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I ricambi d’aria nel civile, nel terziario e nell’industriale

di: Giovanni Bellato fonte: 'Il Giornale dell'Installatore Elettrico'
04.01.2009

L’uomo inquina l’aria dei locali in cui vive con la respirazione, con la traspirazione, con attività domestiche quali la cottura dei cibi e con attività lavorative che producono sostanze tossiche, ad esempio in bagni galvanici o impianti di verniciatura in impianti di saldatura elettronica.
Gli aspiratori ricambiano l’aria in modo graduale evitando l’ingresso di agenti atmosferici e - nel caso di aria stagnante in locali senza sfoghi quali cantina, box, bagni ciechi - costituiscono l’unico mezzo di aerazione.
Le abitazioni a basso consumo di energia, in particolare energia per il riscaldamento, si sono affermate alla fine del secondo millennio, grazie alla coibentazione spinta di muri perimetrali e infissi ma anche grazie ad aspiratori che sono attivati automaticamente solo quando un sensore di CO2 rileva eccessiva concentrazione; l’aspiratore fa uscire l’aria viziata attraverso uno scambiatore aria/aria che riscalda altrettanta aria fresca richiamata dall’esterno. L’aria proveniente dall’esterno non è inquinata da anidride carbonica; necessita tuttavia di essere filtrata per rimuovere polveri sottili e pollini.
In tabella 1 sono correlati i più comuni locali o attività, raggruppati per destinazione/uso e i relativi ricambi/ora richiesti.
(Vedi Tab.1)

In Italia, a partire dal 2005, è vietato il fumo in tutti i locali pubblici, compresi bar e ristoranti; in questi ultimi, tuttavia, potranno essere previste sale fumatori a condizione che vi sia un adeguato ricambio d’aria.
Il problema del ricambio d’aria in questi locali può coinvolgere un numero importante di esercizi; si calcolano infatti 30.000 alberghi, 70.000 ristoranti, 270.000 bar e oltre alla necessità della corretta progettazione c’è quella dell’installazione e, poi, manutenzione.
In cucine e bagni ciechi si deve prevedere un’aspirazione efficiente che non serva per compiacere capitolati, leggi in vigore o abitudini e non faccia solo rumore; a proposito di quest’ultimo punto si vedrà infatti come non sempre sia sufficiente installare un dispositivo d’aspirazione per ottenere l’effetto desiderato e si citano, ad esempio:
  • cappe che fanno percorre l’aria attraverso carboni attivi (privi d’espulsione di vapori e odori all’esterno);
  • ventilatori elicoidali - riconoscibili, rimuovendo l’eventuale filtro frontale, dalle pale simili alle eliche di un aeroplano - con espulsione attraverso un condotto più lungo di mezzo metro.
Durante la preparazione dei cibi, temperatura e pressione aumentano spingendo l’aria, e con essa gli odori, a defluire dalla cucina ai locali confinanti. Se non si vuole che gli odori si spandano per la casa, oltre a chiudere la porta della cucina si dovrà attivare l’aspiratore; la porta avrà una griglia o non sarà in battuta sul pavimento per consentire il richiamo d’aria dai locali confinanti, al fine di non mettere in depressione la cucina e non rendere inefficiente il ventilatore.

Una cappa che, mediante canalizzazione, porti vapori e odori all’esterno, costituisce soluzione efficiente ed è oggi di facile installazione grazie a condotti piatti (figura 1 a) che si mascherano bene installati sopra o sotto i pensili, ventilatori centrifughi inseribili in tubo che si occultano entro i mobiletti delle cucine (figura 1 b), ventilatori adatti all’installazione all’esterno (figura 1 c). La verifica dell’efficienza di un sistema di estrazione d’aria deve essere effettuata nelle condizioni di esercizio, ad esempio a porta chiusa e durante la cottura, e si può misurare verificando che il fumo prodotto da un foglio di giornale umido che brucia venga richiamato dal ventilatore. Se quanto consigliato non è applicabile o fornisce scarsi risultati, rimane il placebo della candela mangiafumo o dei bastoncini aromatici di sandalo, incenso, che non sono in grado di togliere gli odori ma almeno di mascherarli.

La scelta dell’aspiratore
In tabella 2 e figura 2 sono riportate definizioni e grandezze caratteristiche di diverse tipologie di ventilatori.

