Ventilazione forzata e naturale: principio di funzionamento e caratteristiche di realizzazione

In un ambiente riempito di aria fresca si respira meglio, si lavora più produttivamente e si dorme più profondamente. Ma aprire la finestra per arieggiare ogni 2-3 ore è problematico, non è d'accordo? Soprattutto di notte, quando tutti i membri della famiglia dormono serenamente.

Una delle soluzioni automatizzate per questo problema è la ventilazione meccanica a doppio flusso (VMC) dell'ambiente. Ma come realizzarla correttamente? La aiuteremo a studiare il principio di funzionamento e a comprendere le caratteristiche dell'installazione.

In questo articolo vengono esaminati i componenti del sistema di ventilazione a doppio flusso, le regole per il loro calcolo e gli standard di ricambio d'aria in ambienti di diverso tipo.

Sono state selezionate schemi di installazione della ventilazione, foto con immagini dei singoli elementi del sistema, e sono forniti utili consigli video per la realizzazione di un sistema di ventilazione in una casa privata fai-da-te.

Che cos'è la ventilazione?

Quanto spesso arieggiamo la stanza? La risposta deve essere il più sincera possibile: 1-2 volte al giorno, se non ci si dimentica di aprire la finestra. E di notte quante volte? Domanda retorica.

Secondo le norme igienico-sanitarie, la massa totale d'aria in una stanza dove le persone sono costantemente presenti deve essere completamente rinnovata ogni 2 ore.

Per ventilazione ordinaria si intende il processo di scambio delle masse d'aria tra uno spazio chiuso e l'ambiente circostante. Questo processo molecolare-cinetico offre la possibilità di rimuovere il calore e l'umidità in eccesso tramite un sistema di filtrazione.

La ventilazione garantisce inoltre che l'aria interna sia conforme ai requisiti igienico-sanitari, il che impone specifici vincoli tecnologici alle apparecchiature che genereranno questo processo.

Un sottosistema di ventilazione è l'insieme di dispositivi e meccanismi tecnologici per la captazione, l'aspirazione, il trasporto e la purificazione dell'aria. Esso fa parte di un sistema integrato di impianti tecnici per ambienti ed edifici.

Si consiglia di non confrontare i concetti di ventilazione e condizionamento – categorie molto simili, che presentano una serie di differenze.

1. Idea principale. Il condizionamento garantisce il mantenimento di determinati parametri dell'aria in uno spazio chiuso, ovvero temperatura, umidità, livello di ionizzazione delle particelle e simili. La ventilazione, invece, effettua una sostituzione controllata dell'intero volume d'aria tramite immissione ed estrazione.
2. Caratteristica principale. Il sistema di condizionamento lavora sull'aria presente nell'ambiente e l'apporto di aria fresca può essere del tutto assente. Il sistema di ventilazione opera sempre al confine tra lo spazio chiuso e l'ambiente esterno mediante scambio d'aria.
3. Mezzi e metodi. A differenza della ventilazione in forma semplificata, il condizionamento si presenta come uno schema modulare di diversi blocchi, che tratta una piccola parte dell'aria e mantiene così i parametri igienico-sanitari dell'aria nell'intervallo indicato.

Il sistema di ventilazione domestica può essere ampliato fino alla scala necessaria e garantisce, in caso di emergenza nell'ambiente, una sostituzione piuttosto rapida dell'intera massa d'aria. Ciò avviene tramite potenti ventilatori, riscaldatori, filtri e una rete di tubazioni.

Potrebbe interessarLe l'informazione riguardante l'allestimento di un sistema di tubazioni per ventilazione in condotti di plastica, trattata in un nostro altro articolo.

Oltre alla funzione principale, i sistemi di ventilazione possono far parte dell'interior design in stile industriale, utilizzato per uffici, spazi commerciali e locali di intrattenimento.

Si distinguono diverse classi di ventilazione, che possono essere suddivise in base al metodo di generazione della pressione, alla distribuzione, all'architettura e allo scopo.

La pressurizzazione artificiale dell'aria nel sistema viene effettuata tramite unità di pressurizzazione: ventilatori, soffianti. Aumentando la pressione nella rete di tubazioni, è possibile spostare la miscela gas-aria su lunghe distanze e in volumi significativi.

Ciò è caratteristico di impianti industriali, locali di produzione e strutture pubbliche con un sistema di ventilazione centralizzato.

