AiCARR Journal #66 - Progettazione e salute | Ventilazione

#66 Organo Ufficiale AiCARR

ISSN:2038-2723

LA RIVISTA PER I PROFESSIONISTI DEGLI IMPIANTI HVAC&R

ANNO12 - FEBBRAIO 2021

NORMATIVA SUPERBONUS 110%, NOVITÀ DI INIZIO ANNO TAVOLA ROTONDA IL FUTURO DELLA CLIMATIZZAZIONE POSTPANDEMIA COVID-19 IMPIANTI HVAC, DOBBIAMO RIPENSARE LA PROGETTAZIONE? LE NECESSITÀ IMPIANTISTICHE PER GLI EDIFICI DEL FUTURO DOMANDE&RISPOSTE VENTILAZIONE MECCANICA E PROGETTAZIONE

ORIGINAL ARTICLES

SENSITIVITY ANALYSIS OF BASE PROCESSES AND EQUIPMENT IN HVAC PLANTS USING LOW AND MEDIUM TEMPERATURE HEAT SOURCES PART 1 ANALISI DI SENSITIVITA’ DEI PROCESSI DI BASE E APPARECCHIATURE PER LA CLIMATIZZAZIONE CHE UTILIZZANO CALORE A MEDIA E BASSA TEMPERATURA (PARTE 1) COOLING BY THERMALLY ACTIVATED BUILDING SYSTEMS WITH RAISED FLOOR SUPPLY AIR SYSTEMS: A SIMULATION BASED ANALYSIS ANALISI MEDIANTE MODELLI DINAMICI DELLA PRESTAZIONE DI SISTEMI DI RAFFRESCAMENTO MEDIANTE SOLAI TERMOATTIVI E DISTRIBUZIONE D’ARIA SOTTO PAVIMENTO

PROGETTAZIONE E SALUTE VENTILAZIONE

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Periodico Organo ufficiale AiCARR

EDITORS IN CHIEF Francis Allard (France) Filippo Busato (Italy) HONORARY EDITOR Bjarne Olesen (Denmark) ASSOCIATE EDITORS Karel Kabele (Czech Republic) Valentina Serra (Italy) SCIENTIFIC COMMITTEE Ciro Aprea (Italy) William Bahnfleth (USA) Marco Beccali (Italy) Umberto Berardi (Italy) Anna Bogdan (Poland) Alberto Cavallini (Italy) Iolanda Colda (Romania) Stefano Corgnati (Italy) Annunziata D’Orazio (Italy) Filippo de’ Rossi (Italy) Livio de Santoli (Italy) Marco Dell’Isola (Italy) Giorgio Ficco (Italy) Marco Filippi (Italy) Manuel C. Gameiro da Silva (Portugal) Cesare M. Joppolo (Italy) Dimitri Kaliakatsos (Italy) Essam Khalil (Egypt) Jarek Kurnitski (Latvia) Renato M. Lazzarin (Italy) Catalin Lungu (Romania) Anna Magrini (Italy) Zoltán Magyar (Hungary) Rita M.A. Mastrullo (Italy) Livio Mazzarella (Italy) Arsen Melikov (Denmark) Gino Moncalda Lo Giudice (Italy) Boris Palella (Italy) Federico Pedranzini (Italy) Fabio Polonara (Italy) Piercarlo Romagnoni (Italy) Francesco Ruggiero (Italy) Luigi Schibuola (Italy) Giovanni Semprini (Italy) Jorn Toftum (Denmark) Timothy Wentz (USA) Claudio Zilio (Italy)

DIRETTORE RESPONSABILE ED EDITORIALE Marco Zani MANAGEMENT BOARD Filippo Busato Paolo Cervio Luca Piterà Erika Seghetti Marco Zani EDITORIAL BOARD Carmine Casale, Paolo Cervio, Pino Miolli, Marco Noro, Luca Alberto Piterà, Gabriele Raffaellini, Valentina Serra, Luigi Schibuola, Claudio Zilio COORDINAMENTO EDITORIALE Erika Seghetti redazione.aicarrjournal@quine.it ART DIRECTOR Marco Nigris GRAFICA E IMPAGINAZIONE Fuori Orario - MN Hanno collaborato a questo numero: Adileno Boeche, Roberto Cereda, Michele De Carli, Antonino Di Bella, Natale Foresti, Giulia Lombardo, Marco Carlo Masoero, Marco Noro, Federico Pedranzini, Luca Alberto Piterà, Valentina Raisa, Antonio Sindoni, Angelo Zarrella, Roberto Zecchin Pubblicità Quine Srl Via G. Spadolini, 7 – 20141 Milano – Italy Tel. +39 02 864105 – Fax +39 02 70057190 dircom@quine.it Responsabile della Produzione Paolo Ficicchia Traffico, Abbonamenti, Diffusione Rosaria Maiocchi Editore: Quine srl – www.quine.it – traffico@quine.it Presidente Giorgio Albonetti Amministratore Delegato Marco Zani Direzione, Redazione e Amministrazione Via G. Spadolini, 7 – 20141 Milano – Italy Tel. +39 02 864105 – Fax +39 02 70057190 e-mail: redazione.aicarrjournal@quine.it Servizio abbonamenti Quine srl, Via G. Spadolini, 7 – 20141 Milano – Italy Tel. +39 02 864105 – Fax +39 02 70057190 e-mail: abbonamenti@quine.it Gli abbonamenti decorrono dal primo fascicolo raggiungibile.

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AiCARR journal è una testata di proprietà di AiCARR – Associazione Italiana Condizionamento dell’Aria, Riscaldamento e Refrigerazione Via Melchiorre Gioia 168 – 20125 Milano Tel. +39 02 67479270 – Fax. +39 02 67479262 www.aicarr.org Gli articoli presenti all’interno di AiCARR Journal sono il risultato di una libera e personale interpretazione dei relativi autori. In nessun caso le idee espresse dall’autore possono essere considerate come parere di AiCARR. Nel caso in cui qualche diritto di autore sia stato involontariamente leso, si prega di contattare l’autore dell’articolo, al fine di risolvere ogni possibile conflitto.

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DOI: 10.36164/AiCARRJ.66.01.01

IL RISPETTO DEI RUOLI

Respect others’ roles

In un periodo in cui questa pandemia sembra non dar tregua, con le ondate che si susseguono ritmate, ci sono altre ondate che nel mondo del condizionamento dell’aria sembrano non avere mai fine, sono le ondate di affermazioni infondate sul tema della ventilazione.

un concetto sfumato, che il comfort si misura e che esiste il rischio da corrente d’aria, che vi sono pesanti implicazioni energetiche legate al ricambio dell’aria negli ambienti, che l’efficienza energetica influisce fortemente anche sulla salute del pianeta che ci ospita ecc…

Mentre in Germania si stanno programmando investimenti per la ventilazione nelle scuole, studiando moduli sostitutivi di alcune finestre nelle aule e dotate di ventilatori, mentre il prof Drosten (il virologo di riferimento per l’emergenza Covid) continua a sottolineare nelle sue interviste l’enorme pericolo che si corre nel sottovalutare il rischio di contagio negli ambienti confinati, in Italia su molte testate è circolato un messaggio del Presidente della Federazione Italiana Medici Pediatri che si potrebbe riassumere con “non è necessario installare impianti di ventilazione nelle scuole, è sufficiente aprire le finestre”.

Senza voler entrare nel dettaglio di quali possano essere stati i fondamenti tecnici di questa affermazione, quello che stupisce è la totale assenza di reazione dei media. Proviamo per un attimo ad immaginare quali scenari potrebbero instaurarsi, o quali reazioni, se un importante ingegnere impiantista con qualche ruolo istituzionale affermasse “per il Covid il vaccino non serve, è sufficiente un’alimentazione sana”. Questo scenario non si verificherà mai (spero), forse anche perché i tecnici sono poco avvezzi agli slogan e alla semplificazione. E i tecnici potrebbero anche proporsi di spiegare ai medici che la questione è un tantino più complessa, che non si tratta soltanto di immettere ed estrarre aria, che è necessario distribuire l’aria, che l’efficienza di ventilazione è un numero e non

Quindi, perché le prime pagine dei giornali sbandierano titoli che ridicolizzano la scienza e la tecnica impiantistica, dando voce a chi non solo non conosce i fondamenti della fisica tecnica e dell’impiantistica, ma anche evidentemente ignora le leggi di base (D.M. //), le norme tecniche e le regole di progettazione?

La risposta è semplice, temo: perché abbiamo paura, e vogliamo risposte semplici, vogliamo essere rassicurati sul fatto che i nostri ragazzi a scuola siano al sicuro, perché ci affascina il concetto di “rischio zero”, perché ci dà fastidio il fatto che ad una domanda si risponda non con certezze e in maniera rapida, ma con ipotesi o con altre domande, o con scenari e probabilità. E c’è un aspetto ulteriore, che fin qui ho voluto tenere nell’ombra; temo che nella società odierna ci sia sempre meno rispetto per la cultura tecnica, per il ruolo dei tecnici.

AiCARR si batte anche per questo, non solo per cercare di dare risposte, ma per aiutare a formulare le domande giuste, risolvere i problemi corretti (“un problema ben posto è per metà risolto”), per condividere le incertezze e confrontarsi.

AiCARR crede nel rispetto dei ruoli, e nella centralità del mondo del condizionamento dell’aria e delle sue tecnologie per costruire e gestire ambienti indoor sani, sicuri, confortevoli ed efficienti.

Filippo Busato, Presidente AiCARR

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#66

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NORMATIVA Superbonus 110%, novità di inizio anno

La Legge di Bilancio 2021 ha introdotto importanti novità al meccanismo del Superbonus. Vediamo quali sono le principali L.A. Piterà

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#66 AiCARR Informa 62

TAVOLA ROTONDA Il futuro della climatizzazione: come coniugare salute, comfort ed efficienza energetica?

Gli impianti HVAC sono stati i grandi accusati in questo periodo pandemico. Come cambierà la progettazione impiantistica e quali prospettive si stanno delineando?

A cura di Erika Seghetti

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COVID-19 Riflessioni sulle necessità impiantistiche per gli edifici del futuro L’adozione di adeguate configurazioni impiantistiche, l’uso di nuove tecnologie e di sistemi di controllo sono soltanto alcuni degli strumenti a disposizione per migliorare la salubrità dell’ambiente interno in condizioni di emergenza e non solo A. Boeche, R. Zecchin

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PROGETTAZIONE Impianti HVAC e SARS-CoV-2, dobbiamo ripensare la progettazione?

L’avvento della pandemia dovrebbe spingere il progettista a ripensare una serie di temi mai affrontati e altri trascurati. Vediamo quali F. Pedranzini

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ORIGINAL ARTICLES Sensitivity analysis of base processes and equipment in HVAC plants using low and medium temperature heat sources (Part 1) Analisi di sensitività dei processi di base e apparecchiature per la climatizzazione che utilizzano calore a media e bassa temperatura (Prima parte) Marco Noro

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Cooling by thermally activated building systems with raised floor supply air systems: a simulation based analysis Analisi mediante modelli dinamici della prestazione di sistemi di raffrescamento mediante solai termoattivi e distribuzione d’aria sotto pavimento Michele De Carli, Angelo Zarrella, Antonino Di Bella, Giulia Lombardo, Roberto Zecchin

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DOMANDE&RISPOSTE Ventilazione meccanica in edilizia: le domande più frequenti dei progettisti Dalle normative tecniche da conoscere, agli errori progettuali da evitare fino alle tipologie degli impianti installabili V. Raisa

Novità Prodotti UNITÀ CON COMPRESSORI VITE FX2 La linea di prodotto FX2 di Mitsubishi Electric costituisce una nuova generazione di refrigeratori di liquido con sorgente aria e compressori vite ottimizzati per diverse tipologie di refrigerante, da quelli tradizionalmente utilizzati nel mondo del condizionamento (R134A) ai refrigeranti del futuro (R1234ze) che superano brillantemente anche l’ultimo Step del phasedown dettato dalla direttiva F-gas. Grazie a una progettazione accurata, le unità FX2 garantiscono una maggiore efficienza e allo stesso tempo maggiore silenziosità e degli ingombri ridotti, per non dovere scendere a compromessi in fase di scelta. L’intera gamma è disponibile in configurazione due o tre compressori su più circuiti frigoriferi. Tutte le unità sono certificate Eurovent e raggiungono e superano ampiamente i limiti minimi di efficienza stagionale imposti dalla direttiva EcoDesign a partire dal 2021 (Erp 2021).

Con una vasta gamma di versioni e accessori, le unità FX2 permettono la massima flessibilità di configurazione in modo da adattarsi perfettamente alle applicazioni alle quali saranno destinate, garantendo inoltre continuità di funzionamento anche alle condizioni operative più esigenti grazie agli estesi limiti operativi.

La linea è stata progettata e realizzata con l’intento di raggiungere livelli di efficienza tra i più elevati sul mercato, con particolare attenzione all’efficienza stagionale (SEER per applicazioni comfort / SEPR per applicazioni process). Tale obiettivo è stato ampiamente centrato arrivando a superare in media del 10% le efficienze che caratterizzavano la gamma precedente, riuscendo allo stesso tempo a ridurre gli ingombri e a contenere le emissioni sonore dell’unità.

La versione base (/K) grazie ai livelli di efficienza migliorati e soprattutto ai ridotti ingombri

CLIMATIZZAZIONE INTELLIGENTE E SOSTENIBILE Daikin Italy annuncia la nuova serie di climatizzatori residenziali Perfera.

Grazie alla combinazione di tecnologie consolidate e al nuovo design, Perfera di Daikin rappresenta la soluzione completa per il riscaldamento, il raffrescamento e la generazione d’aria pulita in casa. Disponibile nei modelli Parete e Pavimento, la nuova serie Perfera di Daikin è facile da installare e il suo funzionamento, quasi impercettibile, la rende una soluzione discreta. Le tecnologie di purificazione dell’aria e di riscaldamento di ultima generazione integrate, oltre alle nuove funzionalità di controllo vocale, offrono i massimi livelli di comfort, prestazioni e connettività, oltre ai livelli di efficienza energetica stagionale migliori della loro classe (fino ad A+++ in modalità riscaldamento e raffrescamento). Inoltre l’inserimento di un deflettore più ampio ha permesso di potenziare il flusso d’aria.

Perfera Parete Caratterizzata da linee ben definite e che incontrano il gusto moderno, la nuova unità Perfera Parete diventa un perfetto oggetto di design in grado di arredare qualsiasi tipo di ambiente interno. Inoltre, rispetto al modello precedente, l’unità interna risulta più compatta (la larghezza è stata ridotta di 30 mm) così da mimetizzarsi più facilmente tra le pareti di casa. Inoltre, Perfera Parete è dotato di un filtro in argento, utile per eliminare gli allergeni come i pollini, assicurando un’erogazione d’aria sempre pulita e costante.

dimensionali e agli estesi limiti operativi rappresenta la soluzione ideale in termini di competitività all’interno della propria fascia di mercato.

La versione premium (/E) con i suoi limiti operativi ancora più estesi e gli elevatissimi livelli di efficienza sia a pieno carico che a carico parziale (dove si colloca quasi ai livelli di unità dotate di compressori inverter), rappresenta una soluzione unica in grado di rispondere alle applicazioni più esigenti. it.mitsubishielectric.com/it/

Perfera Parete di Daikin introduce nuove importanti caratteristiche: • la funzione di direzione dell’aria tridimensionale consente di distribuire l’aria calda e fredda in modo più uniforme, per avere lo stesso comfort in ogni punto della stanza; • il sensore di movimento a due aree di azione dirige l’aria lontano dalle persone e l’unità passa automaticamente alla modalità più efficiente dal punto di vista energetico quando non rileva alcun movimento nel locale; • lo scambiatore di calore e il ventilatore di nuova progettazione garantiscono prestazioni affidabili, un migliore scambio termico e la massima efficienza energetica.

Perfera Pavimento La nuova unità Perfera Pavimento, dotata di Daikin Eye attivabile da telecomando, presenta linee eleganti e moderne che trasmettono qualità, performance e classe. L’ampia area di aspirazione in tre direzioni permette di raggiungere efficienza energetica fino a A+++/A++ e lo SCOP più alto sul mercato: 4,7.

Due nuove funzioni sono attivabili dal telecomando: • Floor Warming, per distribuire aria calda dalla parte inferiore dell’unità verso il pavimento per un riscaldamento confortevole; • Heat Plus, per trasmettere la sensazione di comfort personale simile a quella data da un elemento radiante, come un termosifone.

L’unità può essere installata a filo muro o parzialmente ad incasso per risparmiare spazio. www.daikin.it

VENTILAZIONE MECCANICA CONTROLLATA PER IL RESIDENZIALE Garantire la migliore qualità dell’aria indoor, in tutte le tipologie di abitazione: con questo obiettivo, REHAU aggiorna la sua gamma di sistemi di VMC per il settore residenziale con l’introduzione di una nuova linea per unità abitative di piccole dimensioni e la sostituzione di alcune macchine con modelli dalle performance ancor più elevate. In un momento in cui il tempo trascorso tra le mura domestiche è aumentato e la qualità dell’aria indoor ha assunto un carattere prioritario, i nuovi sistemi REHAU consentono di apportare un costante ricambio d’aria fresca e pulita, risparmiando energia, e riconfermano l’attenzione dell’azienda nell’offerta di soluzioni per ambienti domestici più sani, sicuri e confortevoli.

Da gennaio 2021, le macchine della gamma AIR 130-HV/220-HV e AIR 330-H/470-H lasciano il posto alle nuove e più performanti soluzioni AIR FH e AIR FV, unità di ventilazione a doppio flusso con recupero di calore ad alto rendimento che si distinguono per il montaggio orizzontale o verticale. La nuova serie AIR FH ad alta efficienza si compone di 4 modelli installabili a controsoffitto, con portate d’aria da 140 a 582 m3/h e By-pass totale che consente di sfruttare condizioni climatiche favorevoli esterne all’edificio per il free-cooling o il free-heating automatico. Con le medesime caratteristiche tecniche, la serie AIR FV si compone, invece, di 2 modelli da 130 a 290 m3/h, studiati per un’installazione verticale che consente una riduzione degli ingombri frontali.

Per offrire un montaggio flessibile e veloce, i nuovi sistemi REHAU sono forniti in versione Plug n’ Play con quadro elettrico e controllo pre-cablati a bordo macchina. Il sistema di controllo, in particolare, è disponibile nella nuova versione semplificata CTR S — che consente la selezione di tre livelli di velocità per i ventilatori o il loro arresto, la gestione automatica del By-pass e la notifica all’utente in caso di anomalia o necessità di sostituzione dei filtri — oltre al già noto controllo EVO PH, per una visione intuitiva dello stato di funzionamento della macchina e la regolazione della velocità dei ventilatori, e alla versione predisposta 14.5-20 lt / 24 ore * per l’integrazione in impianti domotici, EVODPH-IP. Il passaggio da un sistema di controllo all’altro è effettuabile in modo semplice e rapido mediante sostituzione del pannello remoto, anche dopo l’installazione.

Le soluzioni REHAU si completano, infine, con la nuova gamma AIR MICRO, composta da due modelli che trovano applicazione in abitazioni con superfici fino a 70-80 m2. Predisposte per l’installazione a soffitto o a pavimento, queste unità di ventilazione residenziale a doppio flusso con recupero di calore ad alto rendimento sono dotate di uno scambiatore di calore controcorrente in PP e ventilatori a pale rovesce, a singola velocità, nel modello AIR MICRO F AC, e a controllo elettronico, in quello AIR MICRO F EC, che consentono di raggiungere rispettivamente una portata massima di 77 m3/h e 115 m3/h, con un consumo di energia elettrica di soli 40 W e 45 W. www.rehau.com/it-it

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Novità Prodotti POMPE DI CALORE ARIA ACQUA MONOBLOCCO INVERTER TRIFASE Con le nuove pompe di calore PBM2-i, Baxi aggiorna la sua offerta di pompe di calore aria-acqua monoblocco di media potenza. Composta da 6 modelli (da 20 a 50 kW in riscaldamento), dal design compatto e dotati di equipaggiamento idraulico completo e compressore inverter ad alto range di modulazione, la nuova linea PBM2-i rappresenta la soluzione ideale per applicazioni commerciali e residenziali con impianto centralizzato e si presta per numerosi contesti installativi.

Tra le caratteristiche di PBM2-i spicca la sua elevatissima efficienza energetica. L’intera gamma, infatti, accede alle detrazioni fiscali e al Conto Termico in quanto tutti i modelli raggiungono la classe di efficienza A+ (A++ per PBM2-i 25) in riscaldamento a bassa temperatura su clima medio e soddisfano i requisiti di efficienza stagionale richiesti per il Conto Termico, l’Ecobonus 65% e il Superbonus 110%.

Non meno importante è l’elevata versatilità: l’ingombro limitato della pompa di calore monoblocco PBM2-i (solo 1160x500 mm di sezione in pianta fino al mod.

25 kW), pur dotata di maggiori superfici di scambio, la rende la scelta ideale per le installazioni residenziali, per la produzione di riscaldamento, raffrescamento e ACS. Sono da rilevare, inoltre, le eccellenti prestazioni acustiche: i ventilatori modulanti, le ampie superfici di scambio e l’isolamento del vano compressori garantiscono una bassa rumorosità adatta a contesti installativi residenziali.

L’ampio campo di modulazione, grazie all’innovativo compressore scroll inverter che permette la costante modulazione della potenza erogata ai carichi parziali, garantisce l’aumento dell’efficienza stagionale sia in modalità riscaldamento che raffreddamento, mentre l’ampio campo di funzionamento consente prestazioni ottimali con aria esterna fino a -15 °C in riscaldamento e fino a 46 °C in raffrescamento.

La gestione del sistema ACS prevede la produzione di acqua calda sanitaria fino a 60 °C e fino a 42 °C aria esterna. La gestione del bollitore è garantita mediante controllo della temperatura o input da termostato, e la gestione della valvola a 3 vie. Infine, particolarmente utile è la funzione di sbrinamento intelligente grazie al monitoraggio simultaneo della temperatura ambiente, temperatura refrigerante, temperatura acqua prodotta e regime di funzionamento.

Completo di protezione termica interna, resistenza carter, spia per il controllo dell’olio, gommini antivibranti per ridurre le vibrazioni, il compressore scroll DC inverter regola la potenza erogata mediante inverter in funzione del carico termico dell’impianto, della pressione di condensazione e della temperatura dell’aria esterna. Il sistema di controllo, grazie alla tecnologia inverter, monitora e adatta continuamente la performance del compressore e dei ventilatori al fine di garantire le migliori condizioni di funzionamento per l’unità. Grazie alla logica inverter, le unità sono in grado di funzionare con ridotto contenuto d’acqua nell’impianto. Lo scambiatore acqua-refrigerante è dotato di piastre saldobrasate in acciaio AISI 316 con isolamento esterno anticondensa in polipropilene espanso e resistenza antigelo per evitare la formazione di ghiaccio nello scambiatore, mentre lo scambiatore ariarefrigerante prevede una batteria alettata in alluminio con trattamento idrofilico per agevolare il deflusso della condensa e tubi in rame espansi meccanicamente con sagomatura interna per aumentare lo scambio termico. La circuitazione, inoltre, è ottimizzata in modo da ridurre la formazione di ghiaccio nella batteria durante il funzionamento in pompa di calore.

Il ventilatore è di tipo assiale, a basso numero di giri e profilo alare speciale, direttamente accoppiato al motore a velocità variabile, ad alta efficienza e installato su boccagli aerodinamici e griglie antinfortunistiche. La continua regolazione della velocità di rotazione consente l’attenuazione del livello sonoro ai carichi parziali e l’estensione del campo di funzionamento. www.baxi.it

REFRIGERATORI CONDENSATI AD ACQUA LOW GWP FullFLOW DX è l’ultima nata in casa Rhoss: una nuova gamma di refrigeratori condensati ad acqua con compressore vite e gas refrigerante R513A. FullFLOW DX è stata progettata con l’obiettivo di superare gli sfidanti limiti in termini di efficienza stagionale estiva (SEER) imposti dalla direttiva Erp a partire dal 2021.

Questa gamma è progettata con gas non infiammabile A1 e a basso GWP (Global Warming Potential) R513A. Una gamma eco-sostenibile in linea con le nuove regolamentazioni sempre più restrittive in termini di limitazione del contenuto di gas ad effetto serra.

Le esigenze di comfort acustico sono assicurate dalla possibilità di dotare le macchine con diverse opzioni insonorizzanti per consentire di ridurre al minimo le emissioni sonore.

La nuova gamma copre una potenza frigorifera da circa 200 a 1450 kW circa, ed è disponibile in 20 taglie: • 5 taglie mono-compressore • 15 taglie bi-compressore / bi-circuito in versione T-Alta efficienza, per garantire allo stesso tempo affidabilità ed efficienza ai carichi parziali.

Alcune delle novità che caratterizzano questi nuovi modelli sono: • Sequenziatore integrato (SIR) con logica di gestione MASTER/SLAVE per la gestione fino a 4 unità uguali in parallelo.

• Recupero totale di calore che consente di recuperare l’energia disponibile in uscita dal compressore senza disperderla nell’ambiente.

• Ulteriori nuovi accessori per rispondere a varie e più esigenti richieste di mercato: Gestione Freecooling e gestione del controllo di condensazione tramite dry-cooler o tramite valvole o pompe modulanti. www.rhoss.com/it/

SCALDACQUA A POMPA DI CALORE ECOFRIENDLY LG Electronics (LG) ha presentato al CES® 2021 il nuovo scaldacqua a pompa di calore con tece la resistenza elettrica - permettono agli utenti di non rimanere mai senza acqua calda annologia Inverter, per un elevato risparmio energetico. Vincitore di un CES Innovation Award, che nei periodi di uso intenso. il nuovo modello è basato sul compressore DUAL Inverter di LG, che riscalda l’acqua veloceLo scaldacqua Inverter a pompa di calore supporta il Wi-Fi e funziona in modo efficace con mente e in modo efficace e, allo stesso tempo, riduce il consumo di energia elettrica e i costi l’app mobile LG ThinQTM, disponibile sia per dispositivi Android che iOS3. Con l’app, gli utendi gestione. Inoltre, questa pompa di calore per la produzione di acqua calda sanitaria intelti possono gestire e monitorare a distanza il sistema, ricevere promemoria per la manutenligente, efficiente e durevole può essere comodamente controllata dall’interno o dall’esterno zione e diagnosticare eventuali problematiche senza dover contattare il servizio clienti, oltre dell’abitazione tramite l’app LG ThinQ™. a monitorare la temperatura dell’acqua in tempo reale ed utilizzare la funzione di programIl compressore DUAL Inverter di LG riscalda l’acqua utilizzando il calore di condensazione gemazione per impostare il tempo e la durata del funzionamento. nerato nel processo di compressione e di ricircolo del refrigerante. Il risultato è uno scaldacqua www.lg.com/it che utilizza fino al 74% di energia in meno su base annua rispetto ad uno scaldacqua elettrico convenzionale.. Il nuovo prodotto sarà disponibile nelle versioni da 200 litri e 270 litri di capacità e sarà caratterizzato da un’elevata efficienza energetica, rispettivamente in clasGF Piping Systems se A+ e A++2.

Oltre a contribuire a tenere sotto controllo i costi di riscaldamento dell’acqua, il compressore e il serHycleen Automation System batoio dell’acqua sono altamente resistenti e coperti da una garanzia GF Piping Systems di 10 anni. L’efficiente sistema di LG utilizza il calore dell’aria per ridurre La qualità dell'acqua diretta da un'unica fonte. ulteriormente il consumo di energia elettrica, mentre le due fonti di Hycleen Automation System calore interne – la pompa di calore

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ycleen ycleenAutomation AutomationSystem SystemdidiGF GFPiping PipingSystems Systems èèun unmoderno modernosistema sistemadidicontrollo controlloper perililricirricircolo coloeeilillavaggio lavaggionegli negliimpianti impiantididiacqua acquapotabile. potabile. ÈÈparticolarmente particolarmentefacile facileeeveloce veloceda dainstallare installareeeda da mettere mettereininfunzione. funzione.Grazie Grazieall’unità all’unitàdidicontrollo controllocencentrale, trale,l’Hycleen l’HycleenAutomation AutomationMaster, Master,tutte tuttelelevalvole valvole installate installatevengono vengonomonitorate, monitorate,azionate azionateeemanumanutenute. tenute.Ciò Ciògarantisce garantisceun unbilanciamento bilanciamentoidraulico idraulico ottimale ottimaleeeun unrisciacquo risciacquocostante costantedei deirami ramistagnanti stagnanti dell’intero dell’interoimpianto impiantodidiacqua acquapotabile potabilerendendolo rendendolo ineccepibile ineccepibiledal dalpunto puntodidivista vistaigienico. igienico.

Un Uncomponente componente fondamentale fondamentaledel delconcetto concetto di diigiene igieneHycleen Hycleen Negli Negliimmobili immobilicon consistemi sistemidididistribuzione distribuzione dell’acqua dell’acquamolto moltoestesi estesioonelle nellegrandi grandiproprietà proprietàcon con consumo consumod’acqua d’acquairregolare, irregolare,i ipunti puntididiristagno, ristagno,lele superfi superficiciruvide ruvidedei deitubi tubieeleletemperature temperaturedell’acdell’acqua quatra trai i20 20ee50 °C 50 °Cpossono possonofavorire favorirelalaformazione formazione didibiofi biofilm lmeequindi quindilalaproliferazione proliferazionedidiLegionella.