Per il corretto dimensionamento è necessario conoscere:
  • volume del locale che si esprime quale prodotto di lunghezza, larghezza ed altezza (m3);
  • numero di ricambi dell’aria necessaria in un’ora (tabella 1);
  • tipo di condotto - asperità della superficie interna - destinato alla canalizzazione dell’aria, lunghezza, curve, gomiti, strozzature al fine di non sottodimensionare l’apparecchio, rendendo l’impianto inefficiente, né sovradimensionarlo, al fine di contenere rumorosità, consumo di energia e correnti d’aria.
Il volume del locale moltiplicato per il numero di ricambi per ora fornisce la portata oraria.
È comunque preferibile un piccolo sovradimensionamento che può essere compensato dall’uso di regolatori di velocità, che sono poi necessari per il giusto benessere ad esempio in camera da letto o in cucina; in quest’ultima sono necessari elevati ricambi ora solo durante il compimento di attività con elevata produzione di fumi/vapori, ad esempio la frittura.
Per illustrare la scelta dell’aspiratore vengono riportati 3 casi che rappresentano le situazioni più comuni. Il primo, il più semplice, scarico diretto a muro, non richiede il calcolo della prevalenza, necessaria invece nei casi successivi che vengono studiati con l’uso dell’abaco di figura 2.

Caso 1: scarico diretto all’esterno
Una cucina domestica di 3 x 2 x 3 m ha un volume di 18 m3. I ricambi/ora necessari, vedi tabella 1, pari a 15/h, da cui la portata necessaria risulta 18 m3 x 15 ricambi/h = 270 m3/h e l’aspiratore necessario verrà scelto tra gli aspiratori a vetro o a muro di tabella 3.

Caso 2: scarico tramite tubazione di 100 mm di diametro, lunga 15 m
Una cucina domestica con dimensioni 2,2 x 2 x 3 m ha un volume pari a 13,2 m3 e, per 15 ricambi /h, richiede una portata di 200 m3/h. In presenza di un lungo condotto ci si indirizza su un aspiratore centrifugo con portata di poco superiore a 200 m3/h. L’abaco di figura 2 fornisce i dati di resistenza per metro di condotto in funzione della sezione del tubo di scarico e della portata necessaria:
  •  si individua la diagonale che riporta il diametro di condotto espresso in mm2 (in questo caso 100 mm2);
  • si incrocia la retta orizzontale partendo dal valore di portata richiesta (200 m3/h);
  • al punto di incrocio corrisponde un segmento inclinato che rappresenta la velocità dell’aria (7 m/s);
tracciando da tale punto una verticale si individua sul’asse delle ascisse il valore della resistenza espresso in mm di H2O per metro di condotto: 0,8 mm H2O/m. Si calcola la perdita di carico totale della tubazione 0,8 x 15 = 12 mm H2O.
L’aspiratore prescelto deve possedere, alla portata richiesta, una pressione statica di poco superiore alla perdita di carico della tubazione.

Caso 3: scarico tramite tubazione di 100 mm di diametro, lunga 15 m, con gomito alla partenza e attriti
L’esempio è lo stesso trattato al caso 2 - cucina domestica con dimensioni 2,2 x 2 x 3 m volume pari a 13,2 m3, ricambi 15/h, portata necessaria 200 m3/h - ma con perdita di carico della parte diritta della tubazione 0,8 x 15 = 12 mm H2O. La perdita di carico addizionale, dovuta al gomito, dipendente dalla velocità dell’aria che si ricava da figura 2. Al punto d’incrocio tra retta orizzontale, corrispondente alla portata, e segmento inclinato, corrispondente al diametro del condotto, si trova il segmento inclinato cui corrisponde la velocità dell’aria che, nel caso specifico, è pari a 7,5 m/s. In tabella 4 vengono riportate le perdite di carico per curve e gomiti, in funzione della velocità dell’aria. Poiché in un gomito, alla velocità di 7 m/s si ha una perdita di carico di 4 mm di H2O, la perdita totale di carico è pari a 12 + 4 = 16 mm di H2O.
(Vedi Tab 4)

Si dovrà quindi scegliere un aspiratore centrifugo che, alla portata di 200 m3/h, possieda una pressione statica superiore a 16 mm di H2O. Qualora il condotto possieda una superficie corrugata, si applicano i coefficienti moltiplicatori della tabella 5.
Nel caso in esame, in presenza di un condotto in legno, il cui coefficiente è pari a 1,5, la perdita di carico diventa: 16,7 mm di H2O x 1,5 = 25 mm H2O.
(Vedi Tab 5)