La generazione di pressione dell'aria nel sistema può essere di diversi tipi: artificiale, naturale o combinata. Spesso viene utilizzato il metodo combinato.

Si considerano sistemi di ventilazione locali e centralizzati. I sistemi di ventilazione locali sono soluzioni “puntuali” mirate per ambienti specifici in cui è richiesta una rigorosa conformità agli standard.

La ventilazione centralizzata offre la possibilità di creare un ricambio d'aria regolare per un numero significativo di ambienti con la stessa destinazione d'uso.

E l'ultima classe di sistemi: di immissione, di estrazione e combinati. I sistemi di ventilazione di immissione ed estrazione garantiscono simultaneamente l'immissione e l'estrazione dell'aria nello spazio. Questo è il sottogruppo più comune di sistemi di ventilazione.

Tali configurazioni garantiscono una facile scalabilità e manutenzione per i più svariati ambienti di tipo industriale, direzionale e residenziale.

Fondamenti fisici del sistema di ventilazione

Il sistema di ventilazione di immissione ed estrazione è un complesso multifunzionale di trattamento ultrarapido della miscela gas-aria. Sebbene si tratti di un sistema di trasporto forzato del gas, alla sua base vi sono processi fisici del tutto spiegabili.

Per creare l'effetto della convezione naturale dei flussi d'aria, le fonti di calore vengono posizionate il più in basso possibile, mentre gli elementi di estrazione nel soffitto o al di sotto di esso.

La parola stessa “ventilazione” è strettamente legata al concetto di convezione. Essa è uno degli elementi chiave nel movimento delle masse d'aria.

La convezione è il fenomeno di circolazione dell'energia termica tra flussi di gas freddi e caldi. Esistono convezione naturale e forzata.

Un po' di fisica scolastica per comprendere l'essenza del fenomeno. La temperatura in una stanza è determinata dalla temperatura dell'aria. Le molecole sono i vettori dell'energia termica.

L'aria è una miscela gassosa multimolecolare composta da azoto (78%), ossigeno (21%) e altre impurità (1%).

Trovandosi in uno spazio chiuso (ambiente), si ha una disomogeneità della temperatura rispetto all'altezza. Ciò è legato alla disomogeneità della concentrazione delle molecole.

Considerando l'uniformità della pressione del gas in uno spazio chiuso (ambiente), secondo l'equazione fondamentale della teoria cinetico-molecolare: la pressione è proporzionale al prodotto della concentrazione delle molecole per la loro temperatura media.

Se la pressione è uguale ovunque, allora il prodotto della concentrazione delle molecole per la temperatura nella parte superiore della stanza sarà equivalente allo stesso prodotto della concentrazione per la temperatura:

p=nkT, n_superiore*T_superiore=n_inferiore*T_inferiore, n_superiore/n_inferiore=T_inferiore/T_superiore

Più bassa è la temperatura, maggiore è la concentrazione delle molecole, e quindi maggiore è la massa totale del gas. Perciò si dice che l'aria calda è “più leggera”, mentre l'aria fredda è “più pesante”.

Una corretta ventilazione, insieme all'effetto di convezione, è in grado di mantenere nell'ambiente la temperatura e l'umidità impostate durante i periodi di spegnimento automatico del riscaldamento principale.

Alla luce di quanto sopra, risulta chiaro il principio fondamentale della progettazione della ventilazione: l'immissione (afflusso) dell'aria è di solito posizionata nella parte inferiore dell'ambiente, mentre l'estrazione (aspirazione) nella parte superiore. Si tratta di un assioma che deve essere preso in considerazione durante la progettazione del sistema di ventilazione.

Caratteristiche della ventilazione a doppio flusso

La ventilazione a immissione ed estrazione interagisce con due flussi d'aria differenti per composizione e destinazione, che vengono successivamente trattati.

Nell'impianto PVV (ventilazione a immissione ed estrazione), tutte le attrezzature necessarie e i sistemi aggiuntivi sono collocati in un unico telaio, che può essere installato all'interno della loggia, in soffitta, sulla parete esterna della casa, ecc.

La struttura speciale dell'unità offre ampie possibilità per garantire la ventilazione di praticamente qualsiasi numero di stanze nell'edificio.

Oltre alla funzione principale di movimento dell'aria, la ventilazione a immissione ed estrazione include il seguente arsenale di sottosistemi ausiliari e funzioni aggiuntive.