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Con Conililconcetto concettodelle delle44fasi fasiper perl’igiene l’igieneottimale ottimale dell’acqua dell’acquapotabile, potabile,ininaccordo accordocon conquanto quantopreviprevisto stodalle dallelinee lineeguida guidanazionali, nazionali,GF GFPiping PipingSystems Systems ha hasviluppato sviluppatoun unapproccio approcciocompleto completoper perproprogettisti, gettisti,installatori installatorieeoperatori operatoridel delsettore. settore.Grazie Grazie aamisure misureappropriate, appropriate,questo questogarantisce garantisceuna unaquaqualità litàottimale ottimaledell’acqua dell’acquapotabile: potabile:prevenzione prevenzionedella della contaminazione contaminazionemicrobica microbicaevitando evitandoililristagno ristagnoche che normalmente normalmentesisipresenta presentanei neirami ramimorti mortidell’imdell’impianto piantograzie grazieaacomponenti componentirealizzati realizzaticon conmateriali materiali che chefavoriscono favorisconol’igiene; l’igiene;monitoraggio monitoraggiodelle delletemtemperature peraturedel delsistema sistemaeedella dellaqualità qualitàdell’acqua; dell’acqua;ripriripristino stinoautomatico automaticodella dellaqualità qualitàdesiderata desideratadell’acqua dell’acqua potabile potabilemediante mediantemisure misuredidiintervento interventoeevalutavalutazione zionedei deirischi rischirelativi relativiaatutti tuttii iparametri parametrididirilievo. rilievo.

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Oltre all’installazione di efficaci impianti antincendio e alla predisposizione di vie di fuga, un parcheggio coperto deve prevedere opportuni sistemi di ventilazione, capaci di mantenere i tassi di inquinanti al di sotto dei livelli di guardia e, in caso di incendi, di assicurare l’estrazione dei fumi ad alta temperatura, di garantire l’accesso alle vie di fuga e di agevolare il lavoro dei Vigili del Fuoco.

VORTICE progetta e produce Sistemi di Ventilazione per Parcheggi coperti che garantiscano la salute e la sicurezza degli occupanti.

CAR PARK SYSTEM di VORTICE prevede Jet Fan a impulso, VORT JET-A, anche in versione reversibile, e a induzione, VORT JET-R, dal ridotto ingombro verticale e dall’elevata spinta, adatti ai parcheggi di altezza ridotta. Entrambe le gamme sono disponibili in versione certificata F300/120 ed F400/120 e offerte con motori a una o due velocità, per combinare le esigenze della normale ventilazione a quelle del trattamento dei fumi di incendi.

A essi si affiancano i Ventilatori assiali MPC, anch’essi certificati F300/120 ed F400/120: MPC HP per il reintegro dell’aria esterna e MPC ED per l’estrazione dei fumi di incendi.

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Sono ventilatori assiali a impulsi, che consentono la movimentazione di elevate portate d’aria e, nelle versioni Reversibili, permettono la riduzione del numero di unità installate.

VORT JET-R I VORT JET-R sono disponibili in 2 modelli, diversi per dimensioni, prestazioni e funzioni. Sono ventilatori radiali a induzione. Si caratterizzano per il ridotto ingombro verticale e l’elevata spinta, che li rende particolarmente adatti all’installazione in parcheggi di altezza ridotta.

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Normativa

Superbonus110%, novitàdi inizio anno La Legge di Bilancio 2021 ha introdotto importanti novità al meccanismo del Superbonus. Vediamo quali sono le principali L.A. Piterà*

P

UÒ ACCADERE che alcune leggi possano mettere

in moto e accelerare il processo di riqualificazione del patrimonio edilizio esistente e contemporaneamente l’economia, questo anche in parte grazie all’esperienza accumulata negli anni e al regime delle detrazioni fiscali per le ristrutturazioni edilizie.

Dal 1996, infatti, il meccanismo delle detrazioni ha generato 19,5 milioni di domande per un ammontare totale di 143 miliardi di detrazioni, che equivalgono a una immissione nell’economia reale di quasi 300 miliardi di euro. Tutto questo nonostante la macchina burocratica, messa in piedi anche per contrastare coloro che cercano di aggirare il sistema.

Come evidenziato anche dalla Strategia per la Riqualificazione Energetica del Parco Immobiliare Nazionale, la STREPIN, il settore civile è strategico in quanto responsabile di circa il 45% dei consumi finali di energia e del 17,5% delle emissioni di CO2.

Sempre al settore civile il Piano Nazionale Integrato Energia e Clima, il PNIEC, ha attribuito, attraverso

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un ambizioso piano di riqualificazione energetica, il conseguimento del 60% dell’obiettivo di efficienza energetica al 2030, pari a 9,3 Mtep/anno di energia finale. Tutto ciò conferma le potenzialità di questo settore nel ridurre contestualmente i consumi energetici e le emissioni di gas climalteranti.

Il nostro parco edilizio residenziale è composto da circa 12,42 milioni di edifici, di cui oltre il 65% ha più di 45 anni, ovvero è precedente alla prima legge sul contenimento dei consumi energetici, la L. 373 (Governo italiano, 1976), e il 25% di questi edifici registra consumi annuali che si attestano da un minimo di 160 kWh/m2|a a oltre 220 kWh/m2|a.

Il Superbonus 110% è sicuramente un importante strumento di incentivazione della efficienza energetica, ma non solo, in quanto crea l’aspettativa di interventi a costo zero e può anche essere visto come un enorme esperimento di “solidarietà fiscale”, dal momento che le risorse per far fronte alle minori entrate nelle casse dell’erario, provengono dai cittadini attraverso il pagamento delle tasse.

La Legge di Bilancio 2021 (Governo Italiano

2020), entrata in vigore l’1 gennaio 2021, ha introdotto importanti novità al meccanismo del Superbonus, di cui di seguito vengono elencate le principali: . ha prorogato i termini, estendendo di sei mesi il termine al 30 giungo 2022; in particolare: ⚬ per le persone fisiche su singole unità immobiliari la scadenza è tra l’1 luglio 2020 e il 30 giugno 2021; ⚬ per i condomini e le persone fisiche su edifici con 2÷4 unità immobiliari, interamente posseduti, la scadenza è tra l’1 luglio 2021 e il 30 giugno 2022, prolungabile sino al 31 dicembre 2022 purché al 30 giugno 2022 si sia raggiunto uno stato di avanzamento lavori di almeno il 60%.

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Gli incentivi per l’installazione di impianti fotovoltaici hanno subito la stessa proroga e le stesse modifiche del Superbonus, in termini sia di scadenze sia di quote annuali, fermo restando il fatto che non potranno usufruire di un massimale autonomo ma dovranno rientrare nei 96.000 € complessivi; l’incentivo è stato esteso anche agli interventi di installazione di tali impianti su strutture di pertinenza degli edifici.

Sono stati prorogati anche gli interventi per l’installazione negli edifici di colonnine di ricarica di veicoli elettrici con potenza uguale o inferiore a 7 kW, con gli stessi benefici del Superbonus, ma con una diminuzione dei massimali di spesa a esclusione degli interventi in corso d’opera, secondo

BIBLIOGRAFIA

RIFERIMENTI LEGISLATIVI

• Guida fiscale dell’AdE del 24 febbraio 2021, in cui vengono fornite le linee generali di applicazione attraverso anche esempi esplicativi.

• Circolare AdE 22 dicembre 2020 n.30/E, in cui vengono fornite delle FAQ di amministrazione finanziaria.

• Provvedimento AdE del 12 ottobre 2020, n. 326047, che modifica il Provvedimento AdE, n 283847.

• Circolare AdE 8 agosto 2020 n. 24/E – in cui vengono forniti interpretazioni e chiarimenti di amministrazione finanziaria.

• D.M. 6 agosto 2020 – Decreto Asseverazioni, che contiene le modalità di trasmissione dell’asseverazione che il progettista deve rilasciare per gli interventi di efficienza energetica.

• D.M. 6 agosto 2020 – “Decreto Requisiti”, che fornisce i requisiti tecnici che devono essere soddisfatti per poter accedere alla agevolazione per tutti gli interventi iniziati a partire dal 6 ottobre 2020.

• Provvedimento AdE del 6 agosto 2020, n 283847, in cui vengono fornite le modalità per l’esercizio dell’opzione sia della cessione del credito sia dello sconto in fattura.

• D.L. 34/2020 art. 119 e s.m.i., in cui vengono definite le caratteristiche generali dell’agevolazione, come gli interventi ammissibili i soggetti fruitori e coinvolti nel processo, i massimali di spesa e i requisiti da rispettare per poter accedere.

• D.L. 34/2020 art. 121 e s.m.i., in cui vengono definiti gli strumenti alternativi alla fruizione della detrazione fiscale, come la cessione del credito e lo sconto in fattura.

BOX 1 i seguenti criteri: • 2.000 € per gli edifici unifamiliari o per le unità immobiliari funzionalmente indipendenti; • 1.500 € per edifici plurifamiliari e condomini che installino fino a un massimo di 8 colonnine; • 1.200 € per edifici plurifamiliari e condomini che installino più di 8 colonnine.

Una importante novità riguarda gli interventi per la coibentazione delle coperture, con riferimento al concetto di superficie disperdente: si potrà intervenire anche sulle coperture che insistono su sottotetti non riscaldati e non definibili come “intercapedine”, sino ad oggi non compresi.

Sono stati inclusi anche gli edifici privi di APE in quanto sprovvisti di copertura oppure di uno o più muri perimetrali, o che non rispettino entrambe queste condizioni, a patto che a valle dell’intervento conseguano una classe energetica uguale o superiore alla Classe A1.

Le delibere assembleari che hanno come oggetto l’imputazione della spesa per gli interventi deliberati attribuita a uno solo o a più condòmini, ma non a tutti, vengono ritenute valide a patto che i condòmini cui le spese sono imputate le spese esprimano parere favorevole. A questo proposito si ricorda che la maggioranza è quella che rappresenta la maggioranza degli intervenuti e almeno un 1/3 del valore dell’edificio.

Per quanto concerne le polizze assicurative dei professionisti è stata data la possibilità di non stipularne nuove purché: • ci sia un massimale espressamente dedicato al

∙ Governo italiano. 1976 Norme per il contenimento del consumo energetico per usi termici negli edifici. L. 30/04/1976, N. 373. ∙ Governo italiano. 2020. Bilancio di previsione dello Stato per l’anno finanziario 2021 e bilancio pluriennale per il triennio 2021-2023.

L. 30/12/2020, N. 178.

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rischio asseverazioni Superbonus, che deve essere sempre pari almeno all’importo dei lavori da asseverare e comunque maggiore di 500.000 euro, da integrare ove necessario, cioè quando il massimale sia stato in tutto o in parte utilizzato per una asseverazione; • se la polizza opera in regime di “claims made”, sia garantita una ultrattività di almeno 5 anni in caso di cessazione di attività e una retroattività di almeno 5 anni a garanzia di asseverazioni effettuate negli anni precedenti.

Infine, per facilitare i controlli, i cantieri che svolgono interventi agevolabili devono avere una opportuna cartellonistica esterna che indichi l’accesso agli incentivi e, al fine di potenziare e snellire il carico di lavoro degli uffici tecnici comunali preposti a gestire le pratiche degli incentivi, è stata data loro facoltà di assumere a tempo determinato e parziale per il 2021 e con la durata di un anno non rinnovabile nuovo personale.

Le novità sono tante e il fermento come la confusione nel mercato sono elevati. L’auspicio è che il Superbonus possa essere un vero incentivo alla riqualificazione energetica del nostro parco edilizio esistente, portandoci verso la realizzazione di una vera transizione energetica.  * Luca A. Piterà, Segretario Tecnico di AiCARR

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Il futuro della climatizzazione: come coniugare salute, comfort ed efficienza energetica?

Gli impianti HVAC sono stati i grandi accusati in questo periodo pandemico. Come cambierà la progettazione impiantistica e quali prospettive si stanno delineando?

A cura di Erika Seghetti In questo periodo pandemico la climatizzazione ha sicuramente avuto un ruolo da protagonista. Costantemente al centro del dibattito, ma scontando talvolta una informazione carente e scorretta, gli impianti HVAC sono stati a lungo considerati i responsabili della diffusione del virus e al tempo stesso sono stati visti quasi come uno strumento risolutivo del problema. A distanza di un anno dallo scoppio dell’epidemia, è ora di fare il punto. Quali potrebbero essere gli sviluppi futuri della climatizzazione?

Come si potrà riuscire a coniugare salute, comfort ed efficienza energetica? Per rispondere a queste domande e per comprendere come la progettazione, il mondo accademico e le aziende hanno affrontato il periodo emergenziale abbiamo coinvolto chi di questo settore si occupa da anni.

Ormai è passato circa un anno dall’inizio della pandemia, con quali situazioni, criticità, richieste vi siete dovuti confrontare, in quel periodo per affrontare l’emergenza?

M.C.M. La prima forte richiesta di aiuto è arrivata dal mondo ospedaliero e in particolare da uno dei grandi ospedali dell’area metropolitana di Torino, dove vi era la necessità di creare dei reparti covid trasformando, almeno temporaneamente, degli impianti esistenti. Quindi la prima domanda che ci siamo dovuti porre è stata quella di cosa fosse possibile fare a livello di gestione di impianti esistenti per adeguarli alle nuove esigenze. Ed è stato impegnativo perché in alcuni casi questo presupponeva un ribaltamento di alcune logiche di funzionamento.

Un’azione importante che abbiamo fatto, non solo noi universitari ma tutta la comunità degli ingegneri impiantisti della mia realtà locale, è stata quella di dare un’informazione agli operatori. C’è stata moltissima confusione inizialmente, soprattutto sul ricircolo. Il vero rischio si presenta quando si prende aria da un ambiente e la si distribuisce

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in altri ambienti. È questo che causa la cosiddetta cross contaminazione, non il ricircolo del ventilconvettore. Una delle cause di questa confusione va sicuramente rintracciata nell’episodio di contaminazione avvenuta all’interno di un ristorante cinese, che ha avuto una forte risonanza mediatica. Ma il problema in quel caso era la cattiva distribuzione dell’aria, non il ricircolo. E tutta questa confusione ha portato anche all’idea, folle, di spegnere gli impianti, creando in questo modo discomfort.

A.S. Noi siamo stati coinvolti, nella prima fase emergenziale, in alcune attività per conto della Protezione Civile al fine di intervenire su delle strutture esistenti. L’adeguamento dei locali in alcuni casi è stato più semplice perché erano già destinati ad attività particolarmente restrittive, come ad esempio reparti di pneumologia trasformati in infettivi e in altri molto più complessi.

Ad ogni modo, gli interventi più importanti con cui ci siamo confrontati sono stati quelli effettuati in alcune strutture alberghiere per consentire, alla fine della prima ondata, la riapertura in sicurezza.

Interventi problematici per via di alcune criticità che una struttura alberghiera presenta. Dall’organizzazione delle zone comuni, che non sempre sono servite da impianti che consentono di evitare il rischio di ricircolo d’aria in ambiente, alla gestione delle stanze, dove bisognava evitare la proliferazione di batteri e virus. Si è puntato sulla regolamentazione delle procedure di sanificazione, così come raccomandato dai protocolli AICARR, con l’applicazione di prodotti sanificanti certificati.

La vera difficoltà non è stata quella di intervenire sulle nuove strutture ma sugli impianti esistenti, un problema che c’è ancora, perché non sempre le soluzioni sono di facile applicazione.

R.C. Per quanto ci riguarda, è stata un’esperienza molto complicata, dettata sicuramente dallo stato emergenziale ma anche e soprattutto da molta disinformazione e da messaggi confusi e contraddittori da parte delle Autorità e a volte anche da alcuni tecnici specialisti. Il tema del ricircolo è emblematico in questo senso…

Solo per fare un esempio, abbiamo dovuto affrontare la problematica di tutti quegli edifici di nuova generazione serviti da VMC e che quindi non hanno finestre. Cosa fare? Le informazioni, e le interpretazioni, erano diverse.

Finita la difficoltà della fase di emergenza, i dubbi in realtà sono rimasti. Sicuramente un aumento dei volumi circolanti di aria trattata e una sanificazione dell’aria è la risposta che quasi tutta la comunità tecnica ha dato al condizionamento. Ma le ricerche su prodotti o soluzioni tecnologiche che, soprattutto in termini di filtrazione, possano garantire salubrità e sicurezza sono tutt’ora in corso.

Se devo rintracciare un aspetto per così dire positivo, la pandemia è stato sicuramente un elemento acceleratore per quanto riguarda gli aspetti manutentivi. Ci sono arrivate molte più richieste di verifica degli impianti esistenti che, in molti casi, non rispettavano in nessun modo le condizioni standard di conformità.

N.F. In termini aziendali, come tutto il settore industriale abbiamo dovuto confrontarci con i vari DPCM emessi, per rientrare nei criteri di sicurezza. Operando nel settore della filtrazione, e avendo una particolare sensibilità sulla tematica della qualità dell’aria e una lunga esperienza maturata in settori specifici, dove questo aspetto è fondamentale, siamo entrati in stretto contatto con il mercato, per garantire le attività di manutenzione e di ripristino in fase di riconversione e costruzione. Abbiamo altresì collaborato con i Politecnici di Torino e Milano, e con quest’ultimo mettendo a disposizione nostre attrezzature per

effettuare i test sui media filtranti, utilizzati per la produzione delle mascherine di protezione individuale.

Ormai da tempo, la progettazione e la realizzazione degli impianti è finalizzata all’obiettivo del risparmio energetico e questo però ha sacrificato la possibilità di utilizzare volumi d’aria esterna superiori ai due ricambi tradizionali, cosa che, in questo periodo pandemico, è fondamentale. Probabilmente il Covid ci impone di rivedere alcuni concetti sulla progettazione per il prossimo futuro…

La gestione in emergenza è stata sicuramente difficoltosa ma adesso, che la consapevolezza del problema è aumentata, a vostro avviso come si sta affrontando la problematica degli impianti HVAC negli edifici? Quella disinformazione di cui avete parlato è stata risolta?

R.C. Dal mio punto di vista non è cambiato nulla e anche noi progettisti gradiremmo avere delle indicazioni. Oggi tutti dimensionano tendenzialmente a 40 m3 a persona e aumentare la circolazione dell’aria presuppone anche un impatto da un punto di vista energetico e di budget integrale di intervento. Significa aumentare le dimensioni dei gruppi frigo, delle UTA, delle canalizzazioni. E, aldilà di ciò che questo potrebbe comportare, è una garanzia per ottenere un impianto covid-free? Dovrebbe esserci un’informazione chiara al riguardo e la proposta di soluzioni. Mi aspetterei, anche dal mondo della tecnologia e dai produttori, delle idee che contribuiscano a realizzare un sistema impiantistico sicuro. Servono innovazioni, certamente non mirate esclusivamente alla risoluzione di questo problema specifico e speriamo passeggero, ma che possano diventare di uso comune.

N.F. Attualmente nessuno ha una soluzione pronta per garantire il

I partecipanti, da sinistra: Ing. Antonio Sindoni (Gruppo Sindoni Associati), Ing. Roberto Cereda (Lombardini22), Prof. Marco Carlo Masoero (Politecnico di Torino), Natale Foresti (Sagicofim)

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covid-free. A nostro parere esistono delle tecnologie che consentono di migliorare alcune condizioni di funzionamento dell’impianto. Penso ad esempio, sul fronte della diffusione dell’aria, a sistemi a disclocamento per grandi ambienti che riducono i fattori di induzione e miscelazione. La ricerca è importante, come azienda stiamo investendo, ma serve tempo per dare soluzioni tecnicamente valide. E ancora, si rende indispensabile abbattere il preconcetto dell’impianto come unico vincolo a scapito della validità e performance tecnica. Ultimo aspetto, ma non meno importante, è il contributo che tutti dovremmo dare affinché le tempistiche per normare siano sempre più vicine ai tempi con cui si devono muovere le aziende per far fronte al mercato o a queste inaspettate emergenze.

A.S. Un altro grande problema chiaramente emerso in questo periodo è il ruolo che si è attribuito, e che si continua ad attribuire, agli impianti di climatizzazione. È come se si pretendesse che gli impianti, oltre al comfort ambientale, debbano garantire una funzione battericida, quasi sanificante. Grazie a dei sistemi di filtrazione particolarmente performanti e all’aumento della portata d’aria possiamo garantire un elevato livello di qualità dell’aria ma non possiamo affidare all’impianto HVAC la risoluzione di tutti problemi, rischiando tra l’altro di compromettere gli importanti risultati ottenuti finora sul fronte del risparmio energetico.

Le criticità emerse sono evidenti. Guardando quindi al futuro dove bisognerebbe investire, in quali settori e come dovrà cambiare la progettazione degli impianti HVAC? R.C. La premessa è che il livello qualitativo della nostra impiantistica, dei modelli energetici e anche del nostro modo di progettare, è mediamente alto. Talvolta però si scontano problemi legati a questioni economiche, di scarsa informazione o di una scarsa importanza che viene data agli aspetti legati alla qualità dell’ambiente.

Su cosa investire? Io credo che tutto parta dalla formazione, che deve spostarsi in un ambito più professionale dove sono coinvolti tutti gli attori della filiera. Un’educazione più generale, che deve partire dalle scuole, dall’università, trasporsi nel mondo della progettazione, dell’esecuzione e non dimentichiamoci della gestione, perché non serve a nulla avere macchine performanti se poi vengono mal gestite e non manutenute.

M.C.M. Io credo che la pandemia ci abbia insegnato delle cose.

Personalmente sto ragionando, in vista del prossimo anno accademico, sul come debba cambiare l’approccio didattico e su quali aspetti dovremmo sensibilizzare i nostri studenti. Perché se è vero che non si devono attribuire agli impianti ruoli che non hanno, è altrettanto vero che le scelte progettuali sono importanti.

Così come lo sono gli aspetti manutentivi, la scelta delle tipologie impiantistiche, la progettazione della filtrazione.

N.F. Bisogna investire nella manutenzione. Abbiamo infatti registrato un incremento notevole di richieste sul fronte manutentivo e questo vuol dire che in era pre-covid la manutenzione non era considerata sempre fra le priorità. In generale per il futuro auspichiamo che ci sarà maggior attenzione per la diffusione e la filtrazione dell’aria. A tal fine credo che sia fondamentale creare maggiori occasioni di incontro e cooperazione fra tutti gli attori del settore, siano essi produttori, progettisti o atenei universitari. Un ruolo particolarmente importante è rivestito da AiCARR, in quanto associazione culturale, che è, e dovrebbe essere sempre più, un punto di incontro.

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Si è parlato di un patrimonio edilizio esistente inadeguato.

Ritenete che gli strumenti finanziari (Superbonus %, Ecobonus, Conto termico, Titoli Efficienza Energetica) siano efficaci per supportare la riqualificazione?

A.S. Qualsiasi strumento finanziario è utile per la riqualificazione energetica degli edifici. Anche se vanno fatti dei distinguo. Il Conto termico, avvalendosi delle prestazioni delle macchine e dell’effettiva efficienza dell’impianto e quindi non del costo di un investimento, è sicuramente meno speculativo dell’Ecobonus. I contributi sono importanti ma bisogna saperli utilizzare in modo costruttivo.

R.C. Anch’io spezzo una lancia a favore del Conto Termico che, oltre ad essere di più facile applicazione rispetto al Superbonus per cui servirebbe una semplificazione, è anche meno speculativo. In questa fase, dove un po’ tutti si inventano certificatori, costruttori, commercialisti, finanziatori, si rischia una bolla speculativa perché l’obiettivo spesso è più economico che tecnico.

N.F. L’incentivazione è apprezzabile, tuttavia dovrebbe essere fruibile anche dall’industria per il proprio capitale immobiliare.

Dal primo gennaio  per tutti gli edifici di nuova costruzione è obbligatorio conseguire l’obiettivo NZEB. Pensate che questo tipo di edifici possa essere una soluzione al fine di garantire la IAQ, il comfort e al contempo gli obiettivi di decarbonizzazione richiesti a livello comunitario?

R.C. È un obiettivo sfidante e c’è da dire che noi non siamo distanti dal raggiungerlo, perché a livello tecnologico e anche normativo siamo assolutamente in linea. D’altra parte, la sostenibilità ambientale è ormai un must, è alla base della progettazione. Io vorrei fare il passo successivo, quello di pensare a edifici non solo in grado di consumare meno e che autoproducano l’energia elettrica necessaria, ma che siano future proof, già pronti per essere anche intercambiati quando saranno arrivati a fine ciclo.

M.C.M. In Italia, soprattutto per quanto riguarda il residenziale, abbiamo un patrimonio edilizio esistente estremamente diversificato e spesso bisognoso di riqualificazione. Sul nuovo certamente ci sono enormi possibilità in più, la transizione elettrica è ormai un dato di fatto. Ci sono delle tecnologie clear winner, come la pdc ad azionamento elettrico, e altre no, come il solare termico. Chiaro, questo periodo pandemico ha messo un po’ in discussione alcuni paradigmi e la sfida sarà vedere se questa dicotomia fra sicurezza ed efficienza è in qualche modo risolvibile. Ma dei passi avanti grandi sono stati fatti e noi siamo assolutamente a un livello molto alto.

N.F. Relativamente agli NZEB siamo di fronte a delle situazioni diversificate. Alle volte ci confrontiamo con realizzazioni che hanno una progettazione datata e antecedente ad alcune regolamentazioni. Tuttavia l’Italia è potenzialmente molto avanti nella gestione energetica degli edifici, ma c’è ancora qualche passo da fare, soprattutto nel superare quei limiti economici imposti che ostacolano alcuni progetti finalizzati all’ottenimento della NZEB. A.S. L’obiettivo NZEB è assolutamente raggiungibile e deve essere visto in termini di riduzione dei consumi, non dei costi in bolletta. Fotovoltaico e solare termico, ad esempio, danno un contributo importante, ma i consumi dipendono dalle prestazioni delle macchine, dei motori e dalla loro gestione così come dall’isolamento termico. L’Italia è a un buon punto, si tratta solo di ottimizzare sempre di più ciò che si sta già ottimizzando. 

Informazioni dalle aziende

L’IMPIEGO DEI DISPOSITIVI FOTO-CATALITICI SULLE UNITÀ DI TRATTAMENTO DELL’ARIA E SUI TERMINALI DI IMPIANTO COME STRUMENTO PER AUMENTARE IL LIVELLO DI IGIENE IN PRESENZA DI RICIRCOLO DELL’ARIA I

l periodo di pandemia che stiamo attraversando ha imposto la necessità di rivedere alcuni aspetti nella progettazione e nella gestione degli impianti HVAC ed ha posto al centro dell’attenzione l’igiene e la sicurezza sanitaria, in alcuni casi ed in alcune applicazioni finora meno attentamente considerati.

La facilità di trasmissione del temuto virus SARSCoV - 2 e la possibilità di trasmissione dello stesso anche per mezzo di aerosol ha reso necessario, al fine di contenere il rischio di contagio collettivo, adottare un insieme di accorgimenti aventi come obbiettivo la riduzione della carica virale eventualmente presente nell’aria degli ambienti occupati.

Tra le misure più efficaci al conseguimento di tale scopo vi è indubbiamente il mantenimento e laddove possibile l’aumento del tasso di rinnovo dell’aria nei locali, che agisce in maniera diretta sulla presenza di inquinanti e patogeni attraverso l’effetto della diluizione.

L’effetto del rinnovo dell’aria come strumento di riduzione del rischio di contagio negli ambienti confinati non è mai stato messo in discussione, ed autorevoli studi hanno dimostrato come esso abbia in ogni caso un contributo benefico. È evidente però che la presenza di tassi di ventilazione molto superiori a quelli normalmente ritenuti necessari per il mantenimento di un adeguato livello di qualità dell’aria, tendendo al limite al funzionamento a tutta aria esterna, comportano un notevole dispendio energetico supplementare; e d’altronde, se anche si volesse giudicare accettabile la minore efficienza ed il maggiore consumo in periodi di emergenza sanitaria di durata limitata nel tempo, in molte applicazioni non è possibile, anche per ragioni strettamente tecnologiche legate alla tipologia di impianto e di macchine utilizzate, o al dimensionamento delle stesse, ricorrere a tassi di rinnovo troppo elevati né escludere di fatto la presenza del ricircolo aria in ambiente.

È quindi più che mai opportuno avvalersi, laddove disponibili, di sistemi e dispositivi che permettano di agire in maniera diretta sull’aria trattata e destinata ad essere ricircolata in ambiente, con lo scopo di ridurre in essa la presenza di patogeni; l’impiego combinato di questi dispositivi, opportunamente scelti e dimensionati, e di un adeguato rinnovo dell’aria all’interno di quanto ragionevolmente possibile, rappresenta ad oggi la strada migliore per coniugare igiene ed efficienza.

I meccanismi con cui si esercita l’azione di contrasto dei patogeni sono principalmente basati sulla cattura dei patogeni e degli inquinanti, oppure in alternativa sulla loro inattivazione; in alcuni casi è possibile ricorrere a soluzioni che sfruttano la combinazione di entrambi i principi.

Il meccanismo di cattura è tipico dei filtri nelle diverse tipologie (meccanici o elettrostatici), può essere o meno accompagnato da strumenti di inattivazione degli inquinanti (particolarmente raccomandati ad esempio per contrastare l’azione di patogeni di origine batterica i quali sarebbero altrimenti in grado di sopravvivere anche all’esterno dell’organismo umano e proliferare con potenziali rischi di diffusione).

L’efficacia di tali meccanismi dipende ovviamente dalla tipologia ed efficienza del filtro e dalle caratteristiche delle particelle considerate; considerando ad esempio l’azione dei filtri meccanici nei confronti dei virus, e prendendo come riferimento proprio il temuto SARSCoV-2, è assolutamente possibile ottenere efficienze di filtrazione elevate nei confronti di particelle dei diametri di ordine di grandezza 0,1 μm, considerate il riferimento per i droplet

Ventilconvettore Aermec serie FCZ_H

Rooftop Aermec serie RTX

nuclei dotati di carica virale sufficiente ad infettare e potenzialmente presenti nell’aria (aerosol); per ottenere questo risultato però è necessario ricorrere all’impiego di filtri di tipo assoluto il cui utilizzo è comune e praticato solo in alcune particolari applicazioni (sale operatorie, camere bianche, reparti ospedalieri speciali quali sale parto, degenze infettivi o immunodepressi, laboratori e industria farmaceutica, ecc.)

L’impiego degli stessi dispositivi nell’ambito del trattamento dell’aria in UTA destinate ad ambienti di uso comune non è di per sé tecnicamente impossibile, ma pone problemi pratici di non semplice soluzione (dalla necessità di potenziare i ventilatori, ai maggiori consumi energetici di ventilazione e maggiori costi di esercizio e manutenzione conseguenti); risulterebbe del tutto impraticabile al momento all’interno di terminali di uso comune ed assai diffusi nell’impiantistica civile quali ventilconvettori, radiatori, superfici radianti, ecc.