Installazione e manutenzione
Il sistema d’aspirazione per estrazione è il più utilizzato in virtù della sua semplicità. L’aria inquinata è convogliata direttamente all’esterno per mezzo di uno o più aspiratori mentre l’aria di ricambio entra nel locale attraverso le fessure di porte e finestre e, quando indispensabile, da apposite prese d’aria protette da griglie. Si raccomandano queste ultime quando il locale sia a “tenuta d’aria” e si installino potenti aspiratori. Per impedire che l’aria entrante diventi subito quella che esce è opportuno che porte o finestre, spesso aperte specie nei bar, e prese d’entrata aria, siano poste il più lontano possibile dall’aspiratore.
Nel ricambio d’aria per pressione, invece, l’aspiratore immette aria nuova nel locale prelevandola dall’esterno e creando all’interno una pressione superiore, ovvero il volume d’aria in entrata dovrà essere maggiore del 15% di quello in uscita, in modo che nell’ambiente si crei la necessaria sovrappressione capace di far defluire l’aria inquinata dalle aperture previste, come nel caso dell’automobile. Questa tecnica, che prevede la fuoriuscita dell’aria inquinata verso l’esterno e non verso locali adiacenti, non crea correnti d’aria.

Il ricambio per sovrappressione assicura la migliore aerazione perché l’immissione e l’espulsione non lasciano sacche d’aria.
Qualora nell’ambiente sia presente un apparecchio utilizzatore di combustibile, solido, liquido o gas, quali ad esempio stufa, scaldabagno, caldaia (ad eccezione di quelle a flusso bilanciato e cioè stagne rispetto all’ambiente stesso), è indispensabile assicurare un adeguato ingresso d’aria sia per il corretto funzionamento dell’apparecchio sia per compensare l’aria estratta dal ventilatore.
In caso di aspiratore da condotto, l’aria aspirata non deve essere immessa in condotti adibiti all’evacuazione di aria calda quale ad esempio lo scarico della combustione di scalda acqua a gas.

Negli aspiratori è opportuno prevedere una o due griglie di protezione da tenere chiuse quando l’apparecchio non è in funzione:
• una interna a funzionamento manuale;
• una esterna a funzionamento automatico, abitualmente di tipo gravitazionale, che protegge da agenti atmosferici i meccanismi ed i circuiti dell’apparecchio ed evita scambi d’aria quando non sia prevista la griglia interna.
La manutenzione consiste nella pulizia periodica delle pale e di tutte quelle parti a contatto con il flusso d’aria creato dall’aspiratore. L’aria inquinata deposita sulle pale grasso e polvere che creano sbilanciamento e rendono meno efficace il motore. La pulizia consiste nell’asportare, con spugna umida, non bagnata, e sapone il grasso, dopo avere sezionato elettricamente l’apparecchio, facendo attenzione a non bagnare le parti elettriche dell’aspiratore.

Gli agitatori d’aria
I ventilatori da soffitto, detti anche agitatori d’aria, procurano - d’estate - benessere favorendo l’evaporazione dell’umidità del corpo umano (sudorazione), mentre d’inverno consentono una riduzione dei costi di riscaldamento poiché spingono l’aria calda dall’alto verso il basso, uniformando la temperatura dell’ambiente. I vantaggi sono notevoli specie in presenza di installazioni industriali e nei locali caratterizzati da notevole distanza tra pavimento e soffitto.
Il movimento d’aria degli agitatori ha la forma di campana che, all’aumentare della distanza di posizionamento degli agitatori dal pavimento, aumenta l’area interessata e diminuisce il numero di ventilatori necessari.
In ambiente domestico si privilegia l’installazione in camere da letto, soggiorno, cucina e studio dove, essendo l’altezza del soffitto, salvo eccezioni, non superiore a 3 m, sarà sufficiente un agitatore per ogni vano, generalmente fatto ruotare alla minima velocità per non creare eccessive correnti d’aria.

In grandi superfici, ambienti industriali e del terziario, caratterizzati da distanze pavimento-soffitto importanti, ben superiori ai 3 m degli edifici civili, il numero di agitatori da installare è direttamente proporzionale alla superficie ed inversamente alla distanza dalle pale al pavimento. In questi ambienti, il numero di agitatori dipende da:
• potenza assorbita, generalmente da 55 a 80 W;
• diametro delle pale, da 900 a 1600 mm;
• conformazione del locale e delle pareti;
• presenza di mobili d’arredamento e d’aperture verso l’esterno.
È in questi casi che l’agitatore viene fatto ruotare alle velocità massima per migliorarne l’efficacia.

Scarica le Figure in PDF e le tabelle in WORD negli allegati

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