Tra cui:

• raffreddamento e riscaldamento dell'aria;
• ionizzazione e umidificazione delle particelle;
• sanificazione e filtrazione dell'aria.

Consideriamo il tipico ciclo di lavoro di un sistema di ventilazione a immissione ed estrazione, basato su un modello di trasporto a doppio circuito.

Nella prima fase, viene prelevata aria fredda dall'ambiente esterno e viene estratta aria calda dall'interno dell'ambiente. Da entrambi i lati, l'aria passa attraverso un sistema di pulizia.

Poi l'aria fredda viene trasferita al calorifero (riscaldatore) — tipico per i sistemi di ventilazione forzata con recupero di calore. Inoltre, il calore viene trasferito all'aria fredda dall'aria calda di estrazione — tipico per i sistemi ordinari.

Dopo il riscaldamento e lo scambio di calore, l'aria esausta di estrazione viene scaricata attraverso un canale esterno, mentre l'aria fresca riscaldata viene immessa nell'ambiente.

La configurazione più comune del modulo di ventilazione include una camera di scambio termico (recuperatore), in cui avviene lo scambio di energia termica tra i flussi d'aria opposti. In ogni caso, ciascun flusso passa attraverso un doppio sistema di filtraggio.

I principi fondamentali del funzionamento della ventilazione forzata sono l'efficienza e il risparmio.

Lo schema classico della ventilazione forzata presenta i seguenti vantaggi:

• elevato grado di purificazione del flusso in ingresso
• facile funzionamento e manutenzione degli elementi rimovibili
• integrità e modularità della struttura.

Per espandere le funzionalità, le unità di ventilazione forzata sono dotate di moduli ausiliari di controllo e monitoraggio, sistemi di filtraggio, sensori, timer automatici, silenziatori, segnalatori di sovraccarico del motore elettrico, blocchi di recupero, vaschette per la condensa, ecc.

Parametri dinamici della ventilazione

Con la progettazione del sistema di ventilazione sono associati molti aspetti, poiché in caso di calcolo errato delle caratteristiche, da un complesso di ventilazione piuttosto economico si può ottenere un “mostro” dispendioso di risorse energetiche.

Ciò influisce direttamente sui costi finanziari della sua manutenzione. Di conseguenza, l'idea stessa di un funzionamento economico dell'apparecchiatura non viene presa in considerazione.

Il carico principale del sistema di ventilazione grava sul ventilatore. La portata del ventilatore dipende dalla forma della girante (ruota con pale), dalla qualità dei materiali e dall'assemblaggio dell'apparecchiatura.

Per progettare correttamente la ventilazione forzata, si consiglia di eseguire calcoli algebrici della portata dell'unità e dei parametri dinamici dei flussi d'aria.

Esistono diverse metodologie e algoritmi di calcolo, ma verrà presentata alla nostra attenzione una delle opzioni più semplici e affidabili.

Tutto ciò che riguarda i processi secondari di umidificazione, ionizzazione aggiuntiva e pulizia secondaria può essere tralasciato in questa fase.

Normative per l'installazione

Elencare l'intero insieme di norme e regolamenti sanitari (SNiP) richiesti per i vari sistemi di ventilazione non è ragionevole, poiché il materiale basterebbe per un paio di libri. Tuttavia, è necessario conoscere i parametri di riferimento per gli ambienti residenziali e per uffici.

Per quanto riguarda gli uffici, nella progettazione del sistema di ventilazione, l'attenzione principale è rivolta agli ambienti in cui si troverà il personale dell'ufficio.

Di seguito, tutte le norme sono indicate per persona. In un tipico edificio per uffici, su un piano si trova un insieme completo di ambienti con diverse destinazioni d'uso.

Ad esempio, in un ufficio deve avvenire un ricambio di 60 metri cubi d'aria all'ora, nelle sale operative — 30-40 m³, nel bagno — 70 m³, nella sala fumatori — più di 100 m³, nei corridoi e negli atri — 10 m³.

Secondo le norme igieniche generali per gli ambienti residenziali, in un'ora avviene un ricambio completo della massa d'aria pari a 30 m³ per persona — calcolo basato sul numero di occupanti.

Esiste un altro approccio per il calcolo del volume d'aria — in base alla superficie. Per ogni metro quadrato di spazio abitativo corrispondono 3 m³.