Il meccanismo di cattura dei filtri elettrostatici non è oggetto di approfondimento in questo articolo, anche perché sull’efficacia di questi dispositivi incidono molti fattori quali la conformazione del filtro, la velocità di attraversamento, ecc. e si rimanda alla letteratura tecnica.

Sicuramente la filtrazione può essere un mezzo efficace di contrasto dei patogeni, talvolta però estendere il suo impiego al raggiungimento di obbiettivi di igienizzazione molto elevati per destinazioni di uso comuni potrebbe risultare non semplice e non conveniente; i dispositivi di igienizzazione che basano il loro funzionamento sul meccanismo dell’inattivazione ed eliminazione dei patogeni risultano spesso la scelta vincente, e i vantaggi del loro impiego risultano molto evidenti proprio in questi ambiti di intervento.

Tra i meccanismi più efficaci una posizione di rilievo è occupata dai dispositivi ad azione foto-catalitica, il cui principio di funzionamento è il seguente: una lampada a raggi UVC a basso consumo irraggia una struttura opportunamente sagomata (solitamente a nido d’ape) in biossido di titanio (TiO2), materiale stabile e non tossico che sotto l’effetto dell’irraggiamento con luce UVC diviene catalizzatore di reazioni che coinvolgono il vapore acqueo presente nell’aria e porta alla formazione di radicali ossidrilici (OH -, H2O2 ed altre specie) fortemente ossidanti nei confronti di microorganismi dannosi quali batteri, virus, funghi, muffe e molecole inquinanti in generale provocandone la loro inattivazione. Gli ioni ossidanti esercitano la loro azione non solo localmente nelle vicinanze del dispositivo ma all’interno del flusso di aria con cui vengono a contatto, ed anche sulle superfici degli ambienti serviti, contribuendo quindi a ridurre la presenza di microorganismi inquinanti in ambiente.

Il loro impiego non garantisce ovviamente la totale asetticità dell’ambiente (asepsi), risultato conseguibile solo in ambienti speciali e/o mediante trattamenti specifici di solito svolti in assenza degli occupanti, e la cui durata è temporanea come dimostrato da recenti studi e rigorosi test, spesso compiuti in ambito universitario. L’utilizzo delle lampade fotocatalitiche rappresenta però una valida misura di contenimento del rischio di contagio in ambiente, sia

per via aerosol, sia per via indiretta attraverso il contatto con superfici infette; risulta essere inoltre il metodo più efficace, energeticamente ed economicamente conveniente, per assicurare una adeguata qualità dell’aria e un buon livello di igiene in presenza di tassi di ricambio aria adeguati all’applicazione servita e non sovradimensionati oltre i limiti di fattibilità tecnica e di comfort, e permette di fare ricorso al ricircolo d’aria locale o su singolo ambiente senza alcuna limitazione, anzi con un aumento del livello di igiene e sicurezza per gli occupanti.

Per questo motivo il loro impiego si è progressivamente esteso dai terminali (ventilconvettori quali ad esempio AERMEC serie FCZ-H e FCZI-H, che coniugano il design e le prestazioni di comfort termico ed acustico l’igiene e la sicurezza degli occupanti), ad altre macchine utilizzate per il trattamento dell’aria.

In particolare modo all’interno delle unità di trattamento dell’aria i dispositivi igienizzanti ad azione foto-catalitica possono affiancare le tradizionali lampade UVC; l’impiego di queste ultime all’interno delle UTA era ed è pratica applicata in alcuni casi con l’obbiettivo di impedire la proliferazione di patogeni di origine batterica (es. legionella) all’interno delle UTA stesse, spesso in corrispondenza di punti critici quali batterie di raffrescamento, separatori di gocce, filtri, umidificatori; le lampade UVC tradizionali possono avere un effetto sensibile anche su virus quali la SARS – CoV- 2, ma esso dipende da molti fattori quali la velocità di attraversamento, la posizione e l’irraggiamento dell’aria.

I dispositivi ad azione foto-catalitica possono sostituire o integrare efficacemente questi dispositivi e abbassare considerevolmente la presenza di virus in ambiente, al punto che la loro azione sull’aria di ricircolo può essere equiparata all’effetto di un surplus nel tasso di rinnovo, pur senza l’impatto su efficienza e comfort che avrebbe un reale incremento nel tasso di ventilazione.

Per questo motivo della tecnologia foto-catalitica possono beneficiare in maniera considerevole anche le unità Roof-Top (ad esempio i Roof Top AERMEC serie RTX e RTY possono essere equipaggiati con questi dispositivi, selezionabili come opzione dal progettista); queste macchine sono spesso costruite per lavorare in parziale ricircolo sull’ambiente servito e dimensionate per un tasso di rinnovo percentuale che in applicazioni quali gli ipermercati, i capannoni per le esposizioni e altre destinazioni d’uso spesso non eccede il 30% della portata aria totale; l’aggiunta di questi componenti permette di aumentare considerevolmente il livello di igiene e tutela degli occupanti senza stravolgere pratiche di buona progettazione che tengono in adeguata considerazione il comfort e l’efficienza energetica.

COVID-19

Riflessionisulle necessitàimpiantistiche per gli edifici del futuro L’adozione di adeguate configurazioni impiantistiche, l’uso di nuove tecnologie e di sistemi di controllo sono soltanto alcuni degli strumenti a disposizione per migliorare la salubrità dell’ambiente interno in condizioni di emergenza e non solo A. Boeche, R. Zecchin*

Le raccomandazioni degli enti istituzionali Dopo l’inizio della pandemia COVID-19 sono stati emanati diversi documenti, che porgono suggerimenti atti a ridurre il rischio di contagio, alcuni dei quali riguardanti espressamente gli impianti di ventilazione e climatizzazione relativamente al controllo della diffusione di particelle infette aerotrasportate (bioaerosol).

L’ISS ha emanato in data 25 maggio due rapporti: il Rapporto n. 5/2020 rev.2 [1] e il Rapporto n.

33/2020 [2]. Quest’ultimo fornisce indicazioni dettagliate sull’operatività di diversi tipi di impianti di climatizzazione secondo il seguente schema: • in funzione delle condizioni locali (regione) si determina una “probabilità di presenza di soggetto

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infetto”, come illustrato in Figura 1; • in funzione di tale probabilità si determina un “livello di rischio in ambiente”; • in funzione del livello di rischio vengono suggerite “raccomandazioni operative” piuttosto dettagliate per le varie tipologie di impianto.

I provvedimenti suggeriti dal Rapporto n. 33 dell’ISS in alcuni casi sono molto articolati e non sempre del tutto condivisibili, come negli esempi seguenti.

Nei casi in cui è raccomandato un limite massimo della velocità dell’aria, la verifica deve essere eseguita fino a una quota di 2 metri dal pavimento in tutto l’ambiente, anche al di fuori della zona occupata.

Quando è raccomandato di escludere

l’aspirazione dalle aree comuni viene consigliato sigillare le eventuali griglie di transito dell’aria, provvedendo ad aprire i serramenti verso l’esterno per garantire l’espulsione dell’aria.

Negli impianti a tutta aria, è raccomandata l’esclusione del ricircolo, mediante chiusura a tenuta d’aria della luce di ricircolo. È suggerito di escludere “meccanicamente” i recuperatori di calore a piastre o rotativi.

Ulteriori documenti hanno trattato i temi del contrasto alla diffusione del contagio, in buona parte, ma non sempre, concordemente [3

evidente come la carenza di aria di rinnovo e la ricircolazione continua del condizionatore sopra gli stessi avventori (vedi Figura 2), abbia provocato la diffusione del contagio da SARS-CoV-2 da una persona infetta a numerose altre [9].

Dall’approccio prescrittivo a quello prestazionale Figura 1 – Determinazione della probabilità di presenza di individui infetti secondo il Rapporto n.33 dell’ISS

– 8]: ad essi si rimanda per ulteriori approfondimenti.

Le modalità di gestione e di immediato intervento sugli impianti sono certamente importanti, ma si deve purtroppo rilevare che una grande quantità di locali, anche soggetti a molteplicità di utenti, quali scuole e ambienti pubblici, ne sono totalmente sprovvisti: un adeguato rinnovo d’aria è fondamentale per la riduzione dei rischi di contagio in generale. Esemplare a questo riguardo è il caso del ristorante cinese, recentemente salito alla ribalta, dove risulta Figura 2 – Disposizione dei clienti e del climatizzatore a ricircolo nel ristorante di Guangzhou [9]

Può essere molto utile, per l’analisi e il confronto tra diverse tipologie e per l’ottimizzazione progettuale, l’impiego di modelli matematici di simulazione del funzionamento degli impianti in diverse configurazioni e condizioni operative, in relazione alla diffusione del contagio.

Un esempio di modello di simulazione è quello sviluppato da Cavallini et al. [10] che, a partire dalle relazioni di Wells-Riley e di Gammaitoni-Nucci [11], consente di determinare, in un tipico piano di edificio adibito a uffici, con diverse tipologie di impianto di condizionamento a tutt’aria, l’andamento nel tempo della concentrazione di cariche virali e della probabilità di contagio, in presenza di un ipotetico infetto (caratterizzato dall’emissione virale espressa in quanta/h), in funzione dei tempi di permanenza, della portata d’aria nei vari locali, della frazione di aria di rinnovo, ecc. permettendo di valutare l’effetto delle portate d’aria e le possibilità di miglioramento mediante rimozione o disattivazione delle cariche virali per mezzo di sistemi filtranti di diversa efficienza, oppure di dispositivi a radiazione UV-C o a ionizzazione.

Alcune considerazioni sulle indicazioni dell’iSS I recuperatori di calore

Figura 3 – Diverse possibilità di posizionamento del recuperatore rotativo

Le prescrizioni dell’ISS sono notevolmente restrittive riguardo ai recuperatori di calore, indicandone la necessità di “esclusione meccanica”, indipendentemente dalla tipologia (rotativi o statici). Secondo la REHVA [4] i recuperatori rotativi sono accettabili anche in condizioni di emergenza sanitaria, purché posizionati e installati correttamente (vedi Figura 3).

In effetti, facendo ricorso al modello di simulazione precedentemente citato (Cavallini et al. [8]) le probabilità di contagio dovute a trafilamento di aria espulsa verso l’aria di rinnovo appaiono veramente esigue, come risulta dalla Figura 4.

Una soluzione costruttiva che consente comunque una razionale esclusione del recuperatore rotativo, quando richiesto, è quella indicata in Figura 5, avendo l’avvertenza che le batterie di scambio termico siano adeguatamente dimensionate.

L’aumento della portata d’aria

Figura 4 – Numero di persone suscettibili di infezione in funzione della percentuale di trafilamento di un recuperatore di calore e del numero di persone interessate

Un provvedimento che viene da più parti proposto per ridurre il rischio di contagio è l’aumento della portata d’aria di rinnovo in condizioni di emergenza. Tale accorgimento negli impianti esistenti può essere attuato, in linea di principio,

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aumentando la velocità di rotazione dei ventilatori, azione possibile, ma entro limiti alquanto ristretti.

Infatti la potenza necessaria per l’azionamento dei ventilatori è praticamente proporzionale al cubo della portata: un aumento di 20% – 30% della portata comporta un aumento di 75% – 120% della potenza richiesta. Nel caso di impianti esistenti difficilmente è disponibile un siffatto margine di potenza sul motore e ne consegue la necessità di sostituzione del motore stesso. La possibilità di aumento di portata mantenendo lo stesso motore è in ogni caso subordinata al tipo di trasmissione che deve essere a puleggia o con inverter avente adeguato margine di frequenza e di potenza. Non è da dimenticare infine l’aumento di rumorosità del ventilatore, che per i citati aumenti di portata può essere anche superiore a 5 dB(A). Più semplice è il caso di un nuovo impianto: per consentire un aumento di portata in condizioni di emergenza si deve allora provvedere a un adeguato dimensionamento dei ventilatori e dei condotti, accettando i conseguenti aumenti di ingombro e di costo.

L’effetto dell’aumento della portata d’aria è comunque piuttosto limitato ai fini della limitazione del contagio. Si può valutare, facendo ricorso allo stesso modello di simulazione, che un aumento percentuale di 20 – 30% della portata d’aria di rinnovo, p. es. attorno ai valori usuali di 30 – 50 m3/h per persona darebbe luogo a una diminuzione di pochi punti percentuali della probabilità individuale di infezione nelle condizioni riportate in Figura 6.

Nuove tecniche per la salubrità dell’ambiente interno Il problema della portata d’aria di rinnovo tocca anche altri aspetti: l’aumento rispetto ai valori di norma (UNI EN 16798-1, ISO 17772, ASHRAE 62-1) viene “premiato” dai protocolli di certificazione (p. es. LEED, WELL) in quanto aumenta in generale la qualità dell’aria interna (IAQ), ma nell’attuale contesto la riduzione della concentrazione di cariche patogene, oltre che per maggiore diluizione conseguente all’aumento di portata, può avvenire per abbattimento o inattivazione delle medesime. Gli accorgimenti che permettono di conseguire questo obiettivo sono: • filtri ad alta efficienza (HEPA); • filtri elettrostatici; • radiazioni UV-C; • ionizzazione dell’aria.

Il ricorso a queste tecniche, con opportuni criteri di dimensionamento e collocazione potrebbe evitare la chiusura del ricircolo d’aria, in condizioni di emergenza, negli impianti che ne siano provvisti.

I filtri ad alta efficienza

Questa tipologia di filtri (EPA: Efficiency Particulate Air Filters; HEPA: High Efficiency Particulate Air filter), (VEDI Figura 7) è ben nota per il suo impiego in ambito sanitario e altre applicazioni; volendo estenderne l’uso agli impianti civili, una possibilità

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Figura 5– UTA con presa di A.E. ed espulsione sdoppiate. Per funzionamento a parziale ricircolo (Minima A.E. e minima espulsione) o a tutta aria esterna (Massima A.E. e massima espulsione) per “free cooling” o emergenza sanitaria

Figura 7 – Esempio e struttura di filtro ad alta efficienza. Doc. tecnica Camfil Figura 6 - Andamento della probabilità individuale di infezione in funzione della portata d’aria di rinnovo e del numero di persone in presenza di un infetto

è quella di predisporre una sezione adatta a gestirli, per inserirli in condizioni di emergenza sanitaria, limitando così al solo periodo emergenziale la relativa penalizzazione energetica.

La loro capacità filtrante (specialmente per gli HEPA) è adatta ad arrestare con ottima efficienza anche le particelle infette batteriche o virali aerotrasportate più piccole. La norma di riferimento è la UNI EN 1822-1:2019 “Filtri per l’aria ad alta efficienza (EPA, HEPA e ULPA)”.

Aspetti da tener presenti nell’utilizzo di filtri HEPA sono: • il consumo energetico dei ventilatori, dovuto alle perdite di carico degli elementi filtranti; • la non trascurabile manutenzione necessaria alla loro periodica sostituzione; • l’ingombro, dovuto alle loro dimensioni e alle basse velocità di attraversamento richieste per l’aria.

Filtri Elettronici o Elettrostatici

Questo tipo di filtri, dopo un periodo di abbandono, stanno nuovamente trovando applicazione sia nelle nelle centrali di trattamento che all’interno di condotti o unità locali. Sono costituiti da una prima sezione “di polarizzazione” che carica positivamente o negativamente, secondo la loro natura, le particelle aerotrasportate (anche microbiche o virali), seguita da una seconda sezione “di raccolta”, con piastre caricate alcune positivamente e altre negativamente, che attraggono e trattengono le particelle precedentemente caricate. Un vantaggio di questi apparecchi, che vanno

sempre preceduti da un prefiltro, è la loro bassissima perdita di carico.

Una certa attenzione precauzionale richiede la pulizia periodica (lavaggio) delle piastre collettrici. La norma di riferimento per questo tipo di filtri è la UNI 11254:2007 – “Filtri per aria elettrostatici attivi per la ventilazione generale – Determinazione della prestazione di filtrazione”.

Le radiazioni UV-C

La radiazione elettromagnetica con lunghezza d’onda compresa principalmente fra 260 e 270 nm (quindi nel campo delle radiazioni UV-C) ha un elevato effetto di inattivazione e blocco della riproduzione dei microorganismi, soprattutto virus e batteri.

Questa caratteristica è nota da molti decenni, ma finora scarsamente utilizzata nell’impiantistica civile.

Le lampade germicide (lampade UVGI), di cui le più diffuse sono quelle a vapori di mercurio a bassa pressione, emettono prevalentemente a lunghezza d’onda di 254 nm. Sono recentemente apparse anche lampade germicide a LED, con dimensioni ridotte e vita molto lunga. La norma di riferimento è la ISO 15714:2019 “Method of evaluating the UV dose

to airborne microorganisms transiting in-duct ultraviolet germicidal irradiation device”.

L’azione delle lampade UV è efficace sulle superfici direttamente colpite dalla radiazione e il loro uso all’interno di apparecchiature, come le sezioni di una centrale di trattamento dell’aria o i terminali d’ambiente, ha un effetto prevalentemente limitato alla sanificazione dell’apparecchiatura stessa, a meno che non si adottino sorgenti di potenza rilevante. Per l’applicazione a un flusso d’aria in un condotto è invece necessario valutare il tempo di permanenza delle particelle infette sotto l’azione della radiazione, in modo tale che la dose di radiazione sia sufficiente per l’inattivazione dello specifico agente patogeno. La sensibilità dei microrganismi alla radiazione UV è molto variabile: l’ordine di grandezza necessario per l’inattivazione al 90% dei virus (D90) è relativamente basso, di alcune decine di joule per centimetro quadro. La citata norma ISO riporta alcuni dati in merito, tra cui quelli relativi a generici coronavirus, ma senza riferimento specifico al SARSCoV-2, sottolineando la notevole incertezza dei dati stessi e la necessità di assumere un sufficiente margine di

sicurezza. In base alla potenza e alla disposizione della sorgente di UV e alla velocità dell’aria, è possibile valutare la lunghezza del tratto di condotto adeguato al trattamento richiesto; criteri di dimensionamento sono riportati nell’ASHRAE Handbook, Applications Volume.

Le lampade germicide UV-C possono essere montate direttamente in ambiente, purché schermate rispetto allo spazio occupato dalle persone (cosiddette lampade “upper room”, vedi Figura 8), o all’interno di unità locali autonome a ricircolo. È da ricordare che la radiazione UV-C è sempre dannosa per gli occhi e per la pelle.

Ionizzazione dell’aria

Un plasma è una miscela pressoché neutra (elettricamente) formata da ioni gassosi atomici o

molecolari, elettroni liberi e gas neutri. Esistono sul mercato da qualche anno apparecchi che, con un consumo elettrico molto basso, generano nell’aria un plasma con altissimo effetto di inattivazione su microorganismi, ma anche su altri tipi di inquinanti (VOC, odori). Questi possono essere del tipo sia per installazione diretta in ambiente che per montaggio in condotti d’aria o entro centrali di trattamento o unità terminali, e in questi ultimi casi posizionamento e dimensionamento dei componenti devono seguire le indicazioni della casa costruttrice. Alcuni modelli, corredati anche di elementi filtranti spinti (HEPA), si prestano per diverse applicazioni, come ad esempio la sterilizzazione di sale operatorie ospedaliere prima o dopo l’uso, laboratori di ricerca e altro. È da osservare che, ai fini della quantificazione dell’efficienza degli apparecchi ionizzatori, non è attualmente disponibile un riferimento normativo; tuttavia la loro compattezza, e la sostanziale assenza di perdite di carico, ne rendono promettenti gli impieghi sia locali che impiantistici.

Sono possibili diverse tecnologie per l’ionizzazione delle molecole d’aria, che avviene all’interno di tali dispositivi, mentre l’azione sanificante si esplica nel seguito del tempo all’interno dell’ambiente in cui viene immessa l’aria così trattata.

Apparecchi ad effetto fotocatalitico

Figura 8 - Il principio di applicazione delle lampade UV-C “upper-room”. Fonte: IES CR-2-20-V1

Il principio di funzionamento è questo: una lampada UV-C irradia una superficie alveolare di biossido di titanio o di altro materiale analogo (vedi Figura 9), che a sua volta provoca una forte ionizzazione delle molecole di ossigeno e di vapore acqueo dell’aria che lambisce tale superficie, con formazione di specie fortemente reattive e ossidanti (ossidrili, perossido di idrogeno, ecc.).

Apparecchi a plasma freddo

Figura 9 – Principio di funzionamento di un ionizzatore fotocatalitico. Doc. Tec. ActiveTek

Figura 10 – Esempio di ionizzatore NTP. Doc. Tec. Jonix

Un’altra modalità di produzione del plasma può avvenire mediante microscariche elettriche prodotte da elettrodi ad alta tensione alternata (vedi Figura10); questa tecnologia viene denominata “a plasma freddo” (NTP: Non Thermal Plasma). Per questo tipo di apparecchi recentemente sono stati conclusi esperimenti che hanno dimostrato l’efficacia dei sistemi NTP specificamente sul SARS-CoV-2.

Strumenti computazionali per la progettazione

Figura 11 - Confronto tra diverse strategie di ventilazione [12]

L’uso di modelli di fluidodinamica computazionale (CFD) per lo studio del moto dell’aria negli ambienti è stato finora dedicato alla valutazione delle condizioni di comfort termoigrometrico, ma può essere utile anche per lo studio della diffusione di bioaerosol infetto. Poiché il sistema non è più costituito dalla sola fase gassosa è tuttavia necessario in questo caso aggiungere al classico approccio euleriano delle equazioni di Navier-Stokes anche appropriati algoritmi di tipo lagrangiano che considerino le forze di attrito e di gravità sulle particelle del bioaerosol; è poi necessaria una adeguata

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Figura 12 – Visualizzazione dell’affollamento mediante sistema di videorilevamento rappresentazione della distribuzione dimensionale e dell’emissione delle particelle. Sono numerosi i lavori su questo tema cha appaiono nella letteratura scientifica e certamente ne potrà derivare un utile contributo per la miglior conoscenza di questo gravoso fenomeno. A titolo di esempio si cita uno studio, mediante CFD, [12] della dispersione di cariche infettive in una terapia intensiva (vedi Figura 11), ma lo stesso approccio può evidentemente essere applicato anche ad altre tipologie di ambiente.

Quali impianti per il futuro?

Considerazioni generali

Alla luce di quanto sommariamente descritto, si espongono alcune considerazioni, certamente non esaustive, sulle tipologie impiantistiche e le loro caratteristiche in relazione alla salubrità dell’ambiente interno, non solo in emergenza ma anche nell’uso ordinario. Come osservazione preliminare si può dire che non può esistere, ai fini di cui si tratta, una “classificazione di bontà” delle possibili configurazioni impiantistiche: bisogna considerare gli usi specifici e applicare in modo adeguato i diversi provvedimenti atti a limitare la diffusione di contagi.

Gli impianti ad aria primaria hanno portate più ridotte, rispetto a quelli a tutta aria, e non prevedono ricircolo, ma è consigliabile che la ripresa avvenga individualmente dai singoli ambienti trattati e non, come comunemente avviene, attraverso corridoi e servizi, che potrebbero risultare contaminati dal flusso proveniente da locali in cui siano presenti persone infette.

Per quanto riguarda i terminali, i sistemi radianti sono caratterizzati da una ridotta movimentazione dell’aria ambiente (sostanzialmente dovuta alla immissione dell’aria primaria) e questo limita la diffusione e il trasporto di particelle contaminate; d’altra parte ventilconvettori, induttori, travi attive, che ovviamente movimentano maggiori quantità d’aria, se opportunamente dotati di dispositivi a ionizzazione, possono addirittura diventare componenti attivi della sanificazione dell’ambiente.

Gli impianti a tutta aria (eccetto quelli per laboratori e applicazioni sanitarie) sono generalmente concepiti per funzionare con parziale ricircolo d’aria, eventualmente variabile: come già menzionato, alcune raccomandazioni istituzionali suggeriscono,

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nella presente situazione pandemica, di inibire totalmente la funzione di ricircolo; questo provvedimento che spesso non è di semplice attuazione, dovrebbe quindi essere attuato anche in altri casi di criticità sanitaria, comportando evidentemente difficoltà gestionali e inefficienze energetiche. Tuttavia, in relazione a quanto sopra esposto riguardo alla possibilità di sanificazione dell’aria, si può valutare la possibilità di mantenimento del ricircolo anche in caso di emergenza, dotando gli impianti di opportuni dispositivi di abbattimento o filtrazione delle cariche virali che, in ragione proprio della portata tendenzialmente elevata non solo possono evitare i rischi altrimenti attribuibili al ricircolo ma, possono invece dar luogo a una maggiore diluizione delle eventuali cariche infette prodotte all’interno di uno stesso ambiente, con conseguente maggior salubrità.

La diffusione dell’aria in ambiente è certamente un problema molto complesso: la fluidodinamica computazionale, ma anche lo studio diretto su “mock-up” possono fornire utili indicazioni progettuali.

La riduzione della concentrazione di cariche infettive può anche essere ottenuta mediante dispositivi locali (filtrazione, UV-C, ionizzazione, ma anche unità di ventilazione decentralizzata con recupero di calore), soprattutto nella riqualificazione di edifici esistenti (per esempio edifici storici o scuole) in cui l’invasività di strutture impiantistiche complesse e ingombranti deve necessariamente essere limitata.

Infine vale la pena menzionare che, accanto ad impianti di climatizzazione avanzati ed efficienti, gli impianti speciali possono offrire un ulteriore livello di sicurezza, grazie all’implementazione

BIBLIOGRAFIA

delle tecnologie degli “smart building”, quali, per esempio il monitoraggio delle temperature corporee, con individuazione immediata di soggetti contagiati, o l’individuazione di affollamenti nei percorsi e nelle aree di stazionamento, a partire dalle acquisizioni di sistemi di videosorveglianza (vedi Figura 12).

Conclusioni L’adozione di adeguate configurazioni impiantistiche, l’uso di tecnologie nuove o finora poco usate (UV-C, ionizzazione, filtrazione ad alta efficienza) nelle centrali, nei terminali, ma anche direttamente negli ambienti, la corretta installazione e manutenzione dei recuperatori di calore, lo studio della diffusione dell’aria mediante modelli CFD o mock-up, l’impiego di sistemi di controllo e monitoraggio, sono gli strumenti a disposizione dei progettisti per migliorare la salubrità dell’ambiente interno in condizioni di emergenza e non, verso uno scenario di crescente sicurezza e sostenibilità.  * Adileno Boeche, Manens-Tifs S.p.A., Socio AiCARR Roberto Zecchin, Manens-Tifs S.p.A., Università degli Studi di Padova, Socio AiCARR

[1] ISS. Rapporto n. 5/2020 rev.2. Indicazioni ad interim per la prevenzione e gestione degli ambienti indoor in relazione alla trasmissione dell’infezione da virus SARS-CoV-2. (rev. 2 del Rapporto di pari numero in data 21 aprile). Gruppo di lavoro “Ambiente e qualità dell’aria indoor”. Istituto Superiore di Sanità, 25 maggio 2020 [2] ISS Rapporto n. 33/2020. Indicazioni sugli impianti di ventilazione/climatizzazione in strutture comunitarie non sanitarie e in ambienti domestici in relazione alla diffusione del virus SARS-CoV-2. Gruppo di lavoro “Ambiente-Rifiuti COVID-19”. Istituto Superiore di Sanità. 25 maggio 2020 [3] AiCARR). Posizione di AiCARR sul funzionamento degli impianti di climatizzazione durante l’emergenza SARS-CoV-2. 19 Aprile 2020 [4] REHVA. How to operate and use building services in order to prevent the spread of the coronavirus disease (COVID-19) virus (SARS-CoV-2) in workplaces. 3 aprile 2020 [5] ASHRAE. Position Document on Infectious Aerosols. 14 aprile 2020 [6] Schoen, L. J. Guidance for building operation during the COVID-19 Pandemic. ASHRAE Journal Newsletter.

24 marzo 2020 [7] WHO. Getting your workplace ready for COVID-19. World Health Organization, Geneva, 3 Marzo 2020 [8] WHO. Infection prevention and control during health care when novel coronavirus (nCoV) infection is suspected.

Interim guidance. World Health Organization, Geneva, 19 Marzo 2020 [9] Lu J., GuJ., Li K., Xu1 C., Su W., Lai Z., Zhou D., Yu C., Xu B., Yang Z. 2020. COVID-19 Outbreak Associated with Air Conditioning in Restaurant, Guangzhou, China, 2020. Emerging infectious diseases, 26(7) [10] Cavallini A., Busato F., Pregliasco F. Remarks on the air recirculation in HVAC systems during the SARS-CoV-2 outbreak: the case of all-air ducted plants. AiCARR Journal, Vol. 63, n. 4, 50-55, 9-2020 [11] Gammaitoni L., Nucci M.C. Using a mathematical model to evaluate the efficacy of TB control measures.

Emerg Infect Dis. 1997 Jul-Sep; 3(3): 335–342. doi: 10.3201/eid0303.970310 [12] Ren J. Numerical Study of Three Ventilation Strategies in a prefabricated COVID-19 inpatient ward. Building and Environment. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2020.107467

Informazioni dalle aziende

LU-VE GROUP: PRIMA CERTIFICAZIONEEUROVENT PER LA CO2 A

lla fine del 2020, LU-VE Group è stata tra le primissime aziende a ottenere la certificazione Eurovent (Nº 00.10.214) per gli aeroevaporatori a CO2 delle gamme commercializzate con i marchi LU-VE Exchangers e AIA LU-VE. Gli scambiatori di calore di LU-VE exchangers sono stati i primi prodotti per cui Eurovent, nel 2016, ha ufficialmente certificato le zero failures, testimonianza del fatto che i prodotti testati non hanno mai fallito una singola prova nel corso di tre diversi cicli di test.

Nel 2000, LU-VE Group fu la prima azienda in Europa a ottenere la allora nuova certificazione “Certify All” di Eurovent, per tutte le gamme di condensatori, dry cooler e aeroevaporatori.

