senza canali vengono utilizzate principalmente in edifici pubblici (aule, palestre, sale didattiche, ecc.).

La classifica delle apparecchiature climatiche mobili è riportata in questo articolo.

Varietà in base al metodo di installazione

Sono possibili tre opzioni di installazione del modulo di ventilazione:

• a pavimento;
• a parete;
• a soffitto (incasso).

L'installazione a pavimento è tipica per unità di ventilazione ad alte prestazioni e ingombranti con portata d'aria da 8000 m³/h. Nonostante la presenza di isolamento dalle vibrazioni delle sezioni di ventilazione, per l'installazione di moduli voluminosi è necessaria una base solida.

I modelli a parete si distinguono per la bassa potenza – fino a 1500 m³/h e dimensioni compatte. L'installazione viene effettuata tramite fissaggio a muro con tasselli, collegamento dei condotti d'aria dall'alto. L'unità può essere collocata in un locale tecnico (balcone, bagno, guardaroba).

I moduli con fissaggio a soffitto o sospeso sono i più popolari. Di solito, l'apparecchiatura ha una configurazione canalizzata ed è destinata all'installazione sotto il soffitto.

Il principale vantaggio dei modelli sospesi è l'installazione nascosta. Tuttavia, per installare l'unità in un locale già in uso, si dovrà parzialmente 'utilizzare' l'altezza del soffitto.

Parametri principali per la scelta dell'unità di ventilazione

L'allestimento e l'installazione di sistemi di ventilazione richiedono investimenti di capitale e notevoli costi di manodopera. Pertanto, l'approccio alla scelta del "cuore" del sistema di ventilazione si basa su calcoli precisi e sull'analisi di una serie di parametri.

Valutazione e calcolo delle caratteristiche tecniche

Prima di tutto, è necessario determinare i valori appropriati di portata e pressione statica.

Portata

Il calcolo dell'unità si basa sulle norme di ricambio d'aria secondo le norme SNiP, sulla destinazione d'uso del locale, sull'area servita e sul numero di occupanti.

È necessario eseguire due calcoli (in base al numero di persone e al tasso di ricambio d'aria), confrontare i risultati e scegliere il valore più elevato.

Norme di portata d'aria per persona: valore tipico – 60 m³/h, a riposo – 30 m³/h. Tasso di ricambio d'aria regolamentato: 1-2 per edifici residenziali, 2-3 per uffici, centri commerciali.

Esempio di determinazione della portata (L) per una casa nelle condizioni date:

• numero di membri della famiglia – 3 persone;
• superficie della casa – 70 mq;
• altezza dei soffitti – 3 m.

Formula 1. Calcolo in base al numero di occupanti:

L=N*norm,

dove:

• N – numero di residenti;
• norm – portata d'aria (non meno di 40 m³/h).

L=3*40=120 m³/h.

Formula 2. Calcolo in base al tasso di ricambio d'aria:

L=S*H*n,

dove:

• S – superficie;
• H – altezza;
• n – indice normalizzato di ricambio d'aria.

L=70*3*1,5=315 m³/h.

Conclusione: per garantire una sufficiente circolazione dell'aria è necessario installare un'apparecchiatura con portata non inferiore a 315 m³/h.

Valori tipici delle unità di ventilazione:

• 100-500 m³/h – appartamenti e locali singoli;
• 500-2000 m³/h – abitazioni private, villette;
• 1000-10000 m³/h – edifici industriali, officine, uffici.

Pressione statica

Il valore indica la pressione generata dal ventilatore per vincere la resistenza lungo il percorso di circolazione dell'aria. Il calcolo preciso della prevalenza statica richiede la considerazione della resistenza di tutti gli elementi della rete.

Il calcolo «manuale» senza l'esperienza adeguata è difficile da eseguire. Gli specialisti utilizzano un software come MagiCad.

Valori medi della pressione a una velocità del flusso d'aria di 3-4 m/s: appartamenti da 50 a 150 mq – 75-100 Pa, villette da 150 a 350 mq – 100-150 Pa

I dati forniti sono validi specificamente per unità di ventilazione modulari, non per sistemi assemblati, dove bisogna considerare la caduta di pressione sulla valvola d'aria, il termoventilatore, il filtro e altri componenti.

