Il corretto rinnovo dell'aria negli ambienti chiusi è determinante per mantenere elevata qualità e salubrità. La spontanea esigenza di aprire le finestre non è altro che la manifestazione di questo aspetto. I sistemi di ventilazione meccanica controllata sono pensati per far fronte a questa necessità apportando ulteriori benefici e vantaggi. Vediamo di seguito quali sono gli aspetti principali del loro funzionamento, oltre alla presentazione delle tipologie più diffuse.
RISPARMIO ENERGETICO
Rinnovare l'aria significa espellere quella esausta dagli ambienti e sostituirla con aria fresca e salubre. Questa operazione può essere realizzata in maniera intelligente, sfruttando il calore contenuto nell'aria espulsa e cedendolo a quella di rinnovo. È questo il principio di funzionamento principale dei sistemi VMC, che ne determina un alto potenziale di risparmio energetico ottenibile attraverso il recupero del calore. Vedremo meglio e più in dettaglio come questo avviene fisicamente grazie ad opportuni componenti.
Per una migliore comprensione, è possibile fare un confronto tra ciò che avviene con ricambi d'aria tramite ventilazione naturale (senza alcun recupero di calore) e sistemi VMC.
La fascia verde in figura 9 indica l'intervallo di temperatura di comfort per l'occupante, compreso tra i 20 °C e i 26 °C. Se la temperatura media dell'aria interna è fuori da questo range è necessaria un'integrazione energetica da parte dell'impianto di riscaldamento o di raffrescamento per riportare l'aria ambiente all'interno della fascia di comfort.
Nel caso della ventilazione naturale, l'aria che viene rinnovata risulta essere alla stessa temperatura dell'aria esterna e dovrà essere riscaldata (o raffrescata) per rientrare nelle condizioni ideali di comfort. La quota parte di energia da integrare sarà a carico dell'impianto di climatizzazione e direttamente proporzionale alla differenza tra la temperatura di comfort e quella esterna.
La VMC, il sistema è in grado di recuperare la maggior parte del calore dall'aria di ripresa (quella estratta dall'ambiente), grazie alla sua elevata efficienza. Il recupero termico fa sì che la temperatura dell'aria di rinnovo sia quindi sensibilmente prossima alle condizioni ideali di comfort. L'energia da integrare sarà, quindi, molto inferiore rispetto alla semplice ventilazione naturale.
RECUPERO DEL CALORE
Il vantaggio più significativo dei sistemi VMC moderni è la capacità di recupero termico. Con l'ausilio di uno scambiatore, viene recuperato il calore contenuto nell'aria di ripresa dagli ambienti prima della sua espulsione, preriscaldando l'aria immessa nella stagione invernale o preraffrescandola nella stagione estiva.
Tipologie di recuperatori
I recuperatori di calore più diffusi e utilizzati tra i sistemi VMC sono quelli di tipo a flussi incrociati e in controcorrente.
La differenza principale tra le due tipologie è determinata dalla direzione dei flussi che li attraversano, aspetto che ne influenza l'efficienza di scambio termico e di conseguenza la forma e le dimensioni. In particolare, nei recuperatori a flussi incrociati i due flussi d'aria che scambiano calore hanno direzione perpendicolare tra di loro. Invece, nel caso di recuperatori in controcorrente, i flussi d'aria si trovano ad avere direzioni opposte e parallele per gran parte del loro percorso: questo espediente determina un miglioramento generale della loro efficienza, oltre ad ingombri più ridotti a parità di prestazione. Per questa ragione sono di norma i più diffusi in applicazioni residenziali.
Generalmente, entrambe le tipologie di scambiatori sono costituite dalla composizione di diverse piastre, che, una volta sovrapposte, creano dei canali di passaggio distinti per i due flussi d'aria, grazie alla loro particolare forma (fig. 10).
Una terza tipologia, meno diffusa delle precedenti in applicazioni residenziali, è il recuperatore di tipo rotativo. È costituito da numerosi canali che formano un cilindro permeabile al passaggio dell'aria, il quale viene mantenuto in moto rotativo costante attorno al proprio asse. Durante la prima metà della rotazione, il recuperatore viene attraversato dall'aria a temperatura più alta, in modo che questa possa cedere il proprio calore; durante la seconda metà della rotazione, il recuperatore viene attraversato in direzione opposta dal flusso a temperatura più bassa, il quale assorbe l'energia accumulata. Rispetto alle altre tipologie, gli scambiatori rotativi sono più costosi per la loro maggiore complessità, ma possono adattare la loro efficienza variando la velocità di rotazione. Uno degli inconvenienti è la contaminazione tra i due flussi, in quanto una piccola percentuale d'aria durante la rotazione passa inevitabilmente nel flusso opposto.
Efficienza di recupero
L'efficienza di recupero può essere espressa come il rapporto tra il calore recuperato rispetto a quello massimo recuperabile.
A seconda delle condizioni di funzionamento e della tipologia di recuperatore utilizzato, si possono raggiungere valori di efficienza molto elevati, anche attorno al 90 %.
In condizioni di identica portata immessa ed estratta, l'efficienza di recupero dipende solo dalle temperature e viene definita secondo la formula 1.
FILTRAZIONE DELL'ARIA
Tutte le unità VMC sono equipaggiate di un sistema di filtrazione dell'aria esterna e di ripresa dall'ambiente.
Generalmente, gli elementi filtranti per l'aria esterna sono costituiti da un prefiltro e da un filtro più fine. I prefiltri, le cui maglie sono meno fitte, hanno lo scopo di trattenere particelle più macroscopiche (insetti, pollini, etc.) mentre i filtri con passaggi più fini consentono di trattenere quelle con diametri anche molto ridotti, quali polveri sottili e particolato. I filtri di ripresa dell'aria ambiente, invece, sono in genere poco selettivi in quanto devono solamente proteggere lo scambiatore di calore dalla polvere presente in casa.
Classificazione dei filtri
I filtri vengono classificati secondo la loro efficienza di filtrazione. Fino a giugno 2018, ci si riferiva alla UNI EN 779:2012, che classificava i filtri in base all'efficienza di cattura delle particelle con diametro < 0,4 μm (tabella 3). Successivamente è entrata in vigore la normativa UNI EN ISO 16890:2017, che definisce le classi di filtrazione dei filtri utilizzati nei comuni sistemi di ventilazione in base all'efficienza di cattura in riferimento alla grandezza del particolato PM (tabella 4).
La pulizia dei filtri rappresenta l'operazione principale nella manutenzione delle unità VMC. Si tratta di un intervento molto semplice, ma da svolgere con cura e con una certa frequenza. Un filtro intasato rappresenta in primo luogo un notevole dispendio energetico per i ventilatori, in quanto devono contrastare una elevata perdita di carico, e in secondo luogo un rischio per gli occupanti. Un filtro sporco, infatti, potrebbe fungere da terreno fertile per la proliferazione di batteri e virus.