In questi venti anni, i prodotti LU-VE hanno sempre superato tutti i test di laboratorio previsti dalla procedura di certificazione. Tale procedura prevede una verifica annuale, presso istituti internazionali specializzati, di alcuni modelli scelti a campione dall’ampissimo portfolio prodotti.

DAL 2004 ALL’AVANGUARDIA NELLA CO²

La certificazione Eurovent per gli aeroevaporatori a CO2, prima della serie esplicitamente dedicata agli scambiatori che impiegano l’anidride carbonica come fluido refrigerante, è il coronamento di un percorso che ha visto LU-VE essere “first mover” in questo campo da oltre 15 anni.

Già nel 2004, molto in anticipo sul mercato e sull’attuale “green wave”, il gruppo aveva prodotto il gas cooler SHVDT 696 destinato al supermercato Coop Tä gipark di Wettingen (Zurigo, Svizzera) per conto di Linde, uno dei maggiori costruttori internazionali di sistemi di refrigerazione.

Il progetto, unico nel suo campo, fu studiato e sviluppato in collaborazione con il laboratorio Linde di Colonia. Si trattava, all’epoca, del più grande impianto transcritico a CO2 realizzato in Europa e nel mondo. Tuttora in esercizio, l’impianto è destinato alla refrigerazione in media e bassa temperatura (banchi fresco, banchi congelamento e celle frigorifere) e dispone di un circuito unico per la parte di alta pressione.

La realizzazione dell’impianto fu il risultato di uno studio complesso, completato in collaborazione con il Politecnico di

Milano, che ha comportato l’adozione di soluzioni e scelte tecniche all’avanguardia nel campo della refrigerazione.

L’impianto opera in condizioni limite di lavoro, mai raggiunte prima all’epoca: • refrigerazione interamente con ciclo transcritico a CO2; • pressione massima di esercizio 120 bar; • temperatura massima della CO2 150°C; • sistema spray (ad acqua demineralizzata); • garanzia della temperatura di uscita del CO2 dal gas cooler (non superiore a 30/35°C, in condizioni di progetto estive), e quindi elevato coefficiente di efficienza energetica COP (potenza frigorifera / potenza elettrica assorbita).

Mai prima era stato concepito e realizzato un impianto simile per dimensioni e complessità.

R&D E RISPETTO DELL’AMBIENTE In anticipo sul mercato fin dal 1986, LU-VE ha adottato una politica di ricerca e sviluppo d’avanguardia e di rispetto dei principi fondamentali di salvaguardia dell’ambiente: ridotti consumi energetici, ridotto impiego di refrigerante, bassi livelli di rumorosità, elevata affidabilità nel tempo, ridotti ingombri.

LU-VE Group è stato tra i primi produttori a puntare sulla sostituzione degli F-Gas (gas fluorurati ad effetto serra), in anticipo sul mercato, con fluidi naturali (anidride carbonica, idrocarburi e ammoniaca) a limitato o nullo impatto su ozono o effetto serra.

SPOSTARE L’EQUATORE DELLA CO²

Nel caso della CO2, la nuova sfida è spostare “l’equatore della CO2” e rendere questa tecnologia efficiente anche a latitudini in cui prima non era possibile. LU-VE Group è all’avanguardia anche in questo caso. Insieme ad istituti e università internazionali sta collaborando con la United Nations Industrial Development Organization (UNIDO) per aumentare la consapevolezza dei benifici derivanti dall’utilizzo dei fluidi naturali in sostituzione a quelli ad effetto serra.

A tal fine sono stati realizzati impianti pilota in India e in Medio Oriente, in aree in cui si pensava che le condizioni climatiche rendessero inefficiente l’uso della CO2 come refrigerante.

Dal 2004 a oggi, attraverso progetti di ricerca sui nuovi refrigeranti, LU-VE Group vanta un track record di prime installazioni transcritiche a CO2 di grande successo in Europa, America Latina, Medio Oriente e Asia. Nel 2020, è stato installato il primo impianto in Ucraina, nel supermarket a zero-impatto ambientale Silpo di Kiev, equipaggiato con pompe di calore, impianto fotovoltaico e un impianto di refrigerazione ad alta efficienza ad anidride carbonica. www.luvegroup.com – www.luve.it

Progettazione

Impianti HVAC e SARS-CoV-2, dobbiamo ripensarela progettazione?

L’avvento della pandemia dovrebbe spingere il progettista a ripensare a una serie di temi mai affrontati e altri trascurati. Vediamo quali F. Pedranzini*

L

A VALUTAZIONE DELL’IMPATTO della pandemia sull’im-

piantistica va a toccare moltissimi aspetti, e molte delle conseguenze dovute all’emergenza sanitaria diventeranno misurabili soltanto a pandemia finita.

Al di là degli effetti riscontrabili in termini sociali, sanitari ed economici è possibile cercare di fare il punto, settore per settore, di come la situazione emergenziale possa essere l’elemento di innesco o di accelerazione di una serie di trasformazioni che in assenza di questa avrebbero potuto forse aver comunque luogo, ma con tempistiche e impatto differenti.

Per quanto concerne il mondo della climatizzazione l’emergenza ha comportato in poche settimane la necessità di identificare quelli che risultano essere gli elementi di possibile criticità e a mettere a fuoco la necessità di rivalutare i compromessi tra prestazione, costo di installazione ed efficienza che hanno guidato la storia della progettazione fino ai giorni nostri.

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Fino dalle prime fasi dell’emergenza, l’impiantistica in generale e gli impianti ad aria in particolare sono stati oggetto di valutazione di quella parte della comunità medico-scientifica che si è occupata di cercare di ricondurre il tema del contagio alla comprensione di fenomeni che non fossero soltanto qualitativamente esaustivi ma che fossero anche quantitativamente valutabili e in qualche modo riconducibili a una situazione gestita.

I concetti base Dal punto di vista dei meccanismi di trasporto e contagio gli aspetti salienti sono praticamente tutti riconducibili a pochi concetti che sono stati più volte ribaditi e riconosciuti dalle autorità nazionali e internazionali chiamate ad esprimersi in proposito (Organizzazione Mondiale della sanità – OMS, Istituto superiore della sanità – ISS, U.S. Department of Labor Occupational Safety and Health Administration – OSHA [1] [2] [3]) nonché da associazioni tecniche (ASHRAE – REHVA – AiCARR

[4]) oltre che da una crescente letteratura tecnico-scientifica sul tema [5].

I concetti di base possono essere rapidamente riassunti come segue: • le modalità di contagio sono molteplici, tuttavia tra queste vi è la possibile trasmissione tramite inalazione di aerosol infetto, l’aerosol infetto è costituito dalla parte più leggera della miscela espirata ed espettorata e viene trasportato in aria seguendo i moti della stessa, siano questi causati da differenze di temperature o causati dall’azione di vento o degli impianti. In particolare, si evidenzia come l’aerosol infetto possa essere veicolato attraverso le condotte dell’aria; • l’aerosol oggetto di attenzione proviene da persone infettive: a partire dal momento in cui il virus

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entra nell’aria ha inizio un processo di decadimento della sua capacità infettante la cui durata può variare da qualche minuto a parecchie ore, a seconda del substrato di trasporto (goccioline o particolato) o della superficie su cui va a deporsi; un soggetto infettivo e sintomatico non è considerato come possibile causa di contagio in ambienti comuni in quanto si ritengono efficaci le azioni finalizzate a prevenirne l’accesso, mentre un soggetto asintomatico non può essere funzionalmente distinto dagli altri soggetti: di conseguenza quella che può essere considerata sorgente infettiva non può essere localizzata all’interno degli ambienti in quanto avrà un comportamento non differente dal comportamento di tutti gli altri; il rischio contagio per un soggetto sano dipende dalla coesistenza di tre fattori: la predisposizione individuale, la presenza di una carica infettante e un tempo sufficiente di esposizione. I tre fattori non sono indipendenti, tuttavia OMS parla di tempi di esposizione per un soggetto mediamente sano dell’ordine di 15 minuti a una distanza di un metro ovvero in presenza di carica infettiva confrontabile con quella emanata da un infettivo [1]; l’aria esterna ha dal punto di vista della presenza di aerosol infetto, un rischio di contagio che può essere ritenuto trascurabile. Questo è vero a meno di situazioni particolari legate ad applicazioni specifiche e/o problemi di posizionamento della presa dell’aria esterna; i sistemi di abbattimento dell’aerosol potenzialmente infetto possono essere molteplici e possono avere effetti e indicazioni applicative differenti. L’unica soluzione che ad oggi può essere certificabile da un punto di vista quantitativo e quindi utilizzata in un contesto di progettazione è la filtrazione meccanica realizzata tramite filtri ad altissima efficienza (classificati HEPA secondo EN 1882) all’interno di condotte dell’aria. Tale tipologia di filtrazione è riconosciuta come affidabile e in grado di abbattere con efficienze superiori al 99,97% il particolato da 0,3 µm.

Azioni correttive sugli impianti esistenti La considerazione di questi concetti, la loro contestualizzazione caso per caso e la declinazione in differenti contesti applicativi è alla base di tutte le soluzioni progettuali che sono state proposte e di tutti gli interventi a breve termine realizzati sugli impianti esistenti.

In particolare, i primi accorgimenti adottati sono stati quelli più perseguibili nell’immediato e atti ad evitare il trasporto incrociato di aerosol tra ambienti differenti e a favorire la diluizione dei contaminanti tramite l’immissione ove possibile di sola aria esterna [6].

L’applicazione di tali indicazioni ha contribuito al contenimento del rischio ma ha al contempo mostrato i limiti connessi a una gestione differente da quella prevista dal progetto originale. Tali limiti si traducono nella difficoltà degli impianti ad ottenere e mantenere le prestazioni di progetto ovvero controllare efficacemente la temperatura e l’umidità interne a causa dell’aumento di potenza termica e di ventilazione connesso all’utilizzo forzato di sola aria esterna. Deve inoltre essere considerato il considerevole aumento dell’impegno energetico che viene in alcuni specifici casi ulteriormente aggravato dalla necessità di disattivare le forme di recupero termico sull’aria espulsa a causa del possibile ricircolo intrinsecamente connesso al funzionamento di alcune tipologie di recuperatori.

Le difficoltà nella progettazione La problematica di base consta nel fatto che mentre il mondo dell’HVAC si è dotato di strumenti atti a commisurare l’azione (e il consumo) degli impianti alle effettive prestazioni attraverso il rilevamento in campo di grandezze note, nel caso del Covid-19 non esistono metodi di rilevamento in tempo reale e di conseguenza il principio di cautela impone di agire sempre come se un soggetto infettivo fosse effettivamente presente.

Ne segue che in nome della riduzione del rischio gli impianti sono utilizzati sempre al massimo della portata d’aria al di là della effettiva presenza di soggetti infettivi.

Per quanto riguarda la progettazione di nuovi impianti l’estensione alla valutazione di un rischio pandemico porta a un inevitabile ripensamento dei criteri generali forse più nella definizione funzionale degli impianti che nel dimensionamento. Le aree tematiche coinvolte sono più di una, in particolare è ragionevole immaginare che l’impiantistica non debba essere stravolta nelle sue impostazioni di base ma che possa essere senz’altro ripensata in un’ottica di maggiore flessibilità funzionale e di ottimizzazione dal punto di vista dell’efficienza di ogni aspetto in considerazione del fatto che un impianto potrebbe essere chiamato a regimi di funzionamento differenti nell’arco della sua vita utile.

Dal punto di vista dei criteri generali è possibile considerare due aspetti che potrebbero risultare

dirimenti relativamente alle scelte da fare: Il primo è un generale principio di equivalenza per cui se una certa prestazione può essere perseguita in più di un modo allora un progetto potrà tener conto di questo, andando ad esempio a considerare una certa flessibilità funzionale e la praticabilità di entrambe le modalità a seconda del contesto.

Per fare un esempio si può considerare un sistema multizona dotato di ricircolo quale quello rappresentato in Figura 1.

Ipotizzando la presenza di un infetto all’interno di un ambiente, la presenza di ricircolo tra le differenti zone porta alla contaminazione incrociata con evidente aumento del rischio per gli occupanti delle altre zone (Figura 2).

Le illustrazioni sono puramente qualitative, tuttavia la problematica risulta evidente.

L’applicazione dei criteri generali a questo caso indica due possibili soluzioni tra loro equivalenti ai fini della riduzione del rischio COVID, ciascuna caratterizzata da criticità e indicazioni specifiche: l’eliminazione del ricircolo (Figura 3) e l’introduzione di un sistema di abbattimento con filtrazione HEPA come mostrato in Figura 4.

Dal punto di vista energetico il costo dell’aria esterna dipende essenzialmente dalle condizioni esterne mentre il costo della filtrazione è da imputare al consumo maggiorato dei ventilatori che si trovano a dover funzionare a pressioni sensibilmente superiori.

Mentre il costo della filtrazione è stabile e a crescere con il progressivo intasamento, il costo dell’utilizzo di aria esterna vede un andamento prevalentemente stagionale con i picchi in pieno inverno e in piena estate e ampi periodi in cui può in certi casi anzi risultare conveniente rispetto al ricircolo: è il caso ad esempio delle condizioni idonee al free-cooling. Un impianto concepito a partire da queste considerazioni potrebbe ad esempio prevedere entrambe le modalità e la possibilità di modulare tra un regime e l’altro in base a criteri di convenienza. Questo tipo di predisposizione richiede qualche accorgimento funzionale (la presenza di serrande coordinate, la possibilità di fermare il recupero, una regolazione in grado di scegliere tra i due scenari) e di tipo dimensionale (il dimensionamento della presa d’aria esterna e di eventuali reti aerauliche e quello dei ventilatori).

L’esempio appena fatto illustra una soluzione impiantistica che in molti impianti è già ad oggi implementata per finalità appunto di puro freecooling, tuttavia si può ipotizzare che le nuove sensibilità post-Covid porteranno a un numero percentualmente maggiore di impianti predisposti in tal senso.

Il caso della predisposizione al free cooling viene preso quale paradigma dell’approccio alla progettazione nell’era post-Covid: in moltissimi casi non si tratterà di stravolgere i sistemi, ma di spingere sulle possibilità di farli funzionare in modo differente a seconda dei casi.

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Figura 1 – Impianto multizona con ricircolo

Figura 2 – Impianto multizona con ricircolo: presenza di un infettivo e contaminazione incrociata

Figura 3 – Soluzione tramite eliminazione del ricircolo e funzionamento a tutta aria esterna

Figura 4 – Soluzione tramite introduzione di abbattimento HEPA

Questo tipo di approccio inoltre risulta robusto anche dal punto di vista di situazioni differenti da quelle connesse al caso Covid ma che abbiamo compreso possono subentrare nell’arco di vita di un impianto costruito oggi. A titolo di esempio si potrebbe ipotizzare una situazione in cui l’utilizzo dell’aria esterna non possa più essere considerato sicuro a priori o nel caso in cui le implicazioni energetiche dell’uso di grandi portate di aria esterna dovessero essere ulteriormente penalizzanti per via del costo dell’energia o di un cambio di tipo climatico (basterebbe forse un aggiornamento delle tabelle delle condizioni di progetto da parte del legislatore per spostare l’asticella in molte applicazioni).

In attesa di un riferimento prescrittivo – i modelli di valutazione del rischio La progettazione impiantistica viene al giorno d’oggi realizzata per gran parte in termini di applicazione di norme di natura prescrittiva. Tali norme

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riportano tutte le situazioni a casi di riferimento per i quali le grandezze impiantistiche vengono fornite da tabelle.

La pandemia ha sottoposto alla attenzione dei progettisti una serie di situazioni per le quali le condizioni più critiche di funzionamento non sono più assimilabili alle casistiche esistenti.

Sarebbe molto comodo poter disporre di una tabella aggiornata riportante la portata per persona in presenza di infetti oppure la portata in termini di ricambi/h di aria esterna o trattata con filtri HEPA, ma ciò non è possibile nell’immediato.

Questo tipo di approccio risulta dalla applicazione di semplici modelli matematici che richiedono per ogni analisi di qualità dell’aria: a) la definizione di un contaminante ritenuto critico (es: CO2 per ambienti a occupazione umana); b) la possibilità di quantificare la portata di contaminante immessa in ambiente dalle sorgenti (es. tasso di emissione di CO2 per persona a seconda della attività svolta); c) la concentrazione di quello specifico contaminante

nell’aria immessa, sia questa esterna o filtrata; d) una concentrazione di riferimento da perseguire all’interno dell’ambiente controllato.

L’applicazione di bilanci di massa utilizzando queste informazioni in una serie di casistiche di riferimento ha consentito di pervenire a un approccio prescrittivo semplice da applicare e semplice da verificare.

Per quanto riguarda la contestualizzazione di queste metodologie al rischio di contagio per malattie aerotrasmesse la ricerca scientifica ha messo a disposizione nel tempo una serie di strumenti [7-9] che sono stati richiamati e rideclinati sulle specificità del Covid-19 in pubblicazioni recenti [10-12] e implementati anche in tool di calcolo che possono essere liberamente

utilizzati, quale quello sviluppato da REHVA [13].

Tali strumenti uniti alla conoscenza degli aspetti impiantistici consentono di elaborare le informazioni legate ai punti a), b) e c) e di creare una correlazione tra queste informazioni e un parametro definito come percentuale di rischio di contagio da parte di un soggetto sano.

Il punto che risulta critico è invece il punto d) ovvero la determinazione di una concentrazione correlata a una soglia di rischio ritenuta accettabile.

Nel caso del Covid non è possibile fare sperimentazione diretta per motivi etici e al tempo stesso i dati storici sono ad oggi ancora insufficienti per la definizione di soglie che possano ritenersi statisticamente accettabili, posto che il rischio zero non può essere perseguibile e che le conseguenze in termini energetici e ambientali non possono essere trascurate.

La scelta di questa soglia non è una scelta impiantistica, né

presumibilmente è una scelta unicamente di tipo medico o energetico e sarà presumibilmente una scelta politica.

In assenza di un riferimento chiaro e autorevole la progettazione impiantistica non potrà fornire che proposte migliorative e una serie di ottimizzazioni atte a minimizzare il parametro di rischio riducendo ogni possibile inefficienza, prevenendo contaminazioni incrociate tra zone o ambienti diversi e massimizzando l’azione di asportazione dell’aerosol potenzialmente infetto dal volume occupato.

Ciò che invece risulta sin da subito perseguibile per tutti gli impianti esistenti e nuovi è l’impiego dei modelli di valutazione del rischio per stabilire la correlazione tra il numero di infettivi e il livello del rischio.

Sarà quindi possibile definire delle regole di limitazione all’accesso e/o al numero di persone presenti legate a valutazioni di ordine statistico (es. percentuale di infetti asintomatici nella popolazione di una certa area) e a valori di riferimento di rischio accettabile.

Un approccio di questo tipo può consentire ai progettisti di continuare la propria attività rimandando la caratterizzazione prestazionale riguardo al tema Covid dei sistemi a quando verranno emanati i riferimenti.

Figura 5 – Caso uffici, sistema ad aria con immissione nei singoli uffici, griglie di transito ed espulsione dalla zona servizi

Figura 6 – Caso uffici, sistema ad aria con immissione nei singoli uffici, griglie di transito ed espulsione dalla zona servizi, effetti derivati da presenza di infettivi

Gli obiettivi perseguibili fin da ora dalla progettazione In attesa di risposte relativamente a quanto sopra, esiste una serie di attenzioni e di soluzioni che possono essere ritenute come certamente migliorative e perseguibili da subito.

Si ritiene pertanto utile una rassegna degli aspetti salienti di un impianto ad aria che possono essere presi in considerazione.

Ricircolo. Il tema del ricircolo è stato introdotto nella prima parte di questo articolo e non si ritiene necessaria una ulteriore specificazione.

Tuttavia può essere utile evidenziare che l’utilizzo del ricircolo risulta critico unicamente se utilizzato in impianti multizona.

In caso di adozione di sistemi di abbattimento nella condotta non certificati dal punto di vista dell’efficienza di abbattimento, una qualunque forma di ricircolo può consentire una progressiva rimozione di aerosol infetto e risulta di conseguenza certamente migliorativa.

Tale considerazione può essere rilevante in tutti quei casi in cui un sistema esistente non può essere utilizzato a tutta aria esterna per problemi funzionali (è questo ad esempio il caso di molte unità integrate tipo Roof-Top ad espansione diretta) e al tempo stesso non si dispone della prevalenza sufficiente a sostenere uno stadio di filtrazione meccanica.

Un’impostazione di questo tipo risulta aprire il campo a soluzioni alternative alla filtrazione meccanica una volta che ci sarà la possibilità di certificarne le prestazioni.

Tutte le considerazioni riferite alle possibili criticità del ricircolo possono essere estese ai sistemi di recupero termico dall’aria espulsa in virtù del fatto che i recuperatori rotativi non garantiscono una intrinseca tenuta tra espulsione e mandata, e il risultante potenziale ricircolo può essere considerato al pari di un ricircolo vero e proprio anche se caratterizzato in genere da portate inferiori.

Nei casi in cui il ricircolo deve essere evitato risulta quindi opportuno un approfondimento sulle modalità di installazione dei recuperatori.

Trasferimento. Negli impianti civili il trasferimento di aria tra ambienti differenti risulta accettabile se l’aria in ingresso proviene da ambienti a uguale o migliore qualità dell’aria. Il trasferimento viene normalmente guidato da differenze di pressione derivanti da un accorto posizionamento e dimensionamento dei terminali di mandata o di ripresa.

Tale strategia esclude ovviamente il ricircolo e un caso tipico di quanto esposto viene rappresentato in Figura 5.

Un sistema di questo tipo è molto frequente nelle applicazioni del terziario ove un impianto ad aria primaria per il rinnovo si accompagna a mobiletti ventilconvettori atti al controllo in locale della temperatura.

Nel caso di presenza di un infetto il meccanismo

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del trasferimento riporta la contaminazione in tutti gli ambienti a valle dell’ambiente di origine, come si può evincere dalla Figura 6.

Il corridoio e i servizi rappresentano ambienti di occupazione comune anche se non permanente e questo aumenta le probabilità di contagio.

Tale situazione può essere evitata dal progettista tramite l’introduzione di una rete di ripresa distribuita che elimina i presupposti per un trasferimento (Figura 7): se correttamente dimensionata, tale configurazione rimane comunque in grado di mantenere in depressione i servizi, a patto però di immettere una idonea portata di compensazione direttamente in corridoio. Si evidenzia inoltre come in casi come questi le attività di bilanciamento dell’impianto risultano fondamentali al fine di ottenere la neutralità delle pressioni così come problematiche altrettanto impattanti possono derivare da difetti di tenuta delle condotte non trascurabili.

Al di là del caso specifico si può evidenziare che un effetto di trasferimento può essere ritrovato anche all’interno di ambienti grandi e serviti da un impianto monozona quali ad esempio cinema, teatri, ipermercati, aule universitarie: spesso i progettisti tendono a curare particolarmente l’immissione tramite sistemi di immissione più o meno raffinati ma generalmente distribuiti a soffitto in modo omogeneo. Al tempo stesso risulta piuttosto frequente la concentrazione delle riprese in pochi punti, dando così origine a una sorta di trasferimento trasversale all’interno dell’ambiente.

Anche in tal caso una miglior distribuzione dei punti di ripresa può realizzare una sorta di zonizzazione dinamica che favorirebbe il contenimento del rischio.

Modalità di diffusione dell’aria Le modalità di immissione dell’aria possono avere effetti molto diversi dal punto di vista della diluizione e rimozione dell’aerosol dalla zona occupata.

Si prende a riferimento il caso illustrato in Figura 8, ovvero il caso di presenza di un infettivo in un ambiente privo di ventilazione.

La presenza anche non permanente di un soggetto infettivo crea localmente le condizioni per

Figura 7 – Caso uffici, sistema ad aria con immissione ed estrazione nei singoli uffici, espulsione dalla zona servizi con immissione di portata di compensazione in corridoio

il contagio e la mancanza di moti d’aria consente il mantenimento di tali condizioni oltre il tempo critico e quindi il possibile contagio.

Passando alla considerazione della presenza di un impianto di ventilazione forzata ed escludendo dalla disanima tutti i sistemi gravati da carenze di tipo progettuale, mal dimensionati oppure viziati da posizionamenti non ideali in quanto vincolati da aspetti architettonici o normativi, si può affermare che gli impianti possono essere riportati a due categorie: i sistemi a miscelazione e i sistemi a dislocamento.

Nel primo caso l’effetto primario è un effetto di diluizione dell’aria ambiente con aria immessa, e questo comporta una certa omogeneizzazione sia verticale che orizzontale dei contaminanti in genere (e dell’aerosol in particolare) con un apparente effetto di trasferimento accoppiato però da un preponderante effetto di diluizione e di abbattimento delle concentrazioni locali che può portare l’ambiente a un ripristino delle condizioni di salubrità prima che sia passato il tempo critico di 15 minuti.

Tale modalità di funzionamento viene illustrata in Figura 9.

Si evidenzia che una prima diluizione viene fatta a carico dell’aria già presente in ambiente e questo implica che parte della carica infettiva

viene guidata nella parte superiore dell’ambiente e quindi fuori dalla zona occupata, in seguito e in dipendenza dalla portata di aria esterna (o filtrata) avviene un transitorio di progressivo ripristino delle condizioni ambientali i cui meccanismi sono quelli indagati dai modelli di calcolo di gestione del rischio illustrati in precedenza.

Le tempistiche di ripristino saranno quindi legate alle portate immesse e alle caratteristiche di permanenza della sorgente infetta.

Una seconda tipologia di diffusione dell’aria in ambiente è quella denominata Dislocamento: in questo caso l’obiettivo prevalente non è più diluire per miscelazione con aria pulita, bensì assecondare i moti convettivi ascensionali che avvengono in ambiente in corrispondenza delle sorgenti termiche che, nel caso di persone, sono anche le sorgenti infettive. Il meccanismo richiede un’immissione di aria dal basso a una temperatura inferiore a quella ambiente e quindi idonea a favorirne una diffusione senza miscelazione

Figura 8 – Presenza di un infettivo all’interno di un ambiente privo di ventilazione o in condizioni di impianto spento

34

#66

Figura 9 – Sistema di diffusione dell’aria a Miscelazione, evoluzione qualitativa delle condizioni locali e generali dell’ambiente servito

Figura 10 – Sistema di diffusione dell’aria a Dislocamento, evoluzione qualitativa delle condizioni locali e generali dell’ambiente servito

orizzontale a livello del pavimento.

L’aria che sale porta con sé i contaminanti e viene sostituita dall’aria introdotta in basso. Il meccanismo viene rappresentato in Figura 10.

In questo caso risulta evidente che vengono massimizzati gli effetti di rimozione del contaminante e, a pari prestazione in termine di contenimento del rischio, questa strategia consente l’adozione di valori di portata che possono essere molto inferiori.

BIBLIOGRAFIA

[1] [2] [3] [4]

La quantificazione della differenza prestazionale tra sistemi a Miscelazione e sistemi a Dislocamento passa dalla considerazione del parametro di efficienza di ventilazione εv che viene assunto come indice prestazionale e il cui valore è pari a 1 nel caso di sistemi a perfetta miscelazione e risulta superiore per sistemi più efficienti (o inferiore per sistemi meno efficienti). Nel caso del Dislocamento εv assume valori che possono essere compresi tra 1 e 2, e visto che a pari prestazioni la portata varia in modo inversamente proporzionale al valore di εv l’adozione di tale strategia può essere molto conveniente.

WHO-2019- nCoV-Contact Tracing – 2021.1 OSHA – 2020 Guidance on Preparing Workplaces for COVID-19 REHVA COVID-19 guidance document – November 2020 AICARR – 2020 Protocollo per la riduzione del rischio da diffusione del SARS-CoV2-19 nelle operazioni di gestione e manutenzione degli impianti di climatizzazione e ventilazione esistenti.

[5] L. Morawska, D. K. Milton. It Is Time to Address Airborne Transmission of Coronavirus Disease 2019 (COVID-19) [6] AICARR – Protocollo per la riduzione del rischio da diffusione del SARS-CoV2-19 mediante gli impianti di climatizzazione e ventilazione esistenti 2020 [7] Wells WF. Airborne contagion and air hygiene: an ecological study of droplet infections. Cambridge (MA): Harvard University Press; 1955.

[8] Riley RL. Airborne infection. Am J Med 1974;57:466-75.

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[10] M.Vio. Gli impianti di climatizzazione e il rischio di contagio Aicarr Journal 61 – 2020 [11] G. Buonanno, L. Stabile, L. Morawska. Estimation of airborne viral emission: Quanta emission rate of SARSCoV-2 for infection risk assessment, Environment International, Volume 141, 2020, 105794, ISSN 0160-4120, [12] A.Cavallini, F. Busato, F. Pregliasco. Remarks on the air recirculation in HVAC systems during the SARS-CoV-2 outbreak: the case of all-air ducted plants AiCARR Journal / Vol 63, n. 4, 50 – 55, 2020 [13] REHVA Calculator – https://www.rehva.eu/covid19-ventilation-calculator

Conclusioni L’avvento della pandemia ha portato sul tavolo del progettista una serie di temi mai affrontati e una serie di temi precedentemente forse trascurati.

Dal punto di vista dei primi il mondo della ricerca e della normativa hanno fornito ad oggi alcuni strumenti utili alla progettazione ma siamo ancora in attesa di risposte attinenti i valori di soglia ritenuti accettabili e pertanto non è ancora possibile modificare gli aspetti dimensionali degli impianti. Per quanto riguarda i temi ad oggi in parte trascurati essi possono invece essere ripresi: si tratta sostanzialmente di una serie di accorgimenti riguardanti la flessibilità funzionale degli impianti e le modalità con cui questi interagiscono con gli ambienti serviti che possono essere presi in considerazione fin da ora.

A questo proposito è infine utile sottolineare l’impatto che alcuni aspetti ad oggi spesso sottovalutati possono avere, con particolare riferimento al bilanciamento e alla tenuta delle reti aerauliche.