Vale la pena menzionare separatamente la ventilazione degli impianti industriali e degli hangar di stoccaggio — 20 m³ per unità di superficie. In ambienti così grandi, i sistemi di ventilazione sono costruiti sulla base di un sistema multicomponente di ventilatori accoppiati (4, 8, 16 o più pezzi nel telaio).

Per gli altri locali accessori esistono parametri normativi predefiniti. Ad esempio, cucina con fornello elettrico — oltre 60 m³, con fornello a gas — oltre 80 m³, bagno — non meno di 25 m³, ecc.

Inoltre, è necessario ricordare che per le stanze da letto la velocità dei flussi d'aria non deve superare i 2 m/s, mentre per la cucina e il bagno la velocità deve essere di 4-6 m/s.

Formule e relative spiegazioni

Passiamo direttamente alle caratteristiche e alle formule. I calcoli avvengono in più fasi, in ognuna delle quali calcoliamo una delle caratteristiche del sistema di ventilazione.

Volume d'aria di lavoro

Consideriamo il calcolo del volume d'aria di lavoro (m³/h).

Per l'ufficio consigliamo di effettuare il calcolo in base al numero di persone:

V=35*N,

Dove N è il numero di persone contemporaneamente presenti nell'ambiente.

Per appartamenti e case private è necessario eseguire il calcolo in base al volume dello spazio abitativo:

V=2*S*H,

Dove: 2 è il coefficiente di ricambio d'aria per unità di tempo (per 1 ora); S è la superficie abitabile; H è l'altezza degli ambienti.

Calcolo della sezione del condotto

La sezione del condotto di ventilazione viene calcolata in cm². I condotti principali sono di due tipi di sezione: rotondi e rettangolari.

L'area della sezione del tubo si calcola con la relazione:

S_sez=V*2,8/ω,

Dove: S_sezione — area della sezione; V — volume d'aria (m³/h); 2,8 — coefficiente di coordinamento dimensionale; ω — velocità del flusso nella condotta (m/s).

La velocità del flusso d'aria che percorre la condotta è solitamente equivalente a 2-3 m/s.

Calcolata l'area della sezione del condotto, è possibile determinare il diametro per un condotto circolare o la larghezza/l'altezza per un condotto rettangolare. Conoscendo la larghezza, possiamo trovare l'altezza della sezione e viceversa. Il diametro della sezione circolare sarà pari a √(4*S_sezione/π).

Numero e dimensione dei diffusori

Consideriamo ora come calcolare il numero e la dimensione dei diffusori. Le dimensioni del diffusore vengono generalmente scelte da 1,5 a 2 volte maggiori rispetto all'area della sezione della condotta principale.

Con il numero di diffusori è un po' più complesso; si calcolano con la formula:

N=V/(2820*ω*d²),

Dove: N – il numero richiesto di diffusori; V – portata della massa d'aria (m³/h); ω – velocità del flusso d'aria (m/s); d – diametro del diffusore (m), se è circolare.

Se il diffusore è a sezione rettangolare, allora:

N=π*V/(2820*ω*4*a*b),

Dove: π – il numero Pi, a e b – le dimensioni della sezione.

Parametri di prestazione dell'impianto

Sono note due caratteristiche più importanti del blocco di ventilazione: la potenza e il livello di pressione generata. La potenza della stazione di ventilazione si calcola come segue:

P=ΔT*V*Cv/1000,

Dove: ΔT – delta di temperatura dell'aria all'ingresso/uscita (°C); V – portata della massa d'aria (m³/h); Cv – capacità termica dell'aria (0,336 Wh/m³*°C).

La pressione generata è determinata dalla curva caratteristica di prestazione del ventilatore principale.

Questo parametro deve essere equivalente alla resistenza aerodinamica della rete d'aria. I produttori di ventilatori forniscono il grafico della curva nel documento tecnico del prodotto.

Inoltre, è importante avere una conoscenza generale del riscaldatore del flusso d'aria in ingresso: il calorifero. Si tratta di una parte separata del sistema di ventilazione in cui avviene il riscaldamento dell'aria. Passando, ad esempio, attraverso un radiatore termico, l'aria viene quindi riscaldata.