Oltre ai parametri indicati, è necessario valutare:

1. Efficienza energetica. Per ciascuno dei modelli possibili è necessario calcolare i costi dell'elettricità per 1 anno, considerando le modalità operative invernali ed estive. La classe di consumo energetico indica il rapporto tra l'energia consumata e il volume di calore prodotto.
2. Rendimento del recuperatore. È necessario confrontare i valori di rendimento nelle diverse modalità operative dell'UVA. Un'elevata efficienza si riscontra negli scambiatori con doppia cassetta a piastre e zona intermedia – il rendimento raggiunge il 70-90%.
3. Potenza del riscaldatore. Valore tipico per le unità di ventilazione domestiche – 3-5 kW.

È meglio dare la preferenza a modelli con possibilità di riduzione automatica della velocità della ventola per correggere il carico sulla rete.

Livello di rumore e grado di filtrazione

La potenza acustica mostra quanto sarà «rumoroso» il funzionamento dell'unità assemblata.

L'effetto sonoro è determinato da due grandezze:

• LwA – livello di potenza acustica;
• LpA – livello di pressione sonora.

La valutazione della reale «rumorosità» va fatta in base al primo indicatore. Diversi produttori possono misurare la potenza acustica con metodologie differenti, quindi gli stessi valori a volte hanno un risultato diverso nella pratica.

Un metodo efficace per valutare la 'sonorità' dell'impianto è testare l'apparecchiatura in una sala dimostrativa. Il valore di rumore ammissibile in un'abitazione è di 25-45 dB.

La qualità dell'aria in entrata dipende dal sistema di purificazione utilizzato.

Possibili stadi di filtrazione:

• barriera contro polvere grossolana da esterno, peli e lanugine – pulizia grossolana con filtri G4, G3 con efficienza del 90%;
• protezione contro polvere fine di 1 µm – classe di filtrazione F7-F9;
• pulizia assoluta, che fornisce una barriera contro particelle di 0,3 µm – filtri HEPA (H10-H14), efficienza – 99,5%.

Per le abitazioni sono sufficienti i primi due stadi di pulizia. La filtrazione ad alta efficienza viene utilizzata in strutture mediche, locali per la produzione di farmaci, alimenti ed elettronica.

Comodità d'uso: funzionalità necessarie

Le unità di ventilazione domestiche sono dotate di sistema di automazione integrato, telecomando, display LCD con visualizzazione di tutti i parametri del ricambio d'aria. Oltre alle opzioni di base (regolazione della velocità del ventilatore, temperatura) è gradita la presenza di funzioni pratiche.

Timer. La gestione tramite scenari consentirà di ottimizzare la modalità di funzionamento per un determinato orario del giorno o giorno della settimana.

Per una regolazione precisa è consigliabile scegliere dispositivi con ventilatore a 5 o più velocità, nonché con orologio in tempo reale che non si resetti in caso di interruzione dell'alimentazione.

Riavvio automatico. Possibilità di accensione automatica e mantenimento dei parametri impostati in caso di interruzione dell'alimentazione elettrica.

Indicatore di sporcizia del filtro. Un'opzione comoda è l'avviso di sostituzione dell'elemento filtrante. I modelli high-tech sono dotati di sensori di variazione di pressione all'ingresso del filtro dell'aria: quando si sporca, la differenza di pressione aumenta.

Autodiagnosi. Qualsiasi apparecchiatura col tempo si guasta. È utile se l'automazione 'avvisa' di un guasto verificatosi: ciò aiuterà a individuare e risolvere tempestivamente il problema.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Sistema di ventilazione a risparmio energetico con recuperatore di calore a sospensione Daikin VAM/800FB:

Struttura, caratteristiche e tecnologia di installazione del modulo di ventilazione portatile Vents Micro 60/A3:

Unità di ventilazione 400 di Ventrum con riscaldatore elettrico e recuperatore rotativo:

L'allestimento della ventilazione tramite modulo di ventilazione viene utilizzato in ambienti di diverse destinazioni e dimensioni.

La garanzia di un ricambio d'aria di qualità dipende da un calcolo corretto e dalla scelta dell'apparecchiatura climatica. Se si hanno dubbi sulle proprie capacità, per determinare i parametri e sviluppare il progetto è meglio rivolgersi a professionisti.

Ha qualcosa da aggiungere o ha domande sulla scelta dell'unità di ventilazione? Può lasciare commenti al post e partecipare alla discussione del materiale – il modulo di contatto si trova nel blocco in basso.