La considerazione di questi aspetti meriterebbe di essere estesa e portare a una attenta rivalutazione del Commissioning in quanto attività deputata al controllo integrato di tutte le fasi, a partire dalla progettazione fino alla realizzazione e avviamento dell’impianto.  * Federico Pedranzini, Politecnico di Milano, Socio AiCARR

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35

Best under pressure: La nuova serie AxiEco La serie AxiEco è sinonimo di elevato lancio d'aria, massimi valori di prestazioni e massima efficienza.

Grazie al design innovativo del prodotto e ottimizzazioni aerodinamiche, i ventilatori assiali funzionano anche con la massima efficienza ad alte pressioni di ritorno, rendendoli ideali per l'uso nella tecnologia di ventilazione, condizionamento e refrigerazione e nell'ingegneria me meccanica.

Ulteriori informazioni su AxiEco Protect e AxiEco Perform: ebmpapst.com/axieco

ORIGINAL ARTICLES

Promuovere la sinergia tra i mondi della ricerca, delle aziende e delle professioni Continua la pubblicazione della sezione dedicata ad articoli con contenuti tecnico-scientifici presentati secondo gli standard internazionali, fortemente voluta dal Comitato Scientifico che crede nella sinergia tra mondo della ricerca, mondo delle aziende e mondo della professione: la ricerca mette a disposizione delle aziende e dei professionisti strumenti utili per lo sviluppo delle loro attività e da loro riceve continui stimoli. In questo senso, il Comitato Scientifico ritiene indispensabile che gli articoli presentati in questa sezione siano contemporaneamente caratterizzati da rigore scientifico e utili a tutti i lettori di AiCARR Journal.

In questo numero sono presenti due lavori, entrambi in lingua inglese.

Il primo contributo è la prima parte di uno studio secondo l’approccio della teoria termodinamica. In questa prima parte è presentata l’analisi exergetica di diversi sistemi di generazione in funzione della configurazione e delle temperature alle quali operano.

Il secondo, sempre in lingua inglese, è un contributo assai interessante sull’utilizzo di sistemi di climatizzazione ad attivazione termica della massa (TABS) con ventilazione integrata nel pavimento galleggiante. Vengono investigate attraverso simulazione numerica dinamica le performance del sistema ed evidenziati i suoi limiti e potenzialità in relazione alle condizioni dell’aria, in presenza o assenza di un adeguato trattamento termoigrometrico.

Il Comitato Scientifico ringrazia gli Autori.

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ORIGINAL ARTICLE

AiCARR Journal / Vol 66, n. 1, 38 - 46, 2021

Marco Noro1*

Sensitivity analysis of base processes and equipment in HVAC plants using low and medium temperature heat sources Part 1 Analisi di sensitività dei processi di base e apparecchiature per la climatizzazione che utilizzano calore a media e bassa temperatura Prima parte 1 Department of Management and Engineering, University of Padova, Vicenza, Italy

*Corresponding author:

DOI: 10.36164/AiCARRJ.66.01.02

Marco Noro

Department of Management and Engineering University of Padova Stradella S. Nicola 3 36100 Vicenza, Italy marco.noro@unipd.it tel +39 0444 998704

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Abstract

Sommario

Useful utilization of low and medium temperature heat can be a valuable issue when designing nearly zero-energy buildings (2010/31/UE Directive) and considering 2018/2001/UE Directive on the promotion of the use of energy from renewable sources.

From the thermodynamic point of view, heat recovery covers a lot of technologies: vapor compression chillers and heat pumps, sorption machines, power cycles, cogeneration. In the first part of this study, the impact of heat source, heat sink and environment temperatures is analyzed for such technologies, both from the energy and exergy point of view. In the second part of this study, such analysis is extended to humid air in the main psychrometric processes. On this basis, as in Mediterranean climates new and energy retrofitted buildings are going to have increasing cooling demand with respect to heating, direct and indirect evaporative cooling air conditioning plant schemes are studied from the exergy point of view.

Keywords: ▶ Heat source ▶ Cogeneration ▶ Trigeneration ▶ Exergy analysis ▶ Absorption chiller ▶ Evaporative cooling

L’opportuna utilizzazione di calore a bassa e media temperatura può essere un elemento importante nella progettazione di un edificio ad energia quasi zero (Direttiva 2010/31/UE), anche in considerazione della Direttiva 2018/2001/UE sulla promozione dell’utilizzo delle fonti rinnovabili di energia. Dal punto di vista termodinamico, il recupero termico comprende molte tecnologie: macchine frigorifere e pompe di calore a compressione meccanica, macchine ad assorbimento, impianti di produzione di potenza, cogenerazione. Nella prima parte di questo lavoro viene analizzato l’impatto della variazione delle temperature delle sorgenti e dei pozzi termici, nonché della temperatura ambiente, sull’efficienza energetica ed exergetica di tali tecnologie. Nella seconda parte tale analisi viene estesa all’aria umida nei principali processi psicrometrici. Su tale base, poiché nei climi mediterranei il peso dei fabbisogni per il raffrescamento sta diventando sempre maggiore rispetto a quello per il riscaldamento, soprattutto nei nuovi edifici e in quelli ristrutturati, vengono analizzate le efficienze exergetiche degli schemi di climatizzazione tramite raffreddamento evaporativo diretto e indiretto.

Parole chiave: ▶ Sorgente termica ▶ Cogenerazione ▶ Trigenerazione ▶ Analisi exergetica ▶ Chiller ad assorbimento ▶ Raffreddamento evaporativo

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ORIGINAL ARTICLE

Marco Noro NOMENCLATURE Symbols AHU Air Handling Unit CHP Combined Heat and Power plant COP Coefficient Of Performance DEC Direct Evaporative Cooling EER Energy Efficiency Ratio EX exergy (W) h specific enthalpy (J kg-1) HP Heat Pump HVAC Heating, Ventilation and Air Conditioning IEC Indirect Evaporative Cooling m mass flow rate (kg s-1) ORC Organic Rankine Cycle Q heat or cold (thermal energy) (J) Q thermal power (W) s specific entropy (J kg-1 K-1) S stream flow entropy (W K-1) T temperature (°C) TER Total Energy Ratio VC vapor compression W mechanical work (J) x humidity ratio (kgvap kga-1) X can be η, EER, COP, TER, ηI Greek symbols β ratio between recirculated and inlet air flows in IEC ε adiabatic saturator efficiency Φ relative humidity η efficiency σ specific cost ratio ξ heat exchanger (recuperator) effectiveness ψ stream flow exergy (J kg-1)

Introduction Traditional analysis and optimization methods for analyzing efficiency of energy systems do not usually consider the different qualities of energy flows during the processes. Moreover, in legislative acts this can produce relevant misunderstanding such as the ones of Legislative Decree 28/2011 (transposition of the European Directive 2009/28/EC in Italy, now substituted by the 2018/2001/UE Directive) highlighted by AiCARR (Italian association of air conditioning, heating and refrigeration) (AiCARR, 2011).

In a first step, reasoning in terms of primary energy can be a suitable way to correctly assess energy flows from different sources, as they are weighted with the primary energy factors. The latter are derived from statistical material and political discussion (CEN, 2018) (UNI, 2016) (ARERA, 2008).

A more correct way of proceed is based on the thermodynamic concept of exergy. This is the maximum work that can be obtained from an energy flow, or by a change of the thermodynamic state of a system (in particular the exchange of the heat Q available at temperature T). As a matter of fact, exergy expresses the quality of an energy source or flow. Exergy analysis has been used in the last decades for optimization processes of power stations and, in general, where norenewable primary energy (fossil and nuclear) was used (Kaushik et al., 2011) (Boroumandjazi et al. 2013) (Kim et al., 2012) (Sayyaadi and Sabzaligol, 2009). More recently, exergy has been applied also where low and medium temperature heat is available, in particular to buildings (Sala Lizarraga et al., 2020) (Liu et al., 2021) (Balta, 2012) (Hepbasli, 2012) (Balta et al., 2011) (Hepbasli, 2011) (Chua et al., 2010) (Ozyurt and Ekinci, 2011) (Yucer and Hepbasli, 2011) (Dincer and Rosen, 2007) (Torio et al., 2009) (Buchin and Ziegler, 2013). Exergy demand for applications in buildings air conditioning is naturally low, as indoor air temperature and relative humidity have to be maintained in the range 20-26 °C

Subscripts  environment, reference state  refers to the inlet thermodynamic state in DEC and IEC ’ refers to the second air flow in adiabatic mixing process  refers to the thermodynamic state of inlet air flow after the (direct) adiabatic saturator in DEC and of outdoor air flow after the heat exchanger (recuperator) in IEC I first law of thermodynamics a dry air A refers to the thermodynamic state of indoor ambient air flow c cold C refers to the thermodynamic state of outlet air flow after the (indirect) adiabatic saturator in IEC d drive dest destroyed el electric ex exergy gen generated i ideal in inlet inf infinite max maximum min minimum O refers to the thermodynamic state of outlet air flow after the heat exchanger (recuperator) in IEC out outlet r real s source u upgrade useful useful thermal energy or mechanical work v vapor w water

and around 50% respectively. As a matter of fact, this demand is satisfied usually with high quality sources, such as fossil fuels or using electricity from the grid.

In the first part of this study, we analyze different options for revalorization of low and medium temperature heat in buildings application, studying the impact of the variation in heat source, sink and environment temperatures from both energy and exergy point of view, also accounting for the cost of heat exchange. Direct power and reverse cycles are considered: the former convert heat into mechanical work, the latter allow to convert heat into cold cooling energy, or to enhance its quality to a higher temperature level. The technological options to do this are abundant: closed steam (or ORC) cycles, open steam cycles, combined heat and power by different prime motors, vapor compression chiller and heat pumps, sorption equipment.

Furthermore, due to the reduction of thermal losses and the increase of internal heat gains weight in new and energy retrofitted buildings, air conditioning is increasing its relevance, especially in milder climates as the Italian one. In the second part of this study, that will be published in the next issue of AiCARR Journal, wet bulb economizer cycles such as direct evaporative cooling (DEC) and indirect evaporative cooling (IEC) are analyzed by the energy and exergy point of view.

METHODS Low and Medium Temperature Heat Valorization In this study, we consider “low” temperature to be lower than environment temperature (say below 100 °C), whereas “medium” temperature is intended to be above such value, and even can reach some hundred degrees (say till 600 °C). Whereas heat at medium temperature is typically available in industry (i.e. food and drink, mechanical, textile, paper, etc.), low temperature heat is widely available also

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ORIGINAL ARTICLE

AiCARR Journal / Vol 66, n. 1, 38 - 46, 2021

D irect cycle

R ev erse cycle

Pow er cycle

Tinf (w o r k )

V C chiller

w ork

V C HP

w ork

Total energy system

A bs. Chiller

A bs. HP

Heat transf .

Multiuse unit

w ork

w ork

120

9 0 W Q

Q W

Tu ( ° C)

d

Q

T0 ( ° C)

Q

9 0 Q

d

Q

0

Q

c

10

Tc ( ° C)

Q

u

5 0 Q

0

Q

c

0

Q

3 5

7

W

Q

Q

u

s

Q

d

Q

8 0 Q

c

Q

u

s

5 0 Q

0

5

u

8 0

5 0 Q

5

W

5 0 Q

w ork

5 00 0

8 0 u

0

3 5

Q

d

5 0 Q

Ts ( ° C)

u

High temp. HP

w ork

W W

Td ( ° C)

CHP

10

10

7

0

10

10

7

Figure 1 – Different options to valorize generic sources of heat at low and medium temperature. The temperatures are sorted by increasing value from the bottom (cold, Tc) to the top (work, theoretically at infinite temperature). Inputs are colored in red and underlined, outputs are colored in green and not underlined. The set temperatures are as an example Figura  – Diverse opzioni per valorizzare sorgenti di calore generiche a bassa e media temperatura. Le temperature sono ordinate in senso crescente dal basso (freddo, Tc) verso l'alto (lavoro, teoreticamente a temperatura infinita). Gli input sono in rosso e sottolineati, gli output sono in verde e non sottolineati. Le temperature indicate sono di esempio

of set temperatures of the heat entering (input, color red, underlined) or leaving (output, color green, not underlined) the devices: • Power cycles: they can be realized by Rankine cycle, Stirling cycle (even if at temperature of 500-600 °C the efficiency is very low) or thermoelectric generators. They convert heat at drive temperature Td in mechanical work, releasing heat to the environment at T; • Reverse cycles: can be chillers, vapor compression (driven by mechanical

in energy production and HVAC plants in many types of building.

Very different options are available for valorization of low and medium temperature heat. Some of these which are state of the art, or technically feasible, or at least in discussion, are reported in (Buchin and Ziegler, 2013). In this study, we consider the most widely diffused technologies as reported in Figure 1: they are classified by the type of thermodynamic cycle (direct, reverse, total energy systems) reporting an example 1

TABLES AND TABLES CAPTIONS

2Table 1 – Energy, exergy and cost performance of the different heat valorization processes. Real energy efficiencies are set for typical equipment on the market, ideal energy and exergy efficiencies and specific cost ratio are calculated on the basis of Figure 1.

3 Refer to Figure 1 and to the Nomenclature section also for the meaning of the symbols 4 Tabella Ta b  le 1 . En erg y , energetiche, exerg y a n d coexergetiche st p erf o rm ed a n in cetermini o f t h e di dif costo f eren t dei h eadiversi t v a lo processi riz a t io n dip rovalorizzazione cesses. Rea l del en ergcalore. y ef f icien cies a refanno set f o riferimento r t y p ica l eq auiptecnologie m en t o n presenti t h e m a rk sul et ,mer– Prestazioni I valori reali 5

idea l en erg y a n d exerg y ef f icien cies a n d sp ecif ic co st ra t io a re ca lcula t ed o n t h e b a sis o f F ig ure 1 . Ref er t o F ig ure 1 a n d t o t h e N o m en cla t ure sect io n a lso f o r t h e

6 cato attuale, m ea n in g i valori o f t h e ideali sy m b o sono ls. calcolati sulla base della Figura . Riferirsi alla Figura  ed alla Nomenclatura per il significato dei simboli 7 D irect cycle Pow er cycle

V C chiller

T E nergy ηi 1 − 0 Td ef f iciency (id eal) 0.28 W E nergy ηr Q ef f iciency (real) 0.12

E x ergy ef f iciency

ηr ηi

d

 T0    1 − T  d  

−Q

8 9 10 11 12 13

σ

+Q

d

2

0

−1

ηr

W

15 .6 7

 T0 1 −  T c  W

   

EERr EERi

c

 T0 1 −  T c 

 +Q   W

14

#66

σ

u

η ex

Q

1 2+ EER r

0

c

c

Q

c

+Q +Q

u

1

Q

 T0 1 −  T u  W

   

η ex

COPr COPi

c

η ex

σ

+Q

u

Q

1 2− COPr

0

u

σ

1.71

η I ,i

c

+Q

d

Q

+Q

c

0

2 2+ EER r

Q W

c

4 .00 u

 T0 1 −  T u 

   

W

η I ,r

+Q Q

11.77 η el ,r

u

d

0.8 5 T TERr − 2 0 EERr Tc

η ex

σ

u

1.8 8

Q

W d

0.4 0  T  W + Q u 1 − 0   Tu   T0  Q d 1 −   Td 

Tu Tu − Ts

COPi

Td ⋅ Tu

0.9 9 EERr

Td

0.3 5

u

d

+Q Q

u

Q

COPr

W

d

+Q W

u

+Q

+Q u

0

η I ,r

Q

η ex

Td − T0

Q

η ex W

σ

Q

0

2

σ

Q

5 .71

High temp. HP

u

 T0    1 − T  u    T0 + Q s 1 −  Ts u

1.6 7

+Q

s

Q

u

u

u s

 T0  1 −   Tu   T0  Q s 1 −   Ts 

u

   

 T  COPr ⋅ 1 − 0   Tu  T  1 − (COPr − 1) ⋅  0 − 1  Ts 

0.25 Q

COPr COPi

3 .00

η I ,r − (T0 Tu ) ⋅ (η I ,r − η el ,r )

2 − η el ,r

+Q

2.00

Tu − Td (η I ,r − η el ,r )

Q

u

COPr COPi

0.5 6 Q

σ

4 .8 6

1 − T0

d

0.5 9 Q

Q

COPr

u

 T0  1 −   Tu   T  Q d 1 − 0   Td  Q

EERr − EERi

0.4 6 Q

Q

1.00

 T0  1 −   Tc   T  Q d 1 − 0   Td  Q

0.6 2 Q

COPr

d

0.70

0.77

Q

1.00

Q

EERr

c

Tu Ts − T0 Ts Tu − T0

COPi

1.6 8 Q

Total energy system CHP

Multiuse unit Tu + Tc E nergy TERi Tu − Tc ef f iciency (id eal) 14 .03 Q c +Q u E nergy TERr ef f iciency W (real) 8 .5 0

S pecif ic cost ratio

+Q

c

2.20

Q

W

0.4 9 Q

σ

0.4 1

40

c

0.5 0 Q

E x ergy η ex ef f iciency

15

COPr

u

Heat transf .

Tu Td − T0 Td Tu − T0

COPi

1.5 2 Q

3 .5 0

η ex

0.4 3 S pecif ic cost ratio

W

5 .00 W

c

A bs. HP

Tc Td − T0 Td T0 − Tc

EERi

7.18 Q

EERr

η ex

Tu Tu − T0

COPi

10.01

d

Q

Tc T0 − Tc

EERi

R ev erse cycle A bs. Chiller

V C HP

2−

1 COPr

o

+Q Q

u u

+Q

s

2 COPr

ORIGINAL ARTICLE

Marco Noro work) or thermal compression (driven by heat at Td). They “produce” cold water or air at Tc releasing heat by the condenser (and the absorber in heat driven refrigerators) to the environment at temperature T. Reverse cycles can be used also to upgrade heat from environment temperature T to useful temperature Tu by means of mechanical work (vapor compression) or heat at drive temperature Td (thermal compression). Among thermally driven reverse cycles, we consider the heat transformer as well: it upgrades heat from a source at Ts to a useful level Tu with degrading part of it to the heat sink typically at environment temperature T.

In all these options, the heat source or the heat sink correspond to the environment.

• “Total energy” systems feature both the heat reservoirs (source and sink) at temperatures different from T (Figure 1). Three technologies are here considered: ⚬ reverse cycle with Tc < T and Tu > T: this is a “multiuse unit” producing simultaneously two useful effects (heating and cooling); ⚬ direct cycle with Tu > T: this is a combined heat and power (CHP) plant, using a driving heat at Td (typically from fuel combustion but, in this context, it may be a medium temperature heat recovered from industrial processes) to “produce” mechanical work W and useful heat at Tu > T; ⚬ reverse cycle with Ts > T: this is a “high temperature” heat pump, using mechanical work to upgrade a heat source at temperature Ts > T to Tu > Ts (typically used in industry or district heating plants).

Exergy efficiency:

Specific cost ratio:

VAPOR COMPRESSION CHILLER

Ideal energy efficiency: Real energy efficiency:

Exergy efficiency: Specific cost ratio:

VAPOR COMPRESSION HEAT PUMP

Ideal energy efficiency: Real energy efficiency:

Energy, Exergy and Specific Cost Performances Table 1 gives the definition of efficiency indexes for each of the heat valorization technologies above mentioned. These are the efficiency η for power cycles, the Coefficient of Performance (COP) for heat pumps and the Energy Efficiency Ratio (EER) for refrigerators. For multiuse total energy systems, Total Energy Ratio (TER) can be defined as the ratio between the total useful energy (thermal energy + cooling energy) and the required mechanical work. We consider both the ideal (reversible cycles) and real (cycles with some irreversibility) indexes. The latter are set for typical equipment on the market. Exergy efficiency is calculated as the “rational” efficiency, that is the ratio of the desired outputs and the required inputs (Dincer and Rosen, 2007) (Torio et al., 2009). Based on (Buchin and Ziegler, 2013) the specific cost ratio σ was defined as the ratio of the overall heat turnover to the useful energy (that may be heat or work) (Eq. 1):

Exergy efficiency: Specific cost ratio:

ABSORPTION CHILLER

Ideal energy efficiency:

(1) This is a measure of the cost for heat exchange to get the useful energy (Köhler and Ziegler, 2006). Ideal energy efficiency, exergy efficiency and specific cost ratio are calculated on the basis of the temperature values of Figure 1, they are reported as an example in Table 1.

In the next sub-sections, details are given on how the equations of Table 1 are derived. Figure 1 and the Nomenclature section report the meaning of all the symbols (symbols of thermal energy, cooling energy and mechanical work have to be intended as incorporating the sign).

POWER CYCLE

Real energy efficiency:

Exergy efficiency:

Ideal energy efficiency: Real energy efficiency:

Specific cost ratio:

#66

41

ORIGINAL ARTICLE

AiCARR Journal / Vol 66, n. 1, 38 - 46, 2021

ABSORPTION HEAT PUMP

MULTIUSE UNIT

Ideal energy efficiency:

Ideal energy efficiency:

Real energy efficiency: Real energy efficiency:

Exergy efficiency:

Exergy efficiency:

Specific cost ratio:

Specific cost ratio:

HEAT TRANSFORMER

Ideal energy efficiency:

COMBINED HEAT AND POWER

Ideal energy efficiency:

Real energy efficiency:

Real energy efficiency:

Exergy efficiency: Exergy efficiency: Specific cost ratio:

Specific cost ratio:

42

#66

ORIGINAL ARTICLE

Marco Noro HIGH TEMPERATURE HEAT PUMP

Ideal energy efficiency: Real energy efficiency: Exergy efficiency:

produced by subtracting energy from a sink at a temperature lower than environment. Cogeneration allows similar performances, decreasing the specific cost by increasing the thermal efficiency (heat recovery) of the unit. As a matter of fact, the problem of producing power from low-temperature heat is related to the large turnover of heat as compared to the power output, as the efficiency of the power plant is relatively small.

The sensitivity of the efficiency indexes on the temperatures are investigated by using the derivatives. Table 2 gives the derivatives with respect to all the relevant temperatures, normalized with the respective efficiency index. In next section, results in terms of these normalized derivatives in function of the temperatures for each option are presented.

RESULTS AND DISCUSSION Sensitivity of Energy and Exergy Efficiencies Specific cost ratio:

Summary Considerations on Energy, Exergy and Specific Cost Performances A summary of all the equations of the previous sub-sections is given in Table 1. As can be seen, in direct and reverse cycles the exergy efficiency is the ratio between real and ideal efficiency, assuming the meaning of measure of thermodynamic quality. It varies in function of the temperatures set, as irreversibilities change with temperature and, especially, with temperature differences. For the typical temperatures set in Figure 1, a thermodynamic quality of the processes around 0.5 is reached.

It is worth to highlight that those temperatures which have a large impact on efficiency, will have a large impact on cost as well. Note on Table 1 that in the cases of heat driven heat pump and multiuse system, the relative heat turnover does not depend on the temperatures and so on the efficiency: all input heat is turned into useful heat in the heat pumps, all input work and heat are converted into useful effect (thermal and cooling energy) in multiuse systems. In all other cases, increasing efficiency is the only way to reduce the turnover of heat. Heat pumps (vapor and thermal compression) definitely show the best results, especially in multiuse systems where heat is

According to Table 2, Figure 2 to Figure 6 plot the derivatives against the “heat input” temperature (Td or Ts depending on the solution considered) for thermal driven machines (both direct and reverse cycles), and against the “useful heat” temperature (Tu or Tc) for mechanical work driven options. This is done for a set of other temperatures as reported in Figure 1.

The impact of temperatures on ηex for the direct cycles (power plant operated by low-temperature heat and combined heat and power plant, Figure 2) decreases with the increase of the driving temperature. It is the smallest of all the valorization options considered in this study, in the order of 1-2% per kelvin for power cycle, and of 0.1-0.2% per kelvin for CHP for realistic temperatures. The difference between the impact of the two temperatures (Td, T and Td, Tu respectively) is marginal.

For compression heat pumps (Figure 3) the impact of temperatures on exergy efficiency and COP is higher (2-4% K-1) than for heat driven heat pumps (Figure 4) (0.5-2% K-1). For VC HPs, the influence of the sink temperature Tu is quite similar to the environment T, whereas for absorption heat pumps the influence of Tu is the strongest, and the influence of driving temperature Td is the smallest, for both COP and ηex. For vapor compression chillers, the impact of temperatures is on the same order of magnitude of VC HPs, but reverse (Figure 3).

For high temperature heat pumps (Figure 5), the impact of useful heat and source heat temperatures varying Tu is negligible for exergy

Figure 2 – Relative change of the energy and exergy efficiency indexes and specific cost with driving heat temperature for power cycle (left) and cogeneration (right) (h means η; s means σ) Figura  – Variazione relativa degli indici di efficienza energetica ed exergetica e di costo specifico con la temperatura del calore in input per i cicli di potenza (sinistra) e la cogenerazione (destra) (h significa rendimento; s significa costo)

#66

43

ORIGINAL ARTICLE

AiCARR Journal / Vol 66, n. 1, 38 - 46, 2021

Table 2 – Relative change in ideal energy efficiency, exergy efficiency and specific cost ratio varying the temperatures Tabella  – Variazione relativa dell'efficienza energetica, exergetica e del costo specifico al variare delle temperature 16 Ta b le 2 . Rela t iv e ch a n g e in idea l en erg y ef f icien cy , exerg y ef f icien cy a n d sp ecif ic co st ra t io v a ry in g t h e t em p era t ures D irect cycle Pow er cycle

X can be η, EER, COP, TER, ηI ∂X i ∂Td

Td

−

∂σ σ ∂Td

Tu

−

T0 Td (Td − T0 )

−

2 ⋅ T0 (Td + T0 ) ⋅ (Td − T0 )

−

T0 Tu (Tu − T0 )

T0 Tu (Tu − T0 )

T0 Tu (Tu − T0 )

0

T0 Tu (Tu − T0 ) T0 Ts (Ts − T0 )

∂σ σ ∂Ts

−

T0 Ts (Ts − T0 )

1 (T0 − Td )

Xi

∂η ex η ex ∂T0

−

1 (Tu − T0 )

1 (Tc − T0 )

1 (T0 − Td )

−

1 (Tc − T0 )

−

1 (Tc + T0 )

2 ⋅ Td (Td + T0 ) ⋅ (Td − T0 )

Tc − Td (T0 − Tc ) ⋅ (Td − T0 )

1 (Tu − T0 )

−

1 (Tu + T0 )

Tc − Td (T0 − Tc ) ⋅ (Td − T0 ) Td T0 (Td − T0 )

T0 Tc (T0 − Tc )

Xi

−

T0 Tc (T0 − Tc )

−

T0 Tc (T0 − Tc )

∂σ σ ∂Tc

−

T0 Tc (T0 − Tc )

−

Td Tc (Td − Tc )

−

0

−

Ts − Tu (Tu − T0 ) ⋅ (Ts − T0 )

Tu − Ts (Ts − T0 ) ⋅ (Tu − T0 )

High temp. HP

T0 Td (Td − T0 )

(2 − η el ,r ) ⋅ (Td − T0 )

−

2 ⋅ Tc (Tu + Tc ) ⋅ (Tu − Tc )

0

∂σ σ ∂Tu

0

−T0 ⋅ Td Tu ⋅ (Td Tu − T0Tu + ⋅T0Td ⋅ (η I ,r − η el ,r ))

T0 ⋅ (η I ,r − η el ,r ) Tu ⋅ (Tu ⋅ η I ,r − T0 ⋅ (η I ,r − η el ,r ))

−

Ts Tu (Tu − Ts )

T COPr ⋅ 0 1 − (COPr − 1) ⋅ (T0 Ts − 1) Tu2

T0 ⋅ Td ⋅ (η I ,r − η el ,r )

−

Tu ⋅ (Td Tu − T0Tu + ⋅T0Td ⋅ (η I ,r − η el ,r ))

Ts Tu (Tu + Ts ) 1 (Tu − Ts )

Xi

∂η ex η ex ∂Ts

 T COPr ⋅ 1 − 0  Tu

∂σ σ ∂Ts

∂X i ∂T0

Td − Tu (Tu − T0 ) ⋅ (Td − T0 )

(Td − T0 + ⋅(T0Td Tu ) ⋅ (η I ,r − η el ,r )) 2

∂η ex η ex ∂Tu

∂X i ∂Ts

−

Ts − Tu (Tu − T0 ) ⋅ (Ts − T0 )

T0 ⋅ Tu Td ⋅ (Td Tu − T0Tu + ⋅T0Td ⋅ (η I ,r − η el ,r ))

Xi

Xi

Total energy system CHP

Multiuse unit

∂η ex η ex ∂Td

∂X i ∂Tu

Td − Tu (Tu − T0 ) ⋅ (Td − T0 )

T0 Tc (T0 − Tc )

∂η ex η ex ∂Tc

∂σ σ ∂Td

T0

−

T0 Ts (Ts − T0 )

∂X i ∂Td

Ts

T0 Tu (Tu + T0 )

T0 Tu (Tu − T0 )

Xi

X can be η, EER, COP, TER, ηI

Tu

−

−

∂X i ∂Tc

Td

T0 Td (Td − T0 )

0

T0 Tu (Tu − T0 )

∂σ σ ∂T0

Tc

−

∂η ex η ex ∂Ts

∂X i ∂T0

T0

T0 Td (Td − T0 )

T0 − Tu (Tu − T0 )

Xi

Heat transf .

T0 Td (Td − T0 )

Tc − T0 (Td − Tc ) ⋅ (Td − T0 )

∂σ σ ∂Tu

Ts

A bs. HP

T0 Td (Td − T0 )

∂η ex η ex ∂Tu

∂X i ∂Ts

R ev erse cycle A bs. Chiller

V C HP

T0 Td (Td − T0 )

Xi

∂η ex η ex ∂Td

∂X i ∂Tu

V C chiller

 − (COPr − 1) ⋅ (T0 Ts2 ) ⋅  [1 − (COP − 1) ⋅ (T T − 1)]2  0 r s

1 (Tu + Ts )

Xi

∂η ex η ex ∂T0 ∂σ σ ∂T0

∂X i ∂Tc

Tc

Xi

2 ⋅ Tu (Tu + Tc ) ⋅ (Tu − Tc )

∂η ex η ex ∂Tc

2 ⋅ EERr ⋅ (T0 / Tc2 ) TERr − 2 ⋅ EERr ⋅ (T0 / Tc )

∂σ σ ∂Tc

0

efficiency and specific cost ratio, while it is in the order of some percent per kelvin for COP for realistic temperatures. For heat transformers (Figure 5), the relative impact (on all the three energy, exergy and cost figures) of the high temperature heat sink temperature Tu does not change with temperature Ts. Therefore, it is comparably small for small heat source temperatures, but it becomes important for high heat source temperatures in comparison with the relative

44

#66

changes with source Ts and environment T. However, all derivatives are in the order of 1-3% K-1.