Il calorifero in cui il riscaldamento avviene attraverso un radiatore e lo scambio di energia termica con il flusso di estrazione è chiamato recuperatore. Esistono recuperatori a una e a più sezioni che consentono di miscelare flussi d'aria con una grande differenza delle loro temperature in ingresso.

In conclusione, vale la pena menzionare la tensione di rete per il blocco di ventilazione. Si consiglia di utilizzare una rete a 380 V, che garantirà un funzionamento affidabile dell'impianto di qualsiasi potenza.

Specifiche per l'installazione della ventilazione meccanica

Con l'installazione di un'unità di ventilazione a immissione, un artigiano domestico, senza dubbio, potrebbe farcela senza l'aiuto di operai.

Tuttavia, va ricordato che i lavori vengono eseguiti in altezza, pericolosa per un esecutore inesperto. Pertanto, è meglio coinvolgere chi ha esperienza, strumenti e dispositivi di sicurezza per eseguire le seguenti fasi:

Al termine delle manipolazioni non semplici per il montaggio dell'unità di immissione stessa, non resterà che collegarla alle utenze.

Esaminiamo più in dettaglio questo processo con l'aiuto della seguente serie di foto.

Le informazioni sulla sequenza di montaggio degli impianti di ventilazione forzata aiutano a evitare molti errori grossolani commessi dagli installatori inesperti.

Caratteristiche della realizzazione della ventilazione naturale a doppio flusso

Nello sviluppo di una ventilazione naturale di qualità, la maggior parte degli specialisti osserva una sorta di “regolamento” dei lavori di progettazione e installazione.

Queste regole aiutano a creare soluzioni veramente efficienti ed economiche anche per le disposizioni più atipiche di stanze e locali di servizio in una casa privata e in un appartamento con più camere di un condominio.

Durante la progettazione della ventilazione, bisogna cercare di creare un flusso d'aria naturale dalle stanze da letto attraverso i corridoi verso il bagno e la cucina.

I corridoi in questo caso fungono da spazi di passaggio. Pertanto, il blocco di ventilazione principale del sistema deve essere posizionato al centro della casa, nella parte superiore dei corridoi o dei locali di servizio.

Ad esempio, il modulo di ventilazione per una casa privata a 2 piani può essere posizionato al primo piano in cima al locale di servizio o al corridoio principale. Per una casa a 1 piano, come opzione, nella parte inferiore della soffitta.

Nell'installare la tubatura principale, bisogna ricordare che l'aria di mandata deve andare nelle stanze abitative, mentre l'aria di estrazione deve uscire attraverso le cucine e i locali di servizio.

Pertanto, i diffusori di mandata sono posizionati al confine ideale “ambiente-interno”, mentre le griglie di estrazione in cucina, bagno, dispensa, toilette.

Il diffusore combina due funzioni: distribuzione uniforme dell'aria fresca e rimozione dell'aria già utilizzata. Possono avere forme molto diverse. Sono realizzati in lamiera sottile e plastica.

Esistono osservazioni riguardo all'altezza di posizionamento delle aperture di ingresso e uscita dell'aria. L'uscita del sistema di ventilazione deve essere posizionata al di sopra del livello del tetto dell'edificio.

Questo proteggerà il sistema di ventilazione dal rientro dell'aria appena espulsa attraverso le aperture di estrazione.

L'aspirazione dell'aria fresca deve essere effettuata ad un'altezza di almeno 2 metri dal suolo.

Perché piccole particelle abrasive e polvere possono essere sollevate dalle correnti di vento ad un'altezza superiore a 1 metro e penetrare nei diffusori di mandata, intasando rapidamente i filtri di pretrattamento.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Nel video vengono illustrate e mostrate le caratteristiche di progettazione e installazione del sistema di ventilazione in una casa privata:

Un altro esempio illustrativo di una soluzione già pronta per la ventilazione di una casa privata in legno a 1 piano:

Riassumendo le informazioni sopra esposte, osserviamo che il sistema di ventilazione forzata non è complesso da progettare, è accessibile per l'acquisto e l'installazione.

La ventilazione, insieme al sistema di riscaldamento, consente di organizzare un equilibrio tra aria fresca e aria calda nell'ambiente.

Si è occupato dell'allestimento della ventilazione nella casa di campagna? O conosce i segreti della progettazione e dell'installazione di un sistema di ventilazione in un appartamento? Condivida, per favore, la sua esperienza – lasci i suoi commenti a questo articolo.