An important result may be found looking at the left graph of Figure 4 for absorption refrigerators: derivatives of EER and ηex with respect to sink temperature (environment at T) are about a factor of 2 larger than for the other processes previously analyzed. As a matter

Marco Noro

ORIGINAL ARTICLE

Figure 3 – Relative change of the energy and exergy efficiency indexes and specific cost with useful heat temperature for vapor compression machines (h means η; s means σ) Figura  – Variazione relativa degli indici di efficienza energetica ed exergetica e di costo specifico con la temperatura del calore utile per le macchine a compressione meccanica di vapore (h significa rendimento; s significa costo)

Figure 4 – Relative change of the energy and exergy efficiency indexes and specific cost with driving heat temperature for thermal driven machines (h means η; s means σ) Figura  – Variazione relativa degli indici di efficienza energetica ed exergetica e di costo specifico con la temperatura del calore in input per le macchine a compressione termica di vapore (h significa rendimento; s significa costo)

Figure 5 – Relative change of the energy and exergy efficiency indexes and specific cost with source heat temperature for heat transformer (left) and with upgraded heat temperature for high temperature heat pump (right) (h means η; s means σ) Figura  – Variazione relativa degli indici di efficienza energetica ed exergetica e di costo specifico con la temperatura del calore utilizzato come sorgente termica per i trasformatori di calore (sinistra) e con la temperatura del calore valorizzato per le pompe di calore ad alta temperatura (destra) (h significa rendimento; s significa costo)

Figure 6 – Relative change of the energy and exergy efficiency indexes and specific cost with useful heat (left) and cold (right) temperatures for multiuse unit (h means η; s means σ) Figura  – Variazione relativa degli indici di efficienza energetica ed exergetica e di costo specifico con la temperatura del calore utile (sinistra) e del freddo utile (destra) per un'unità multiuso (h significa rendimento; s significa costo)

#66

45

ORIGINAL ARTICLE of fact, waste heat driven chillers are most sensitive to the respective temperatures.

Finally, the impacts of useful thermal and cooling energy temperatures on energy index TER for multiuse units are in the order of 2-4%

CONCLUSIONS Fundamental relationships studying the impact of the temperature of the heat source and sink on the performance in the field of valorization of low and medium temperature heat are presented in this study. Concentrating on exergy, the solutions here presented feature different behaviors: • the impact of sink temperature is predominant in direct cycles and cogeneration plants; • heat pumps are more sensitive to environment (heat source) temperature when considering vapor compression technology, and to useful heat (heat sink) temperature when thermal compression is considered;

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#66

AiCARR Journal / Vol 66, n. 1, 38 - 46, 2021 K-1; the impact on exergy efficiency is null for derivatives with respect to Tu, and always higher than 4% K-1 for derivatives with respect to Tc. So, the impact of the heat source temperature (“cooling energy produced”) is by far the largest.

• refrigerators and multiuse units feature a similar behavior: they are more sensitive to the temperature of the “cooling energy produced” (heat source) when considering vapor compression, and to the temperature of the environment (heat sink) with absorption chillers.

For the sake of efficiency, the driving temperature difference must be small which in turn necessitates large heat transfer areas.

Heat pumps seem to be the most cost-efficient devices for valorization of low temperature heat. Of course, a rising ambient or heat sink temperature in any case reduces efficiency. This effect is especially great for heat driven cooling machines.

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ORIGINAL ARTICLE

AiCARR Journal / Vol 66, n. 1, 47 - 54, 2021

Michele De Carli1*, Angelo Zarrella1, Antonino Di Bella1, Giulia Lombardo1, Roberto Zecchin2

Cooling by thermally activated building systems with underfloor air distribution: a simulation based analysis Analisi mediante modelli dinamici della prestazione di sistemi di raffrescamento mediante solai termoattivi e distribuzione d’aria sotto pavimento 1 Department of Industrial Engineering, University of Padova, Padova, Italy 2 Manens-TiFS SpA, Padova, Italy

*Corresponding author:

DOI: 10.36164/AiCARRJ.66.01.03

Michele De Carli

Department of Industrial Engineering University of Padova Via Venezia 1 35131 Padova, Italy michele.decarli@unipd.it

Abstract

Sommario

Two interesting technologies which currently focus research interest are the Thermally Activated Building Systems and ventilation through raised floors. Both of them have several advantages and their combination might be useful for an integrated plant, where the sensible load, or part of it, may be stored in the slab during night time and the latent load might be removed by fresh air flowing in the space used as plenum below the floor. The most interesting operating conditions appear to be in the cooling period. A possibility might come by using external air and try to cool it directly through the slab, but moisture problems have to be avoided. In this paper the possibility and limits for using TABS with fresh air in raised floors for cooling offices in different climates are investigated. This work shows how it is possible to cool offices by means of these techniques, when it is possible to use direct external air without handling it, and the consequent comfort conditions and energy saving possibilities with these solutions.

Keywords: ▶ Thermally Activated Building Systems (TABS) ▶ Underfloor air distribution (UFAD) ▶ Building simulation ▶ Thermal comfort

Due tecnologie interessanti che hanno focalizzato negli ultimi anni l’attenzione sono i solai termiattivi (TABS) e il sistema di distribuzione sottopavimento (UFAD). Entrambe presentano diversi vantaggi e la loro combinazione può essere utile nell’ottica di impianto integrato: il raffrescamento sensibile può essere stoccato all’interno del solaio termoattivo durante la notte e durante il giorno l’aria primaria può soddisfare il carico latente attraverso una distribuzione sotto pavimento. E’ possibile utilizzare l’aria esterna direttamente e raffrescarla attraverso il solaio, ma occorre prestare attenzione ai problemi di condensazione. In questo articolo si analizzano le potenzialità e i limiti di utilizzo di sistemi di raffrescamento con solai termoattivi e aria primaria sotto pavimento per diverse condizioni climatiche in termini di energia e di comfort interno.

Parole chiave: ▶ Solai termoattivi (TABS) ▶ Sistema di distribuzione d’aria sotto pavimento (UFAD) ▶ Simulazione dinamica ▶ Comfort termico

#66

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ORIGINAL ARTICLE 1. INTRODUCTION During the last decades the problem of energy saving has become very important and new technologies are needed. One promising solution is to use the so-called low temperature difference systems (low temperature heating, high temperature cooling), whose working temperature is close to the room temperature. An example of these systems is the radiant system with water flowing into the pipes.

As it is well-known, a such system may increase the performance of heat pumps and allow the use of renewable energies.

An interesting system is the so-called TABS (Thermally Activated Building Systems) which uses the slab in multi-storey buildings to store energy during night time and then release the heat/cool the day after [1]. This radiant system is common in the central Europe, but the possibility and limit to use such systems in other countries and climates has not so far been investigated in detail, although some work has been already done in the past [2]. The effect on the indoor environment is to keep the PMV between –0.5 and +0.5 during day time allowing a slow rise in temperature during the occupancy hours; this temperature increase in a period of 8 to 10 hours has a negligible effect on thermal comfort [3].

Usually this technology uses a full concrete structural slab where pipes are put between iron cages in the middle of the structure.

Sometimes, when heaviness of the structures has to be taken into account, the need to provide light filling in the structural slab and the related effects of involving less thermal inertia have to be taken into account.

On the other hand, in office buildings a very common system for technical space is the Underfloor Air Distribution (UFAD). Sometimes underfloor space may be used for both technical space and plenum for the cooled air distribution in the room [4]. The advantages of the underfloor systems are very well known [5] as for easiness of cleaning, space saving and indoor air quality.

When designing an air conditioning system, energy saving, initial costs, running costs and maintenance costs have to be considered.

The combination of TABS and the primary air distribution through the raised floor may represent a good solution for energy saving, since night time operation may be carried out with evaporating temperatures of chiller up to 15 °C [6]. As for initial costs, peak shaving effect [7] may reduce the system capacity up to the 40%. Running costs are lower, especially when electricity costs are lower during night time. Also the possibility to use the mass for demand-response of this system for achieving more flexibility in the building can be a relevant issue [8]. Maintenance costs are low due to the limited operations of

a) Model with only one zone – a) Modello con una zona

Figure 1 – Modeling of underfloor Figura  – Modello del pavimento rialzato

48

#66

AiCARR Journal / Vol 66, n. 1, 47 - 54, 2021 the air handling unit; moreover, the access to the underfloor space is easier than air ducts. For these reasons this work investigates the opportunity to use water based TABS and fresh air through raised floor, for different climates and different structures as discussed hereafter.

2. METHODS 2.1 Models of rooms equipped with radiant systems Rooms with radiant systems have been investigated since long time and several models are nowadays available [9, 10]. Although for first sizing TABS systems a simplified model has been introduced in the Standards [11], a detailed model is usually needed for properly analyse the energy efficiencies over a long period.

In the general case, detailed models have to consider the water flowing into the pipes, the heat conduction between upward and downward surface of the slab and the pipe level, as well as heat conduction in each wall, mutual radiation between internal surfaces, convection with air, and the thermal balance of the room air.

In the present paper the model used is DIGITHON [12], which is based on the solution of the equations of thermal balance in the room by means of the transfer functions in order to solve the problem of unsteady state heat conduction through walls. In this way the thermal balance is expressed by linear equations which can be solved by inversion of the matrix. As for transfer functions, in usual walls they are three [13], while in building structures where pipes are embedded they are six [14] and they can be calculated via a commercial software based on finite difference method [15].

The surfaces of the room are divided into elements, called tiles [12], and the equations are written for each tile of walls, water eventually circulating in the pipes, and air, considered constant in the whole room, as some experimental studies on radiant systems in usual space have shown [16, 17].

2.2 Models of TABS with raised floor supply air systems Usually, when air cavity is present in the structures, an equivalent thermal resistance can be considered [9]. In this way, the response factors of the structure can be calculated considering the underfloor space as an equivalent thermal resistance. This is anyway not a suitable model when considering the slab as a plenum for the fresh air. In this case the cavity has to be considered as an independent zone coupled with the above conditioned room. In this way the heat exchange between air and surfaces in the raised floor is considered.

b) Model with underfloor as a zone – b) Modello con  zone

ORIGINAL ARTICLE

Michele De Carli, Angelo Zarrella, Antonino Di Bella, Giulia Lombardo, Roberto Zecchin In the model here used, the convection heat transfer coefficient has been calculated via the equation of Sieder and Tate [18]. About air flowing in usual underfloor space, it might be assumed that for 10 m distance through plenum, the change in temperature is approximately 1 °C [5]. In this case the structural slab is heated during cold weather conditions and cooled during the warm period. Therefore the air might be assumed at a uniform equivalent temperature along the plenum, resulting by the heat exchange through the two horizontal surfaces.

By comparing results of the different schematizations, it is possible to observe that in cooling conditions with the first model (Figure 1a) room air temperature is lower about 0.5 °C than in the second model (Figure 1b). For thermal flows the differences are practically negligible in the two considered models.

Figure 2 – Horizontal section (dimensions in metres)

3. CASE STUDY

Figura  – Sezione orizzontale (dimensioni in metri)

Computer simulations have been carried out in two open space offices separated by a corridor (Figure 2). In the offices the external walls on East and West side are fully glazed as well as the wall the South side of the corridor. The properties of glazed facades are outlined in Table 1.

Two different types of structural slabs have been investigated: usual full concrete TABS (Figure 3a) and Predalle (Figure 3b). The first one is more common in centre and North Europe, the second one is typical in Mediterranean buildings, but it may be generally representative of structures with light filling inside, used in several other countries.

Figure 4 outlines structures of external and internal walls; thermal properties of the considered materials are listed in Table 2. Thermal loads of each zone are reported in Figure 2. In the underfloor cavity the presence of thermal loads caused by electric cables has not been considered for better investigating the possible condensation in the air plenum.

As for the water based radiant system, the water flow rate and supply temperature are reported in Table 3. To control latent loads and to permit the air change, fresh air during occupancy hours has been considered. Air supply conditions during summer design day are reported in Table 4.

Five different climatic zones have been considered: • Wuerzburg • Venice • Palermo • New Delhi • Bangkok.

For each city, computer simulations have been carried out in the

a) TABS

b) Predalle

Table 1 – Properties of the glazed surfaces Tabella  – Proprietà delle superfici trasparenti U [W/(m2K)]

g [-]

East

1.80

0.17

West

1.80

0.13

South

1.80

0.17

summer design day as well as during cooling period (from April to July); this time window has been chosen since in all the climatic conditions these months present a warm period with the highest temperatures of whole year. A particular aspect is to examine the possibility to use directly external air during milder months (free cooling). In Table 5 outdoor design conditions are reported.

In order to evaluate comfort conditions in offices, indexes PMV (Predicted Vote Mean) and PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied) have been considered [19]. As for long term comfort conditions, deviation of comfort has been quantified by means of the parameter wf (weighting factor) [20] defined as: (1) where PPD is considered hour by hour and PPDL is the reference limit for comfort (here it was equal to 10%).

The sum of the weighting factors along the investigated period allows to calculate the parameter WT (Weight Time) [20] defined as:

a) External wall

Figure 3 – Active thermal slab of case study (dimensions in millimetres)

Figure 4 – Wall structures of case study (dimensions in millimetres)

Figura  –Solai termoattivi del caso di studio (diemensioni in millimetri)

Figura  – Strutture delle pareti del caso di studio (dimensioni in millimentri)

b) Internal wall

#66

49

ORIGINAL ARTICLE

AiCARR Journal / Vol 66, n. 1, 47 - 54, 2021

Table 2 – Properties of the materials

Table 3 – Water condition

Table 4 – Design conditions of the supply air

Tabella  – Proprietà dei materiali

Tabella  – Condizioni dell’acqua

Tabella  – Condizioni di progetto dell’aria di mandata

λ [W/(m K)]

Capacity [MJ/(m3K)]

0.045

0.126

Concrete (Wall)

0.9

1.008

Concrete (Slab)

1.2

1.700

Gypsum board

0.21

0.756

Rock wool

0.05

0.135

Wood

0.4

0.641

Polystyrene

Water flow rate [kg/h]

All circuits

Supply water temperature [°C]

290

Long period

night day

night day

17

19

T [°C]

RH [%]

550

16

88

-

-

-

550

16

88

East room

Summer design day

19

Ventilation flow rate [m3/h]

Corridor West room

19

Table 5 – Design outdoor conditions

for warm period when PMV > PMVL

(2)

Tabella  – Condizioni di progetto esterne T max [°C]

∆T [°C]

x [g/kgda]

Latitude [°]

Altitude [m]

Wuerzburg

31

10

13

49.0

182

Venice

33

13

16

45.0

10

Palermo

31.5

5

17.6

38.1

21

New Delhi

43

14

18

28.3

214

Bangkok

36

10

20.8

13.4

12

Wuerzburg

Venice

Palermo

New Delhi

Bangkok

Venice

Palermo

PMV

Wuerzburg

Venice

Palermo

New Delhi

Bangkok

Wuerzburg

1.0

.0 0

.0 0

22

.0 0

20

.0 0

18

.0 0

16

.0 0

Venice

Palermo

New Delhi

Bangkok

TIME [hour]

.0 0

22

.0 0

20

.0 0

18

.0 0

16

.0 0

14

.0 0

12

10

.0 0

8.

00

0.

00

.0 0

22

.0 0

20

.0 0

18

.0 0

16

.0 0

14

.0 0

12

.0 0

10

8.

00

6.

00

2.

00

-1.0 4.

00

-1.0

6.

00

0.0 -0.5

4.

00

0.0

2.

00

PMV

0.5

-0.5

TIME [hour]

c) West side room (TABS)

d) West side room (Predalle)

Figure 5 – PMV during summer design day: TABS vs. Predalle (night working) Figura  – PMV durante la giornata di progetto estiva: TABS Vs. Predalle (funzionamento notturno) Wuerzburg

Venice

Palermo

New Delhi

Bangkok

1.0

Palermo

Venice

Palermo

New Delhi

Bangkok

1.0

Wuerzburg

Venice

.0 0

22

.0 0

20

.0 0

.0 0

18

16

.0 0

14

Palermo

New Delhi

Total power [kW]

Bangkok

0.5

TIME [hour]

c) West side room (TABS)

d) West side room (Predalle)

Figura  – PMV durante la giornata di progetto estiva: TABS Vs. Predalle (funzionamento notturno e diurno)

.0 0

22

.0 0

20

.0 0

18

.0 0

16

.0 0

14

.0 0

12

.0 0

10

TIME [hour]

Figure 6 – PMV during summer design day: TABS vs. Predalle (night-day working)

#66

8.

00

6.

00

0.

00

.0 0

22

.0 0

20

.0 0

18

.0 0

16

.0 0

14

.0 0

12

.0 0

10

8.

00

6.

00

-1.0 4.

00

-0.5

-1.0 2.

00

-0.5

Air energy energy Water [MJ/day] [MJ/day]

night night1 and day2

0.0

4.

00

0.0

2.

00

PMV

PMV

TABS

b) East side room (Predalle)

0.5

0.

00

Tabella  – Potenze ed energia

TIME [hour]

a) East side room (TABS) Wuerzburg

.0 0

12

.0 0

8.

00

10

TIME [hour]

50

Bangkok

Design day simulations have been carried out in order to calculate the required cooling capacity. As the night operation of the radiant system is not sufficient to assure acceptable comfort conditions during occupancy hours (Figure 5), the water-based system has been used also during the day obtaining more comfortable conditions (Figure 6). In particular it works during the morning in East room and during the afternoon in West room in order to limit the required power. Of course the solar heat gain coefficient might be changed in order to limit solar radiation in the room. In this work the aim was to maintain the same operating conditions for the different climates.

In Table 6 it can be seen the value of total required power together with the corresponding energies, of the building side, for handling air and water to circuits; air energy does not depend on the type of structural slab.

If a convective instead of a radiant system is considered, the total Table 6 – Power and energy

6.

00

0.

00

.0 0

22

.0 0

20

.0 0

18

.0 0

16

.0 0

14

.0 0

12

.0 0

10

8.

00

6.

00

-1.0 4.

00

-1.0 2.

00

-0.5

1.0

New Delhi

0.0

-0.5

4.

00

0.0

0.

00

Venice

0.5 PMV

PMV

0.5

Wuerzburg

2.

00

1.0

where n is the number of simulation steps in which persons are present, ∆τ is the simulation time step.

In this analysis the thermal resistance of clothing has been considered constant and equal to 0.5 clo. It would have been interesting to analyse comfort level considering the adaptation of the clothing as a function of both outdoor and indoor temperature, as it really may happen [21, 22]. However, this is beyond the scope of this research, whose aim is to show possibilities and limitations of raised floor coupled with massive radiant systems.

4.1 Design day simulations

TIME [hour]

b) East side room (Predalle)

0.5 PMV

14

12

.0 0

8.

00

10

6.

00

TIME [hour]

a) East side room (TABS)

(3)

4. RESULTS AND DISCUSSION 4.

00

0.

00

.0 0

.0 0

22

.0 0

20

.0 0

18

.0 0

16

.0 0

14

12

.0 0

8.

00

10

6.

00

-1.0 4.

00

-1.0 2.

00

-0.5

0.

00

Bangkok

0.0

-0.5

1.0

New Delhi

0.5

0.0

0.

00

PMV

0.5

Wuerzburg

1.0

2.

00

1.0

for cool period when PMV < PMVL

Predalle Water energy [MJ/day]

night night1 night night1 and day2 and day2

Wuerzburg

13

15

285

430

549

438

547

Venice

13

18

409

430

549

437

547

Palermo

13

19

472

441

563

455

567

New Delhi

18

24

621

468

596

493

611

Bangkok

18

24

633

440

561

452

563

1 from 7 p.m. to 8:30 a.m.; 2 from 7 p.m. to 1 p.m. on East side, from 1 p.m. to 8:30 a.m. on West side.

ORIGINAL ARTICLE

Michele De Carli, Angelo Zarrella, Antonino Di Bella, Giulia Lombardo, Roberto Zecchin

• when specific humidity is lower than 12.5 gv/kgda and outdoor air temperature is higher than 16 °C, fresh air is not handled; • when specific humidity is lower than 12.5 gv/kgda and outdoor air temperature is lower than 16 °C, fresh air is introduced with outdoor specific humidity and 16 °C temperature (sensible heating).

Radiant system does not work until 8th May; from this day, it works only during night hours (from 7 p.m. to 8 a.m.) with water supply temperature of 19 °C. In Figure 7, comfort conditions in offices are reported. It can be seen that, with TABS, comfort conditions are better than Predalle under the same conditions.

power is higher as reported in Table 7. For both radiant and convective systems, primary energy with air-cooled chillers has been calculated (Table 8): to convert electricity into primary energy consumption, an efficiency of 37% for the electricity production mix has been considered. In the night operation the efficiency of the machine is higher: in the night and day operation mode during day hours EER is much the same as EER of convective system, but in night hours is higher so the average, on the whole day, is increased. If radiant system works also during day hours its primary energy is slightly higher than the convective system.

4.2 Simulations for the cooling period As for weather data, the Test Reference Year (TRY) of each location has been considered [23]. Simulations allow to analyse energy performance of the raised floor coupled with radiant system. Furthermore, it is interesting to analyse the differences of the thermal behaviour between TABS and Predalle radiant systems. Generally, from beginning of April until mid May, it has been tried to supply outdoor air avoiding handling, except of extreme cases as New Delhi and Bangkok.

The following control strategy on the specific humidity of external air has been considered: considering latent load of rooms and fixing 14 gv/kgda as higher indoor specific humidity limit value, the value of 12.5 gv/kgda has been considered as upper limit for air intake; as a consequence, when outdoor specific humidity is lower or equal to 12.5 gv/kgda, fresh air is not handled.

Venice

Until May the 14th, external air is directly introduced, in the remaining time fresh air is introduced into room with 16 °C temperature and 10 gv/kgda specific humidity. Radiant system runs from May the 15th only during night hours (from 7 p.m. to 8 a.m.) with supply water temperature of 19 °C. In Figure 8 indoor comfort conditions can be

TABS

100

Predalle

Wuerzburg

80

60

60

40

40

20

20

April

May

June

0

July

a) WTcool in East Room

For this city outdoor temperature is rather low and considering fresh air temperature may not be lower than 16 °C, this control strategy has been considered: • when outdoor specific humidity is higher than 12.5 gv/kgda (this case happens rarely), outdoor air is handled with input temperature of 16 °C and specific humidity of 10 gv/kgda;

TABS

100

Predalle

80

60

60

40

40

20

20

April

260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

Tabella  – Potenze ed energia (caso convettivo)

19

398

Venice

23

400

Palermo

24

422

New Delhi

30

479

Bangkok

29

420

n° h cool TABS n° h warm Predalle

May

June

TABS

0

July

July

Predalle

April

May

June

July

d) WTwarm in West Room

n° h cool Predalle n° h comfort TABS

n° h warm TABS n° h comfort Predalle

East Room

April

June

West Room: WTwarm

80

Table 7 – Power and energy (convective system)

Wuerzburg

May

100

c) WTwarm in East Room

Water energy [MJ/day]

April

b) WTcool in West Room

East Room: WTwarm

0

Predalle

West Room: WTcool

80

0

Total power [kW]

TABS

100

East Room: WTcool

May

June

July

e) Distribution of comfort during working hours in East Room

260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

n° h cool TABS n° h warm Predalle

n° h cool Predalle n° h comfort TABS

n° h warm TABS n° h comfort Predalle

West Room

April

May

June

July

f) Distribution of comfort during working hours in West Room

Figure 7 – Comfort analysis: Wuerzburg Figura  – Analisi di comfort a Wuerzburg

Table 8 – Mean EER and primary energy with air-cooled chillers Tabella  – EER medio ed energia primaria con chiller aria-acqua TABS Night

Predalle Night-Day

Night

Convective Night-Day

EER [-]

Primary Energy [kWh/day]

EER [-]

Primary Energy [kWh/day]

EER [-]

Primary Energy [kWh/day]

EER [-]

Primary Energy [kWh/day]

EER [-]

Primary Energy [kWh/day]

Wuerzburg

4.51

109

4.61

132

4.52

110

4.61

133

3.65

125

Venice

4.34

137

4.44

160

4.34

139

4.44

161

3.53

154

Palermo

3.99

159

4.04

182

3.99

159

4.04

183

3.48

169

New Delhi

3.33

239

3.37

271

3.33

242

3.36

275

2.86

260

Bangkok

3.74

206

3.81

228

3.73

208

3.81

229

3.25

216

#66

51

ORIGINAL ARTICLE TABS

100

AiCARR Journal / Vol 66, n. 1, 47 - 54, 2021

Predalle

TABS

100

East Room: WTcool

Predalle

TABS

100

West Room: WTcool

Predalle

80

80

80

60

60

60

60

40

40

40

40

20

20

20

20

April

May

June

July

a) WTcool in East Room TABS

100

0

April

May

June

July

Predalle

TABS

100

East Room: WTwarm

0

April

May

June

0

July

a) WTcool in East Room

b) WTcool in West Room Predalle

TABS

100

Predalle

80

60

60

60

60

40

40

40

40

20

20

20

20

0

0

0

May

June

July

n° h cool TABS n° h warm Predalle

n° h cool Predalle n° h comfort TABS

n° h warm TABS n° h comfort Predalle

East Room

April

May

June

May

June

July

d) WTwarm in West Room

c) WTwarm in East Room (Venice)

260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

April

July

260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

n° h cool TABS n° h warm Predalle

n° h cool Predalle n° h comfort TABS

n° h warm TABS n° h comfort Predalle

West Room

April

May

June

0

July

May

June

July

260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

n° h cool TABS n° h warm Predalle

n° h cool Predalle n° h comfort TABS

n° h warm TABS n° h comfort Predalle

East Room

April

May

April

June

July

260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

n° h cool TABS n° h warm Predalle

April

Figure 10 – Comfort analysis: Palermo Figura  – Analisi di comfort a Palermo

TABS

TABS

100

TABS

100

West Room: WTwarm

Predalle

80

80

60

60

60

40

40

40

40

20

20

20

20

0

0

0

May

June

July

a) WTwarm in East Room 260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

n° h cool TABS

n° h warm TABS

May

May

June

July

n° h comfort TABS

June

c) Distribution of comfort during working hours in East Room

July

260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

n° h cool TABS

n° h warm TABS

n° h comfort TABS

West Room

April

May

April

May

June

0

July

a) WTwarm in East Room

b) WTwarm in West Room

East Room

April

April

June

July

d) Distribution of comfort during working hours in West Room

Figure 9 – Comfort analysis when trying to use when possible the external air directly: Venice

260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

n° h cool TABS n° h warm Predalle

n° h cool Predalle n° h comfort TABS

May

n° h warm TABS n° h comfort Predalle

May

June

July

Predalle

April

May

June

July

b) WTwarm in West Room n° h warm TABS n° h comfort Predalle

East Room

April

July

West Room: WTwarm

60

April

June

n° h cool Predalle n° h comfort TABS

TABS

100

East Room: WTwarm

80

80

May

f) Distribution of comfort during working hours in West Room

e) Distribution of comfort during working hours in East Room

Figura  – Analisi di comfort a Venezia

East Room: WTwarm

Predalle

West Room

Figure 8 – Comfort analysis: Venice

100

July

d) WTwarm in West Room

c) WTwarm in East Room

f) Distribution of comfort during working hours in West Room

e) Distribution of comfort during working hours in East Room

April

June

West Room: WTwarm

80

April

May

TABS

100

80

80

April

b) WTcool in West Room

East Room: WTwarm

West Room: WTwarm

Predalle

West Room: WTcool

80

0

TABS

100

East Room: WTcool

June

July

260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

c) Distribution of comfort during working hours in East Room

n° h cool TABS n° h warm Predalle

n° h cool Predalle n° h comfort TABS

n° h warm TABS n° h comfort Predalle

West Room

April

May

June

July

d) Distribution of comfort during working hours in West Room

Figure 11 – Comfort analysis: New Delhi Figura  – Analisi di comfort a Nuova Delhi

Figura  – Analisi di comfort a Venezia nel caso si voglia utilizzare l’aria esterna direttamente

seen. Also here it can be seen that TABS allows better thermal comfort conditions.

The alternative case of using directly the external air with no handling has been analysed and results on comfort conditions are reported in Figure 9 for TABS. As can be seen in this case comfort conditions worsen if compared to the previous case (air handled from mid May, Figure 8) but an energy saving of 10% about is obtained. The similar case for Predalle has too bad levels of comfort, so that it does not seem interesting to analyse it.

mid May when it works only during night hours (from 7 p.m. to 8 a.m.).

Contrary to Predalle, TABS radiant system works only during night hours (from 7 p.m. to 8 a.m.) for the whole simulation time. Until mid May, fresh air is not handled; from May the 15th, handled air with 16 °C temperature and 88% relative humidity is introduced. Specific humidity of outdoor air is always higher than 12.5 g/kgda, therefore there is no energy advantage using regulation on the humidity. In Figure 10 indoor comfort conditions are reported.

New Delhi

Palermo

This city presents rather hard outdoor conditions, so that Predalle radiant system works full time (night and day) except from April to

52

#66

The operating conditions of the radiant system are the same for both TABS and Predalle, i.e. night and day operation. Primary air is handled so as to achieve supply temperature of 16 °C and 88% relative

ORIGINAL ARTICLE

Michele De Carli, Angelo Zarrella, Antonino Di Bella, Giulia Lombardo, Roberto Zecchin

10 5

From Monday to Friday

0

n

n

-J u 25

n 24

-J u

n

-J u 23

n 22

-J u

n

-J u 21

10 5

c) Ceiling temperature in the East side room (Wuerzburg)

n

n

-J u 25

n

-J u

n

-J u

n

From Monday to Friday

-J u

n -J u

-J u

-J u

n

-5 n

0

-5 n

0

n

From Monday to Friday

-J u

5

15

-J u

10

20

24

July

Temperature [°C]

15

23

June

T active ceiling tabs T dew point tabs

25

20

22

May

T active ceiling predalle T dew point predalle

30

19

April

20

19

25

T active ceiling tabs T dew point tabs

25

d) Distribution of comfort during working hours in West Room

-J u

n -J u

n

n

-J u

n 24

-J u

n

-J u 23

n

-J u

-J u

21

T active ceiling predalle T dew point predalle

30

21

n° h warm TABS n° h comfort Predalle

n

n° h cool Predalle n° h comfort TABS

From Monday to Friday

b) Floor temperature in the East side cavity (Bangkok)

25

July

n° h cool TABS n° h warm Predalle

West Room

24

June

c) Distribution of comfort during working hours in East Room

260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

5 0

a) Floor temperature in the East side cavity (Wuerzburg)

-J u

n° h warm TABS n° h comfort Predalle

20

-J u

July

21

May

June

n

n° h cool Predalle n° h comfort TABS

East Room

April

May

-J u

n° h cool TABS n° h warm Predalle

April

Temperature [°C]

260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

0

b) WTwarm in West Room

20

July

19

June

n

May

10

-5

-J u

April

15

-5

19

0

a) WTwarm in East Room

T active floor tabs T dew point tabs

20

-J u

20

n

20

-J u

40

15

23

40

20

n

60

-J u

60

T active floor predalle T dew point predalle

30 25

22

80

T active floor tabs T dew point tabs

25 Temperature [°C]

80

T active floor predalle T dew point predalle

30

20

Predalle

West Room: WTwarm

Temperature [°C]

TABS

100

n

Predalle

East Room: WTwarm

22

TABS

100

d) Ceiling temperature in the East side room (Bangkok)

Figure 13 – Surface temperature: Wuerzburg vs. Bangkok

Figure 12 – Comfort analysis: Bangkok

Figura  – Temperature superficiali: Wuerzburg Vs. Bangkok

Figura  – Analisi di comfort a Bagkok

humidity during all simulation period. In Figure 11 indoor comfort conditions are reported. In this case WTcool is zero about.

Bangkok

The operating conditions for the radiant system are the same for both TABS and Predalle, i.e. only during night hours (from 7 p.m. to 8 a.m.). Primary air is introduced at 16 °C temperature and 88% relative humidity during all simulation period. In Figure 12 indoor comfort conditions are shown. In this case WTcool is zero about.

4.3 The underfloor space In Figure 13, for Wuerzburg and Bangkok, surface temperature of floor of air plenum and of the ceiling in the room during one week are reported; also dew point temperatures in the raised floor space and in room are shown. It is interesting to observe different behaviour of TABS and Predalle radiant systems: Predalle is more critical in the room, where persons are present, while TABS is more critical for underlying cavity. It can be noted also the higher response speed of

Table 9 – Net specific energy cooling need in the considered period (on the building side per unit floor area) Tabella  – Energia specifica netta di raffrescamento nel periodo considerato (lato edificio per unità di area in pianta) Air [kWh/m2]

Water [kWh/m2]

Predalle compared to TABS: this is due to the different thermal inertia and position of pipes. If a higher thermal capacity assures greater energy storage in the structure, and therefore better comfort conditions, on the other hand it brings a higher sensibility for moisture.

In Figure 14 the overall amount of hours (working and no-working) when relative humidity exceeds 80% in the cavity (possible problems of moisture) and 70% in the room (possible comfort problems) are reported. It may be seen that in the underfloor space, the limit value is not achieved while in the room it is slightly exceeded.

In Table 9 the specific energy need on the building side, in the considered period, is reported. It is interesting to see that when TABS and Predalle radiant systems run with the same strategy, water energy is substantially the same. In Palermo TABS radiant system works only during night hours and this allows to save 20% about of water energy compared to Predalle radiant system; this different behaviour is probably caused by low daily temperature range: TABS thermal capacity is sufficient to store during night hours the energy needed for the next day.

3000

Wuerzburg

Venice

Palermo

New Delhi

Bangkok

2500 2000 1500

TABS

Predalle

1000

Wuerzburg

2

19

18

500

Venice

8

19

19

0

Palermo

11

28

35

New Delhi

22

36

38

Bangkok

32

29

30

[h]

[h]

[h]

[h]

[h]

[h]

[h]

[h]

TABS

Predalle

TABS

Predalle

TABS

Predalle

TABS

Predalle

Cavity East side

Cavity West side

Room East side

Room West side

Figure 14 – Hours in that relative humidity exceeds 80% in the cavity and 70% in the room (the entire simulated period consists of about 3000 hours) Figura  – Numero di ore in cui l’umidità relativa eccede l’% nella cavità e il % nell’ambiente interno (l’intero periodo simulato consiste di circa  ore)

#66

53

ORIGINAL ARTICLE

AiCARR Journal / Vol 66, n. 1, 47 - 54, 2021

CONCLUSIONS In this work, the combination of TABS and raised floor supply air has been considered. As for models, if energy performance is the focus of the study, raised floor may be modelled as a thermal resistance. When looking at comfort conditions, it is better to analyse separately raised floor and upper room as single thermal zones.

Five climates and two types of thermally activated building systems have been considered. TABS massive system has higher performance than lighter one, as well as it allows to improve comfort conditions. The possibility to directly use outdoor air, without air handling unit can only be done in some periods in Wuerzburg.

In Venice direct use of outdoor air, with a suitable control, can be

REFERENCES [1] Olesen BW. Cooling and heating of buildings by activating the thermal mass with embedded hydronic pipe systems. Proceedings of ASHRAE-CIBSE; 2000, Dublin.

[2] Brunello P, De Carli M, Tonon M, Zecchin R. Applications of heating and cooling thermal slabs for different buildings and climate. ASHRAE Annual meeting; July 2003, Kansas City.

[3] L. Schellen, W.D. Marken Lichtenbelt, van, M.H. Wit, de, M.G.L.C. Loomans, A.J.H. Frijns, J. Toftum. Thermal comfort, physiological responses and performance during exposure to a moderate temperature drift. Proceedings of the 11th International Conference on Indoor Air Quality and Climate (Indoor Air 2008), 17-22 August 2008, Copenhagen, Denmark [4] W. Pasut, F. Bauman, M. De Carli The use of ducts to improve the control of supply air temperature rise in UFAD systems: CFD and lab study. December 2014Applied Energy 134:490-498. DOI: 10.1016/j.apenergy.2014.08.002 [5] Bauman F, Daly A. Under floor air distribution (UFAD) design guide. 2003; Atlanta ASHRAE. [6] Currò Dossi F, De Carli M, Del Bianco R, Fellin F, Tonon M, Zecchin R. A pilot project for a low energy building equipped with thermal slabs, heat pump and ground heat storage. Building Simulation; August 2003, Eindhoven-Netherlands.

[7] Meierhans RA. Room air conditioning by means of overnight cooling of the concrete ceiling. ASHRAE Transactions; 1996, vol. 102, part. 2.

[8] J. Le Dréau, P. Heiselberg. Energy flexibility of residential buildings using short term heat storage in the thermal mass. September 2016Energy 111:991-1002.

DOI: 10.1016/j.energy.2016.05.076 [9] Schmidt D. Methodology for the modelling of thermally activated building components in low exergy design. Doctoral Thesis, Royal Institute of Technology; 2004, Stockholm.

[10] Weber T. Energy performance of buildings. Methodologies for experimental verification. Doctoral Thesis, Royal Institute of Technology; 2004, Stockholm.

[11] Olesen BW, De Carli M, Scarpa M, Koschenz M. Dynamic evaluation of the cooling capacity of thermo-active building systems. ASHRAE Transactions; 2006, vol. 112, pp. 350-357.

[12] De Carli M, Scarpa M, Tomasi R, Zarrella A. DIGITHON: A numerical model

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#66

done, thus allowing a 10% energy saving, but decreasing comfort conditions.

From this study, it can be demonstrated that TABS in combination with fresh handled air from floor can be used also in very warm and humid climates. Moreover, no problems of moisture are present when supplying air through raised floor in contact with TABS radiant systems.

The performance in terms of comfort conditions can improve, by improving the building envelope, since in the present study the calculations have been carried out under the same building envelope conditions.

for the thermal balance of rooms equipped with radiant systems. Building and Environment 57, 2012, pp. 126-144.

[13] Kusuda T. Thermal response factors for multi-layer structures of various heat conduction systems. ASHRAE semi annual Meeting; 1969, Chicago.

[14] De Carli, M., Tonon, M. 2011. Effect of modelling solar radiation on the cooling performance of radiant floors. Solar Energy 85 (2011). pp. 689–712. C. [15] Blomberg T. Heat2 – A PC-program for heat transfer in two dimensions.

Manual with brief theory and examples. Lund Group for Computational Building Physics; 1999, Sweden.

[16] Berglund L G, Gagge AP. Human response to thermal conditions maintained in an office by radiant ceiling, baseboard, forced air and floor heating systems. ASHRAE Transactions; 1985, vol. 91, pp. 488 – 502.

[17] Külpmann RW. Thermal comfort and air quality in rooms with cooled ceilings - results of scientific investigations. ASHRAE Transactions; 1993, vol.

99(2), pp. 488 – 502.

[18] Sieder EN, Tate GF. Ind. Eng. Chem; 1936, vol. 28, p. 1429.

[19] ISO. Ergonomics of the thermal environment - Analytical determination and interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort. ISO 7730, International Organization for Standardization; 2006, Geneve.

[20] CEN/TR 16798-2:2019. Energy performance of buildings - Ventilation for buildings - Part 2: Interpretation of the requirements in EN 16798-1 - Indoor environmental input parameters for design and assessment of energy performance of buildings addressing indoor air quality, thermal environment, lighting and acoustics 2019, Brussels.

[21] De Carli M, Olesen BW, Zarrella A, Zecchin R. People’s clothing behaviour according to external weather and indoor environment, Building and Environment 2007, vol. 42(12), pp. 3965-3973.

[22] K. H. Lee, S. Schiavon. Influence of three dynamic predictive clothing insulation models on building energy use, HVAC sizing and thermal comfort.

Energies 2014, 7, 1917-1934; doi:10.3390/en7041917 [23] U.S. Department of energy-DOE. EnergyPlus Energy simulation Software < https://energyplus.net/ >.

Informazioni dalle aziende

RAFFRESCATORI EVAPORATIVI DI NUOVA GENERAZIONE OXYCOM: LA CLIMATIZZAZIONE A TUTT’ARIA ESTERNA DIVENTA SOSTENIBILE Grazie alla nuova frontiera tecnologica evaporativa a doppio stadio, Oxycom è in grado di raffrescare con efficacia grandi spazi industriali e commerciali, avvicinandosi alle prestazioni dei sistemi a compressione con costi di gestione alla portata di tutti.

L

a maggioranza delle persone trascorre buona parte del tempo in ambienti chiusi, non solo per motivi di lavoro ma anche durante i momenti di relax.

La qualità dell’aria ed il microclima indoor assumono, pertanto, un’importanza di assoluto rilievo. In tempo di pandemia, inoltre, un’adeguata ventilazione degli ambienti ed un’efficace filtrazione risultano addirittura essenziali. È infatti noto come l’aria all’interno degli edifici tenda ad accumulare, se non adeguatamente ricambiata, sostanze inquinanti quali CO2 ma anche patogene come virus, funghi e batteri. Uno dei principali freni alla diffusione di sistemi di climatizzazione a tutt’aria esterna negli edifici di grandi dimensioni, come fabbriche e supermercati, è sempre stato l’elevato costo di gestione. In questi casi, infatti, risultava spesso obbligatorio ricorrere a sistemi ad aria ricircolata o, al più, miscelata. In ambito industriale, poi, le volumetrie degli edifici da climatizzare sono spesso tali da indurre proprietari e gestori a non climatizzare affatto, limitandosi al solo riscaldamento invernale. Con tutte le conseguenze negative che ciò comporta in termini di comfort climatico, di qualità dell’aria e di calo dell’efficienza produttiva, quest’ultimo - spesso – sottovalutato.

Da oggi, tuttavia, grazie al lavoro dei tecnici ricercatori dell’azienda olandese Oxycom, leader mondiale nel campo del raffrescamento evaporativo, i costi non rappresenteranno più un freno alla climatizzazione estiva dei grandi spazi. Con il vantaggio di poter ricorrere al 100% di aria esterna, adeguatamente filtrata e trattata.

Una delle dodici unità IntrCooll installate presso un’azienda di stampaggio materie plastiche in provincia di Torino

Oltre a ciò l’innovativa tecnologia evaporativa a doppio stadio di Oxycom fornisce aria più fresca e meno umida rispetto ai sistemi evaporativi tradizionali, non costituendo un semplice palliativo o tamponamento ai picchi di calore estivi ma garantendo un clima effettivamente confortevole. È una tecnologia altamente sostenibile ed efficiente dal punto di vista energetico che utilizza solo il 15-20% dell’energia necessaria al raffreddamento tradizionale meccanico, fornendo comunque rispetto a quest’ultimo prestazioni e temperature paragonabili in termini di comfort. A differenza del raffreddamento meccanico, il raffrescamento evaporativo non ricircola l’aria calda e contaminata interna, ma immette nell’edificio il 100% di aria esterna, filtrata e raffreddata. Di conseguenza, la qualità dell’aria interna migliora sostanzialmente. Inoltre, il processo non alimenta in alcun modo il fenomeno delle “isole di calore” e il surriscaldamento planetario, in quanto l’aria che il macchinario rigetta nell’ambiente esterno è più fredda dell’aria ambiente e non più calda, come invece accade per i sistemi tradizionali a compressione.

Infine il macchinario Intrcooll di Oxycom puo essere dotato di un modulo opzionale che se collegato a un normale generatore di acqua calda, riscalda l’aria in inverno. In questo modo con la soluzione Oxycom 4 stagioni si può garantire un clima interno adeguato e confortevole 365 giorni all’anno.

CleverClima srl distributore ufficiale Oxycom per l’Italia – email: info@cleverclima.com

Domande&Risposte

Ventilazionemeccanica in edilizia: le domande più frequenti dei progettisti Dalle normative tecniche da conoscere, agli errori progettuali da evitare fino alle tipologie degli impianti installabili V. Raisa*

Premessa Ho pensato di dare un taglio molto pratico a questo articolo perché, nonostante negli ultimi anni i sistemi di ventilazione meccanica siano sempre più diffusi, continuo a ricevere sempre le stesse domande durante seminari e momenti di formazione o ancora attraverso i social media.

Evidentemente c’è ancora bisogno di chiarezza, forse anche a causa di un quadro normativo e legislativo nazionale abbastanza contraddittorio. Il tema è davvero molto vasto. Ho pensato quindi di affrontare sinteticamente in questo articolo solamente i seguenti tre quesiti: ) Se voglio progettare un impianto di ventilazione meccanica, quali normative tecniche devo conoscere? ) Quali errori progettuali possono essere causati dalla mancanza di un sistema di ventilazione?

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#66

) Quali impianti di ventilazione meccanica possono essere progettati per l’edilizia residenziale e terziaria?

Quesito n. 1 – Se voglio progettare un impianto di ventilazione meccanica, quali normative tecniche devo conoscere?

La domanda è tutt’altro che banale perché un progettista che voglia dimensionare un impianto di ventilazione meccanica e che voglia documentarsi sull’argomento può imbattersi simultaneamente in più documenti: UNI 10339, UNI EN 16798 (divisa in più parti), UNI TS 11300-1, -2 e UNI PdR 13:1:2019 che rimanda a sua volta alla UNI EN 15251 e alla UNI EN 15242.

Si tratta forse di un “rompicapo”? Si! Dobbiamo quindi risolverlo. Prima di tutto le UNI TS 11300-1,

-2 non si utilizzano per dimensionare un impianto aeraulico, quanto piuttosto per valutare le prestazioni energetiche di un sistema edificioimpianto. La UNI PdR 13:1:2019, invece, è una recente prassi di riferimento che si occupa di sostenibilità ambientale nelle costruzioni e che, essendo gratuita, ha avuto una grande diffusione. La scheda criterio D.2.2 “Qualità dell’aria e ventilazione meccanica” indica di utilizzare le UNI EN 15251 e UNI EN 15242, già ritirate da UNI ancor prima della pubblicazione della stessa prassi di riferimento, perché sostituite con alcune delle parti della UNI EN 16798. Questa prassi, dunque, è stata pubblicata già obsoleta.

RIFERIMENTI NORMATIVI Norma

Anno di pubblicazione Titolo

UNI 10339

1995

Impianti aeraulici ai fini di benessere. Generalità, classificazione e requisiti.

Regole per la richiesta d’offerta, l’offerta, l’ordine e la fornitura.

UNI TS 11300-1

2014

Prestazioni energetiche degli edifici – Parte 1: Determinazione del fabbisogno di energia termica dell’edificio per la climatizzazione estiva ed invernale

2008

Ventilazione degli edifici non residenziali – Requisiti di prestazione per i sistemi di ventilazione e di climatizzazione

UNI EN 15251

2008

Criteri per la progettazione dell’ambiente interno e per la valutazione della prestazione energetica degli edifici, in relazione alla qualità dell’aria interna, all’ambiente termico, all’illuminazione e all’acustica

UNI EN 16798-1

2019

Prestazione energetica degli edifici – Ventilazione per gli edifici – Parte 1: Parametri di ingresso dell’ambiente interno per la progettazione e la valutazione della prestazione energetica degli edifici in relazione alla qualità dell’aria interna, all’ambiente termico, all’illuminazione e all’acustica – Modulo M1-6

UNI CEN/TR 16798-2

2020

Prestazioni energetiche degli edifici - Ventilazione per gli edifici - Parte 2: Interpretazione dei requisiti della norma EN 16798-1 - Parametri di input ambientale interno per la progettazione e la valutazione delle prestazioni energetiche degli edifici in relazione alla qualità dell'aria interna, all'ambiente termico, all'illuminazione e all'acustica (Modulo M1-6)

UNI EN 12792 UNI EN 13779 UNI EN 15242

Prestazione energetica degli edifici – Ventilazione per gli edifici – Parte 3: Per gli edifici non residenziali – Requisiti prestazionali per i sistemi di ventilazione e di condizionamento degli ambienti (Moduli M5-1, M5-4)

UNI EN 16798-3 UNI EN 16798-7

2018

UNI/ PdR 13:1:2019

A questo punto i riferimenti normativi rimanenti sono la UNI 10339 risalente al 1995 e alcune parti della UNI EN 16798 pubblicate nel 2018.

La norma italiana e quelle europee presentano alcuni contenuti che si “sovrappongono”, come ad esempio le tabelle con le portate di dimensionamento degli impianti di ventilazione e quelle per la scelta dei filtri.

In teoria la UNI 10339 avrebbe dovuto essere ritirata, oppure opportunamente modificata, al momento di emanazione delle normative europee poiché, essendo queste ultime di supporto alle direttive EPBD (Energy Performance Building Directive), prevalgono su quelle nazionali secondo specifici accordi internazionali. Per questo motivo la Commissione Tecnica 241 del CTI si è messa al lavoro da qualche anno per revisionare la UNI 10339 ed eliminare qualsiasi punto di sovrapposizione con i documenti europei. Sappiamo che la nuova UNI 10339 dovrebbe essere divisa in quattro parti distinte e che la prima dovrebbe essere pubblicata per fine 2021; non conterrà i valori delle portate di ventilazione per il dimensionamento degli impianti, ma rimanderà alla UNI EN 16798-1, nello specifico all’allegato nazionale.

Da molti anni, comunque, per

Prestazione energetica degli edifici - Ventilazione per gli edifici - Parte 7: Metodi di calcolo per la determinazione delle portate d'aria negli edifici compresa l'infiltrazione (Moduli M5-5) Sostenibilità ambientale nelle costruzioni - Strumenti operativi per la valutazione della sostenibilità - Edifici residenziali

effetto di questa coesistenza di normative che speriamo termini quanto prima, i progettisti non sanno a quale riferirsi e hanno il timore di compiere una scelta sbagliata che li potrebbe esporre a potenziali contenziosi. Questo perché le portate di ventilazione per dimensionare un impianto sono diverse nella UNI 10339 e nella UNI EN 16798-1.

Per rispondere al quesito nr.1, dunque, mi sento di dire quanto segue: nel momento in cui si fa riferimento ad una “regola dell’arte” vigente certamente non si cade nell’errore. Pertanto, al momento, entrambi i riferimenti normativi si possono considerare validi. La UNI 10339 è stata un ottimo strumento per i progettisti principalmente perché è sintetica e semplice da utilizzare. La nuova normativa europea è più articolata ed è scritta in lingua inglese, ma offre maggiori informazioni in linea con le nuove tecnologie presenti sul mercato, come ad esempio gli impianti a portata variabile, e più criteri di scelta delle portate, con riferimento ad esempio al potenziale livello di inquinanti rilasciati dai materiali da costruzione e di arredo.

Vale sicuramente la pena iniziare quanto prima ad approfondire la UNI EN 16798-1 poiché tra non molto diventerà l’unica regola dell’arte vigente a guidare i progettisti nella scelta delle portate di ventilazione. Allo stesso tempo è molto importante assimilare i contenuti della UNI EN 16798-3 che contiene una classificazione degli impianti aeraulici ed orienta alla scelta di alcuni componenti di impianto (come, ad esempio, i filtri) con riferimento a classi di qualità dei vari tipi di aria codificati all’interno del documento (come ad esempio ODA, cioè outdoor air, SUP, cioè supply air e così via).

Una caratteristica delle parti delle UNI EN 16798 è quella di essere accompagnata dal rispettivo TR, cioè rapporto tecnico (technical report), che supporta, con alcuni esempi e descrizioni più ampie, i contenuti volutamente sintetici delle norme. Nel TR EN 16798-2, ad esempio, sono presenti alcune planimetrie di alloggi di diverse ampiezze con i relativi calcoli per determinarne le portate di ventilazione di progetto.

Quesito n. 2 - Quali errori progettuali causa la mancanza di un impianto di ventilazione?

Se si leggono molti regolamenti edilizi o di igiene italiani sembra che per assicurare i requisiti di salubrità ambientale di alcune categorie di edifici, tra cui quelli residenziali, basti dotarli di finestre apribili che abbiano un adeguato “rapporto aero illuminante”. Lo stesso decreto “CAM” supporta questa impostazione. Secondo questa indicazione, quindi, non dovrebbero sussistere particolari errori progettuali collegati all’assenza di un impianto di ventilazione meccanica. Questa consuetudine è talmente radicata in Italia che anche nelle scuole gli impianti di ventilazione sono spesso assenti, nonostante esista un decreto del 1975 che ne obbliga l’utilizzo ai punti 5.3.12 e 5.3.13: “Dovrà essere assicurata l’introduzione delle seguenti portate d’aria esterna, mediante opportuni sistemi” e ancora “Nelle zone in cui si verificano condizioni particolarmente gravi di inquinamento atmosferico dovrà porsi particolare cura per quanto riguarda la presa dell’aria esterna.” In questo caso il lessico “opportuni sistemi” induce a pensare anche a sistemi naturali o ibridi

#66

57

che, come quelli meccanici, devono comunque essere attentamente dimensionati da un progettista. Altra cosa, invece, è il ricambio d’aria mediante apertura dei serramenti. In questo caso si parla di aerazione, come ben specificato nella normativa UNI EN 12792 riguardante tutte le definizioni inerenti al settore della ventilazione degli edifici.

A questo punto si possono identificare due categorie di edifici: quelli coperti da una specifica legislazione che obbliga alla progettazione di un impianto per il ricambio dell’aria (scuole, ospedali, ma non solo) e quelli per cui legislazione e regolamenti locali richiedono il rispetto del rapporto aero illuminante come unico requisito di salubrità degli ambienti interni.

Nel primo caso, la mancanza di un sistema di ricambio dell’aria opportunamente progettato induce ad un grave errore: non si rispetta una legge. Una conseguenza tangibile di ciò è emersa nettamente in questo periodo di pandemia: gli studenti devono stare in aula con i serramenti aperti anche nei giorni più freddi dell’anno e devono indossare giacche a vento o cappotti per ripararsi dal freddo. Che ne è del comfort termico e dell’uso razionale di energia termica per il riscaldamento degli ambienti? Le direttive EPBD sono molto chiare a proposito sin dal 2002: all’articolo 4 dal titolo “Fissazione di requisiti minimi di prestazione energetica “si trova scritto “Nel fissare i requisiti, gli Stati membri possono distinguere tra gli edifici già esistenti e quelli di nuova costruzione, nonché tra diverse tipologie edilizie. Tali requisiti tengono conto delle condizioni generali del clima degli ambienti interni allo scopo di evitare eventuali effetti negativi quali una ventilazione inadeguata, nonché delle condizioni locali, dell’uso cui l’edificio è destinato e della sua età”.

Nel secondo caso, invece, pur applicando la legge, si trascurano aspetti molto importanti legati alla fisica tecnica applicata agli edifici, al comfort termoigrometrico, alla qualità dell’aria interna, al giusto utilizzo dell’energia e alle modalità di conduzione degli ambienti da parte dell’utenza. Dal mio personale punto di vista anche questo fa parte della progettazione, poiché le conseguenze di una inadeguata ventilazione degli ambienti devono essere conosciute, quanto meno per informare la committenza che spesso non vuole affrontare gli oneri economici di un impianto di ventilazione, considerandolo superfluo. Il riferimento al testo delle EPBD, in questo contesto, è quanto mai illuminante.

In questi casi, un approccio interessante potrebbe essere quello di fornire le giuste informazioni al cliente. Un primo punto da trattare potrebbe essere il seguente: nel passato il concetto di “rapporto aeroilluminante” poteva avere un senso, poiché gli infissi non avendo una elevata tenuta all’aria, permettevano una sorta di ricambio d’aria continuativo, benché non sempre desiderato. Quando si iniziarono a sostituire i serramenti per contenere i

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#66

RIFERIMENTI LEGISLATIVI

Direttiva 2002/91/CE dl Parlamento Europeo e del Consiglio del 16 dicembre 2002 sul rendimento energetico nell’edilizia.

Direttiva 2010/31/UE del Parlamento Europeo e del Consiglio del 19 maggio 2010 sulla prestazione energetica nell’edilizia.

Direttiva 2018 /31/UE del Parlamento Europeo e del Consiglio che modifica la direttiva 2010/31/UE del 19 maggio 2010 sulla prestazione energetica nell’edilizia e la direttiva 2012/27/UE sull’efficienza energetica.

Decreto Ministeriale 18 dicembre 1975 – Norme tecniche aggiornate relative all’edilizia scolastica, ivi compresi gli indici di funzionalità didattica, edilizia ed urbanistica, da osservarsi nella esecuzione di opere di edilizia scolastica.

Decreto Legislativo 9 aprile 2008, n.81 – Attuazione dell’articolo 1 della legge 3 agosto 2007 in materia di tutela della salute e della sicurezza nei luoghi di lavoro.

Decreto 11 ottobre 2017 – Criteri ambientali minimi per l’affidamento di servizi di progettazione e lavori per la nuova costruzione, ristrutturazione e manutenzione di edifici pubblici.

consumi energetici durante il periodo invernale in molti edifici esistenti iniziarono a comparire delle muffe in prossimità di punti critici (ad esempio angoli esterni o dietro gli armadi) anche se l’uso degli ambienti interni non era variato. Come è possibile risolvere il problema? Alcuni suggeriscono di “levare le guarnizioni agli infissi”. In questo caso, però, si ritorna alla situazione precedente, ovverosia troppa permeabilità all’aria. Altri suggeriscono all’utenza di “aerare abbondantemente”. In questi casi si rischia addirittura di peggiorare il problema dell’insorgenza di muffe poiché, durante l’apertura dei serramenti nelle giornate fredde, si genera una rapida diminuzione della temperatura delle superfici interne con il rischio di raggiungere quella di rugiada in aree più estese. La dispersione di calore legata all’apertura dei serramenti durante le giornate invernali fredde e ventose è molto rapida (esistono specifici metodi di calcolo per valutare l’entità della portata di ricambio dell’aria dovuta all’aerazione all’interno della UNI EN 16798-7) e l’impianto di riscaldamento, in questi casi, deve funzionare in maniera poco virtuosa. La presenza di un impianto di ventilazione adeguatamente dimensionato, invece, permette di controllare la portata di rinnovo dell’aria negli ambienti e risponde pienamente alle richieste di un uso razionale dell’energia imposte dalle direttive EPBD. Il problema della comparsa di muffe nell’edilizia residenziale è molto diffuso, in edifici esistenti o di recente costruzione dove il rinnovo dell’aria avviene unicamente tramite aerazione.

Questa situazione, purtroppo, ha generato svariati contenziosi legali che in moltissimi casi si sono conclusi con la risoluzione definitiva del problema solo quando è stata imposta l’installazione di un impianto di ventilazione meccanica.

Altre informazioni molto importanti da fornire alla committenza riguardano il tema della qualità dell’aria interna sul quale esistono centinaia di pubblicazioni scientifiche che dimostrano come un insufficiente rinnovo dell’aria possa causare patologie più o meno serie. Una adeguata

bibliografia richiederebbe svariate pagine. Nonostante la grande importanza di questo tema spesso ci si trova a dialogare con figure che non lo prendono in considerazione e che, come anticipato, scartano a priori l’idea di installare un impianto di ventilazione meccanica per vari motivi, ad esempio di tipo economico (generalmente il committente) oppure di ingombri (generalmente l’impresa o qualche membro del team di progettazione, specialmente nelle operazioni di ristrutturazione di edifici esistenti). Una argomentazione che solitamente stimola molto chi si trova a gestire edifici destinati ad ambienti di lavoro o scolastici è stata descritta molto bene nel volume 7 della collana AiCARR (AA.VV. 2008) e nella premessa della UNI EN 16798-1: una buona qualità dell’aria interna diminuisce l’assenteismo, aumenta la produttività dei lavoratori e la capacità di apprendimento degli studenti. Ancora una volta, per chi non volesse cimentarsi in una lettura, ma fosse più propenso ad ascoltare una testimonianza, posso fare riferimento ad una recente esperienza professionale che mi ha vista coinvolta in un contenzioso legale.

In questo ambito alcuni dipendenti pubblici lamentavano l’insorgenza di problemi alle vie respiratorie dal momento in cui erano stati trasferiti nella nuova sede di lavoro, un edificio nel quale erano appena stati ultimati i lavori di ristrutturazione. Il progetto prevedeva la realizzazione di un impianto di ventilazione meccanica canalizzato, che non è mai stato installato. Sono state effettuate delle analisi di qualità dell’aria interna

che hanno dimostrato concentrazioni di formaldeide al di sopra dei limiti raccomandati negli ambienti di lavoro (D.Lgs. 81/08 e s.s.m.i.). In questo caso specifico la scarsa qualità dell’aria interna non è stata causata da un errore progettuale, ma da una “mancanza” nella realizzazione del cantiere.

Per quanto riguarda infine costi ed ingombri è possibile affermare che il mercato offre svariate soluzioni per ventilare meccanicamente gli edifici e le risposte al quesito n. 3 presentano una panoramica sintetica, ma abbastanza esaustiva, delle varie possibilità di scelta.

Quesito n. 3 - Quali impianti di ventilazione meccanica possono essere progettati per l’edilizia residenziale e terziaria?

Sono attualmente disponibili sul mercato centrali e componenti – testati secondo le specifiche norme di prodotto - per realizzare impianti unidirezionali e bidirezionali, secondo l’esatta nomenclatura prevista in ambito CEN. Gli impianti unidirezionali sono tradizionalmente conosciuti come “a semplice flusso” e quelli a pressione negativa sono utilizzati in Italia da oltre venti anni. Quelli a pressione positiva, invece, trovano impiego nel solo Regno Unito. Il principio di funzionamento del sistema unidirezionale consiste nel realizzare meccanicamente solo uno dei due flussi d’aria (l’immissione o l’estrazione) facendo sì che l’altro avvenga naturalmente per sovrapressione o depressione.

Questo tipo di soluzioni ha trovato applicazione sia nelle residenze, singole o condominiali, sia negli edifici terziari. Quando si progetta un

Figura 1 – Facciata di un albergo di Francoforte sul Meno, in Germania. Le feritoie sulla parte superiore del controtelaio dei serramenti sono i dispositivi di ingresso dell’aria

impianto unidirezionale a pressione negativa occorre prevedere l’installazione di dispositivi di ingresso dell’aria negli ambienti di vita o di lavoro (soggiorni, stanze da letto, uffici, ecc.) attraverso i quali l’aria è richiamata per essere estratta meccanicamente dai locali soggetti a maggiore carico di inquinamento e odori (cucine, bagni, locali con stampanti e fotocopiatrici, ecc.). Gli impianti unidirezionali, a seconda dei componenti di cui sono costituiti, permettono un ricambio d’aria costante nel tempo, oppure variabile. Quelli più diffusi in Italia consentono di modulare la portata d’aria di rinnovo proporzionalmente alla variazione della concentrazione di vapore all’interno degli ambienti (sono detti in linguaggio comune “igroregolabili”).

I vantaggi degli impianti unidirezionali sono rappresentati dalla semplicità di installazione per la presenza di una unica rete aeraulica, dal costo contenuto, dall’indiscussa capacità di controllo del ricambio dell’aria negli ambienti secondo quanto previsto dal progetto e dalla facilità di manutenzione. Di contro, essi non sono dotati di dispositivi per il recupero di calore dall’aria esausta e la maggior parte dei modelli dei dispositivi di ingresso dell’aria non prevede possibilità di filtrazione dell’aria in ingresso.

Gli impianti bidirezionali, conosciuti come “a doppio flusso”, necessitano di una centrale equipaggiata con due ventilatori a partire dalla quale si articolano una rete aeraulica di immissione ed una di estrazione. L’aria immessa ed estratta sono opportunamente filtrate per abbattere i contaminanti presenti nell’aria esterna e per proteggere i componenti della centrale come ad esempio il recuperatore di calore statico sensibile o latente (a flussi incrociati o alternati, in controcorrente o rotativo) e/o la pompa di calore (detta anche recuperatore termodinamico) che può assolvere a varie funzioni, o ancora eventuali batterie per il trattamento termico dell’aria. Questi impianti stanno avendo una grandissima diffusione perché gli edifici di nuova costruzione e quelli riqualificati hanno bassissime dispersioni per trasmissione e devono quindi poter contare su altrettanto contenute dispersioni dovute

Figura 2 – Parete esterna di una scuola.

Si possono notare i punti in cui sono state installate le piccole centrali di ventilazione ad inversione di flusso. Fonte: Aldes

alla ventilazione, cosa che non è possibile con l’aerazione. C’è un altro motivo: gli edifici a basso consumo energetico non sono di fatto permeabili all’aria poiché le fasi di cantiere prevedono adeguate sigillature di giunti come quelli di posa dei serramenti. Di conseguenza, in mancanza di un impianto di ventilazione, l’utenza non è in grado di provvedere al corretto rinnovo dell’aria nell’arco dell’anno con pesanti ripercussioni sulla qualità dell’aria interna.

Gli impianti bidirezionali sono più complessi rispetto a quelli unidirezionali e necessitano di maggiori spazi tecnici per il passaggio delle canalizzazioni. Tuttavia, permettono sempre la filtrazione dell’aria esterna, il recupero di calore dall’aria esausta nel periodo invernale, il bypass sul recuperatore di calore quando è ottimale ricorrere al free-cooling e molteplici possibilità per il controllo delle portate di rinnovo, anche da remoto con moderni sistemi di regolazione controllabili anche tramite smartphone. Alcune centrali – definite dalla normativa di settore “multifunzione” sono dotate di recuperatore di calore statico e termodinamico; sfruttando il contenuto energetico dell’aria espulsa, possono essere in grado di riscaldare, raffrescare e fornire energia per riscaldare l’acqua per usi sanitari. Se ne sta apprezzando il loro impiego principalmente in abitazioni unifamiliari con bassissime dispersioni energetiche e apprezzabili apporti solari nel periodo invernale.

Il mercato offre anche una interessante gamma di centrali di ventilazione che non prevedono l’utilizzo di canalizzazioni, se non di limitatissima lunghezza, per offrire soluzioni adatte ai contesti nei quali non è possibile installare un impianto tradizionale.

Sono di seguito riportate alcune immagini di edifici nei quali recentemente sono stati installati impianti di ventilazione meccanica. Per chi volesse approfondire la tematica ed acquisire dati inerenti alle caratteristiche di centrali e componenti si raccomanda di consultare le schede tecniche dei vari produttori.

In Figura 1 è riportata una immagine scattata a Francoforte che ritrae la facciata principale di un albergo di una nota catena. Si possono notare alcune feritoie sulla parte superiore dei controtelai dei serramenti. Si tratta dei dispositivi di ingresso dell’aria. Ho potuto soggiornare in una stanza di quell’albergo e, nonostante si trovasse in una zona rumorosa per il traffico urbano, non ho risentito di discomfort acustico o di correnti d’aria fredde.

Al mattino, al rientro in stanza dopo la colazione, nonostante i serramenti non fossero stati aperti per arieggiare non si percepiva il classico odore di aria viziata dovuto all’innalzamento della concentrazione di anidride carbonica rilasciata durante la notte.

In Figura 2 si può osservare la parete esterna di un complesso scolastico. Al di sotto dei serramenti sono posizionati i componenti esterni di centrali di ventilazione di piccola taglia ad inversione di

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flusso. Sono costituite da un breve tratto di canale che attraversa il muro al cui interno sono presenti uno scambiatore di calore ceramico, un ventilatore ed un filtro grossolano. Peculiarità di questi dispositivi è quella di invertire il flusso circa ogni minuto.

In questo modo, durante la stagione invernale l’accumulatore ceramico cattura il calore dell’aria in uscita e, nel minuto successivo, lo cede a quella più fredda entrante. Queste centrali stanno avendo una grandissima diffusione per il loro prezzo contenuto e per la facilità di installazione. Occorre precisare, però, che l’efficienza di recupero del calore è molto modesta così come la capacità di abbattimento dei contaminanti presenti nell’aria esterna, che si limita ai pollini e agli insetti. Per la precisione occorre ricordare che un filtro, per sua definizione, è solo quello attraversato in un’unica direzione.

In Figura 3 sono riportate alcune immagini scattate durante le recenti fasi di costruzione di un edificio condominiale a Novara dove, in ogni stanza degli alloggi, sono state installate delle unità di ventilazione decentralizzata bidirezionali. Nonostante le dimensioni contenute esse sono equipaggiate con due ventilatori, due filtri ed un recuperatore di calore a flussi incrociati.

Tramite un apposito telecomando o una applicazione gestibile da smartphone è possibile gestire cinque diverse portate di ventilazione.

Le aziende del settore hanno studiato diverse possibilità di installazione delle centrali di piccole dimensioni, come ad esempio si vede in Figura 4 e cioè a muro, a ridosso del serramento (in spalla, tra architrave e controtelaio, sotto davanzale o nascoste nel cassonetto) o all’interno di un monoblocco pre-isolato.

Gli impianti canalizzati hanno bisogno di appositi spazi per la posa dei condotti nei quali deve circolare l’aria; essi possono essere annegati nel massetto della pavimentazione, incassati a muro, nascosti in appositi cavedi o controsoffitti o addirittura a vista. In Figura 5 sono riportate alcune immagini che, anche se non esaustive di tutte le installazioni possibili, permettono di far comprendere come esistano tante possibilità di progettazione grazie all’esistenza di condotte di varie dimensioni (sezione quadrata o circolare, ma anche piatta ovalizzata) e materiali (acciaio zincato spiralato, materiale plastico resistente alla compressione, soluzioni con isolamento termico esterno, ecc).

In Figura 6 si possono osservare alcune centrali di ventilazione di maggiori dimensioni che sono costruite con materiali resistenti alle intemperie e quindi installabili anche all’esterno. Nello specifico sono a servizio di edifici destinati ad attività scolastiche.

Per rimanere in ambito scolastico, in alcuni casi, quando non è possibile intervenire con impianti centralizzati, alcuni progettisti hanno pensato di installare piccoli impianti bidirezionali per ogni aula, come riportato in Figura 7.

In Figura 8 sono riportate ancora una volta

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Figura 3 – Scatti realizzati durante la costruzione di un edificio condominiale a Novara. A sinistra: vista d’insieme. Al centro: vista della centrale di ventilazione installata “in spalla” sulla finestra. A destra: fase di montaggio della centrale. Fonte: Savio-Thesan

Figura 4- Esempi di collocazione delle centrali di ventilazione senza condotte. A sinistra: fasi di costruzione di un monoblocco pre-isolato per serramenti con apposita nicchia che ospita una centrale di ventilazione.

Al centro: centrale di ventilazione installata a muro. A destra: nicchia con isolamento termico ricavata al di sotto del davanzale durante le fasi di ristrutturazione di un edificio residenziale a Rovigo. Fonte: Savio-Thesan

Figura 5 - Esempi di installazione di reti aerauliche. A sinistra condotte a sezione schiacciata in materiale plastico per posa nel massetto della pavimentazione. Al centro: condotta in acciaio zincato spiralato per installazione a vista in un edificio per uffici. A destra: condotte di collegamento tra centrali e plenum di tipo flessibile con isolamento termico. Fonte: Aldes Figura 6 – A sinistra: centrale di ventilazione meccanica installata all’esterno a servizio di un’ala della facoltà di Architettura di Ferrara. A destra: fase di installazione di una centrale di ventilazione a servizio di alcune aule di un asilo in provincia di Vicenza. Fonte: Aldes

viste di grandi centrali di ventilazione rispettivamente a servizio di una sala bingo e di un ambulatorio medico. La peculiarità di queste centrali riguarda la presenza del recuperatore di calore in controcorrente e del circuito frigorifero in pompa di calore tramite il quale, se necessario, è possibile trattare l’aria immessa.

Questa funzione può essere interessante durante la stagione invernale quando alcuni ambienti possono essere temporaneamente soggetti a carichi interni elevati (come le sale giochi, le sale d’attesa di ambulatori medici, ecc.) e durante la stagione

estiva, quando ad esempio il raffrescamento è realizzato tramite pannelli radianti per cui è necessario un sistema di deumidificazione. È interessante sapere che le centrali di ventilazione più evolute sono equipaggiate con una raffinata sensoristica che, inviando segnali alla centralina di controllo presente a bordo macchina, rende possibile le varie modalità di funzionamento come ad esempio: solo rinnovo dell’aria con recupero di calore, attivazione del by-pass, attivazione del circuito frigorifero, variazione delle portate immessa ed estratta o altro, secondo le specifiche logiche di controllo previste dalle numerose aziende presenti sul mercato.

In Figura 9 si vede una cosiddetta centrale “multifunzione” destinata ad essere utilizzata in edifici

Figura 7- Scatto realizzato in un’aula scolastica dove si possono identificare una centrale di ventilazione bidirezionale e condotte in acciaio zincato spiralato microforato. L’impianto è completamente a vista. Fonte: Aldes

Figura 8- Centrali di ventilazione di grossa taglia per installazione all’esterno. A sinistra: a servizio di una sala bingo a Roma. A destra: a servizio di un ambulatorio medico Figura 9- Vista di una centrale multifunzione nel locale tecnico a servizio di una abitazione unifamiliare abbinata a un accumulo di acqua calda sanitaria e a una batteria di scambio termico. Fonte: Nilan

BIBLIOGRAFIA

∙ Wargocki, O. Seppanen, J. Andersson, A. Boerstra, D. Clements-Croome, K. Fitzner, S. O. Hanssen (Traduzione: Stefano Schiavon), Clima interno e produttività negli uffici. Come integrare la produttività nell’analisi del costo del ciclo di vita degli edifici, Dario Flaccovio Editore. 2008

residenziali a bassissime prestazioni energetiche, che quindi hanno bisogno di poca potenza termica o frigorifera. Grazie agli impianti che si riescono a realizzare utilizzando questo tipo di unità, si può assolvere simultaneamente alle funzioni di riscaldamento, raffrescamento, ventilazione e produzione di acqua calda sanitaria. Tutto ciò è possibile sfruttando il contenuto energetico dell’aria di ripresa, dopo il suo eventuale passaggio per il recuperatore di calore statico, per alimentare una pompa di calore reversibile. Quest’ultima, quindi, fornisce potenza per riscaldare o raffreddare l’aria di rinnovo, a seconda delle esigenze, e per alimentare il serbatoio di accumulo di acqua calda per gli usi sanitari. La gestione delle funzioni della centrale, come ad esempio l’attivazione del bypass sul recuperatore o la disattivazione della pompa di calore, sono rese possibile in automatico grazie ad un sistema di controllo basato sulle informazioni fornite da sensori ambiente e a bordo macchina. In alcuni cantieri, per ottenere maggiore potenza termica e frigorifera, si abbina a queste centrali una ulteriore batteria di scambio termico alimentata da un circuito idronico interrato, per recuperare energia dal terreno.

Conclusioni In questo articolo, dal taglio volutamente semplice e pragmatico, sono stati offerti alcuni spunti per permettere di approfondire alcune nozioni inerenti alla progettazione degli impianti di ventilazione meccanica in edilizia.

La declinazione di alcune risposte a tre dei più comuni quesiti che vengono formulati in questo ambito permette di comprendere come i progettisti possano essere disorientati poiché si trovano di fronte a regolamenti edilizi o di igiene poco aggiornati, a provvedimenti legislativi poco chiari e a normative tecniche che si sovrappongono.

Il quadro normativo, comunque, si sta aggiornando. A breve, accanto alle normative europee sotto mandato EPBD, dovremmo avere a disposizione una nuova e moderna UNI 10339 revisionata.

Si spera che anche i regolamenti locali e i provvedimenti legislativi seguano lo stesso percorso di modernizzazione e aggiornamento, unitamente alle prassi di riferimento pubblicate da UNI. Le numerose aziende presenti sul mercato, in ogni caso, offrono molteplici soluzioni certificate per realizzare impianti di ventilazione meccanica sia in edifici di nuova costruzione, sia in quelli esistenti dove possono sussistere più difficoltà di installazione. Le immagini e le descrizioni proposte in questo articolo, pur non essendo esaustive, per motivi di brevità, offrono qualche spunto interessante per approfondire la tematica. * Valentina Raisa, Sistene E.S.CO., Socia AiCARR

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www.aicarr.org a cura di Lucia Kern

Commissione Comitati Tecnici: il punto sulla produzione editoriale di AiCARR La panoramica sulle Commissioni attive nel triennio 2020-2023, attraverso il colloquio con i Presidenti che le coordinano, si conclude con la Commissione Comitati Tecnici, che ci viene presentata da Giorgio Bo, ingegnere progettista, libero professionista.

“La Commissione Attività Territoriali da me presieduta nello scorso triennio – chiarisce Giorgio Bo – era articolata secondo una struttura piramidale, che vedeva il coordinatore al vertice, mentre per la Commissione Comitati Tecnici ho preferito mantenere una struttura di tipo diffuso, gestendo l’attività in modo condiviso con i vari responsabili dei singoli Comitati Tecnici. Si tratta di un sistema più dispendioso dal punto di vista dell’impegno, ma non sarebbe stato produttivo modificare l’impostazione preesistente, anche considerando che i Comitati Tecnici attivi, circa una decina, sono gli stessi del triennio precedente e quasi tutti hanno al loro interno gruppi di lavoro che stanno ultimando delle attività”.

Quali sono le iniziative già portate a termine dalla Commissione in questo triennio?

Negli scorsi mesi hanno visto la luce l’importante volume tecnico sull’impiantistica antisismica, che delinea un percorso tecnico-scientifico-operativo che va dal concept fino alla manutenzione degli impianti soggetti al rischio di vulnerabilità sismica, e due Guide della Collana AiCARR, la VII e la VIII, dedicate rispettivamente alla filtrazione nelle UTA e ai sistemi VRF analizzati nel percorso che va dal progetto alla manutenzione.

La Guida VII è focalizzata su un tema sempre attuale perché la ricerca della qualità dell’aria interna non si esaurisce mai e, anzi, è un requisito che ha incominciato a ottenere la meritata attenzione da parte dell’opinione pubblica in questo periodo di emergenza sanitaria. Il volume chiarisce l’aspetto della filtrazione dell’aria nelle UTA e intende supportare il lavoro dei progettisti, rendendo più semplice l’approccio alla norma UNI EN 16890-1 sulla filtrazione.

La Guida VIII sui sistemi VRF è invece nata con l’obiettivo di ovviare a una lacuna della letteratura tecnico-scientifica sul tema dei sistemi VRF, proponendosi come punto di riferimento per la loro progettazione e installazione, fino al processo di collaudo, con un approccio interessante sia per progettisti già esperti sia per i giovani neolaureati.

Che dire dei due primi incontri con gli autori delle Guide, tenutisi recentemente in webinar?

Con la partecipazione di circa 500 persone a ciascun evento, gli incontri con gli autori delle due Guide si sono rivelati un successo. Questi appuntamenti, che sicuramente proseguiranno con le prossime pubblicazioni, ci permettono di far conoscere al meglio la nostra produzione editoriale e di creare un filo diretto fra autori e lettori, con un approfondimento dei contenuti attraverso le presentazioni e le risposte ai quesiti dei partecipanti. Inoltre, questi momenti di condivisione rappresentano il doveroso riconoscimento al grande impegno degli autori e dei coordinatori dei volumi.

Quali sono i volumi in uscita prossimamente?

Abbiamo due manuali in fase conclusiva: il manuale di Acustica e il manuale di Aeraulica. Poiché entrambi sono dedicati ad argomenti particolarmente attuali, la loro pubblicazione è stata procrastinata rispetto alle tempistiche stabilite per dare modo agli autori di percepire gli aggiornamenti normativi, ora integrati nei testi.

Senza togliere nulla agli altri volumi, tutti di grande valore tecnico-scientifico com’è nella tradizione di AiCARR, il manuale di Aeraulica costituisce l’opera a mio parere più rilevante, considerando la situazione attuale a livello globale e, in ambito personale, la mia professione, ora quasi interamente focalizzata sulla progettazione in ambito sanitario. In quest’ottica, posso dire che gli impianti aeraulici, seppure non complessi come quelli idronici, sono i più delicati in ogni loro applicazione, in primo luogo perché un errore nella progettazione o nell’installazione dell’impianto viene immediatamente percepito dall’utente finale in termini di discomfort e in secondo luogo perché le problematiche, registrate con una frequenza molto elevata, emergono solo quando l’impianto è già completamente realizzato. Il manuale di Aeraulica, che dovrebbe andare in stampa prima

Giorgio Bo, Presidente della Commissione Comitati Tecnici

dell’estate, si propone come strumento imprescindibile per il professionista e come pubblicazione fondante per il nostro settore. Si tratta, al pari del Manuale di Idronica che l’ha preceduto alcuni anni fa, di un’opera colossale di oltre 1000 pagine e gli autori – progettisti e produttori – sono professionisti di altissimo livello.

I manuali che ho citato rappresentano una parte delle iniziative che stiamo portando avanti in questo periodo: si tratta di attività già sviluppate nel triennio precedente e personalmente sto “tirando le fila” del lavoro effettuato dal mio predecessore, Federico Pedranzini, che ringrazio.

Ci sono altre iniziative in cantiere per i prossimi mesi?

Attualmente mi sto occupando di un progetto, già condiviso e approvato dal Presidente Filippo Busato e dalla Giunta esecutiva.

Si tratta di un intervento di tipo operativo e pragmatico che apporterà una modifica sostanziale al sistema dei Comitati Tecnici, che al momento soffrono di una mancanza di tempo da parte degli autori, tutti impegnati nelle proprie attività professionali e quindi costretti a lavorare ai volumi in scadenza a orari impossibili, sacrificando il proprio tempo libero. Ma spesso anche la loro abnegazione non è purtroppo sufficiente a rispettare i tempi che ci siamo prefissati.

Partendo da questa constatazione, ho pensato di esternalizzare la parte di lavorazione dei volumi non prettamente legata alla nostra professione, in particolare la redazione dei testi e la veste grafica, lasciando agli autori la definizione dei contenuti scientifici. L’idea è di affiancare ai componenti dei gruppi di lavoro una figura proveniente dal mondo dell’editoria e una serie di redattori che, rispettando vincoli di tempo garantiti contrattualmente, scrivano i testi sulla base di interviste agli autori, che poi potranno dedicarsi con maggiore tranquillità alla revisione dei testi.

Attualmente stiamo lavorando a uno studio di fattibilità del progetto, poiché dobbiamo essere certi che i ricavi derivanti dalla vendita dei volumi coprano i costi di questa iniziativa, permettendoci di pareggiare il bilancio così come richiesto a un’Associazione non-profit qual è AiCARR. Stiamo inoltre cercando nel settore dell’editoria figure professionali a noi congeniali e in grado di supportare al meglio il nostro progetto, che conto si possa realizzare in tempi brevi.

AiCARR informa

www.aicarr.org Ritorna da maggio il Percorso con certificazione per Esperto in Gestione del rischio Legionellosi

Il 52° Convegno internazionale AiCARR, dal titolo “HVAC e salute, comfort, ambiente. Tecnologie e progettazione per la qualità dell’ambiente interno e la sostenibilità”, si terrà a Vicenza dal 3 al 4 settembre prossimi.

La pandemia da Covid-19 ha contribuito in modo fondamentale a una consapevolezza generalizzata sul ruolo essenziale svolto dagli impianti HVAC nel migliorare la salute e la qualità di vita delle persone, indirizzando buona parte dell’impegno del settore verso il ruolo chiave giocato dall’HVAC nel ridurre i rischi di infezione da virus.

Questo cambio di prospettiva, che vede il tema della salute affiancarsi a quelli già consolidati del risparmio energetico, dell’impatto ambientale della climatizzazione e del comfort, rappresenta, da un lato, un’opportunità unica per affrontare adeguatamente i potenziali benefici degli impianti HVAC anche su altre patologie rilevanti (per esempio, cardiache, respiratorie e

infezioni da altri agenti patogeni) migliorando il comfort e la produttività delle persone, dall’altro uno stimolo per accelerare la transizione verso nuove tecnologie rispettose dell’ambiente, in conformità con l’Agenda 2030.

In generale, vi è un’evidente necessità di un nuovo approccio in grado di integrare le tecnologie, i sistemi e la progettazione dell’edificio sotto il paradigma di un ambiente abitato più salutare.

Sulla base di queste riflessioni, il 52° Convegno internazionale AiCARR accoglie i contributi di interesse per il settore HVAC, relativi a nuovi componenti e sistemi, approcci progettuali innovativi, studi sul loro impatto sul comfort e la salute delle persone, nuovi sistemi di monitoraggio e controllo, approfondimenti sulla relazione fra HVAC e diffusione di patologie o agenti patogeni, impatto ambientale delle nuove tecnologie, ripercussioni economiche e sociali.

Per informazioni visitare il sito www.aicarr.org

Impianti di condizionamento e vita: il Seminario AiCARR a MCE live+digital

Prende il via il 3 maggio in diretta streaming la terza edizione del Percorso Specialistico dedicato al rischio legionella nella gestione degli edifici, ideato da AiCARR Formazione per il completamento delle conoscenze di base e l’approfondimento delle indicazioni fornite in materia dalle Linee Guida del Ministero della Salute e per permettere, a quanti lo desiderano, di sostenere un esame di certificazione delle competenze professionali acquisite, certificandosi come Esperto in Gestione del rischio Legionellosi (EGL), grazie alla collaborazione con l’Ente di certificazione Bureau Veritas – CEPAS. Oltre ad analizzare nel dettaglio le Linee Guida nazionali, aiutando i partecipanti nella loro corretta applicazione, il Percorso dedica ampio spazio alla redazione di un documento di Valutazione del Rischio. Ulteriore obiettivo è completare con argomenti che esulano dalle quotidiane esperienze professionali le conoscenze di base dei partecipanti: ingegneri, periti e in generale progettisti termotecnici e civili, medici, biologi, chimici, tecnici addetti alla verifica, manutenzione e controllo degli impianti, tecnici sanitari addetti alle strutture sanitarie, turistico-recettive e di comunità, personale con incarico di RSPP. Verranno richiesti Crediti Formativi Professionali per ingegneri.

Il calendario --- maggio - Il problema Legionella: conoscenze di base  e  maggio - Il Protocollo di Controllo del Rischio legionellosi -- giugno - Elementi di biologia -- - Elementi di impianti

Responsabili dell’igiene formati e certificati ai sensi delle Linee Guida, con il modulo MA02 La qualifica e la certificazione del personale addetto all’ispezione e alla manutenzione degli impianti di climatizzazione sono oggi requisiti determinanti per la sicurezza e la salubrità degli ambienti, anche alla luce dell’attuale pandemia.

AiCARR Formazione, con il suo percorso specialistico in due step, qualifica ormai da anni figure professionali (Categoria B, Addetti alla manutenzione, e Categoria A, Responsabili dell’igiene) ai sensi di quanto previsto dalle Linee Guida, recepite con Accordo Stato Regioni nel 2006.

Per la qualifica di personale di Categoria A è in programma dal 4 maggio il modulo MA02: 20 ore di lezione che si vanno ad aggiungere alle 36 del modulo MA01 per un totale di 56 ore di formazione. Grazie alla collaborazione con ICMQ, al termine del corso i partecipanti potranno sostenere un esame di certificazione delle conoscenze acquisite, conseguendo un titolo riconosciuto su tutto il territorio nazionale e in qualsiasi contesto lavorativo.

Il calendario ----- maggio - modulo MA02  giugno - esame di certificazione

In attesa del 2022 per una nuova edizione di Mostra Convegno Expocomfort, AiCARR parteciperà quest’anno a MCE live+digital 2021, the on-life experience, un evento speciale targato MCE che prevede una modalità integrata di incontro in cui la presenza fisica è supportata da una ricca piattaforma web, in calendario dall’8 al 9 aprile al MICO Centro Congressi di Fiera Milano, per poi proseguire online fino al 16 aprile. A MCE live+digital AiCARR presenterà la mattina del 9 aprile il Seminario “Impianti di condizionamento e vita”. “Grazie a questo Seminario – spiega Claudio Zilio, Presidente

della Commissione Cultura – AiCARR intende illustrare le criticità, le prospettive e le opportunità conseguenti al nuovo scenario delineato dalla pandemia nel settore HAVC, offrendo spunti per gli approfondimenti e le analisi dettagliate che saranno poi oggetto del nostro 52° Convegno Internazionale, organizzato a Vicenza il 3 e 4 settembre prossimi”.

Il Seminario nasce appunto dalla constatazione di come la pandemia da Covid-19 abbia definitivamente modificato il consolidato paradigma tra condizionamento dell’aria e comfort, sollevando un nuovo interesse per l’impatto che i

Dimensionamento e applicazioni delle pompe di calore: il corso in diretta web È indispensabile per progettisti, costruttori, manutentori ed energy manager del settore il corso dedicato al dimensionamento e alle applicazioni delle pompe di calore, in programma in diretta streaming a giugno nel Percorso Approfondimenti.

Le pompe di calore sono sempre più utilizzate come generatori degli impianti di riscaldamento e sono macchine più complesse delle caldaie: è dunque necessario conoscerle approfonditamente per dimensionarle e installarle in maniera corretta, evitando errori che potrebbero compromettere l’efficienza della macchina.

AiCARR informa In quest’ottica, il corso insegna a dimensionare la pompa di calore più adatta alle proprie esigenze, capire quando sia necessario o conveniente integrarla con un altro generatore o sistema di produzione (solare termico, fotovoltaico, ecc.), comprendere come utilizzare le pompe di calore con terminali tradizionali, come i radiatori, capire come gestire la produzione di acqua calda sanitaria, stimare il consumo energetico annuale e il costo annuale di un impianto.

Verranno richiesti Crediti Formativi Professionali per ingegneri e periti industriali.

Il calendario  e  giugno

Reti aerauliche, reti idroniche e impianti ad aria: tre moduli del Percorso Approfondimenti Calcolo, progettazione e costruzione di reti aerauliche e idroniche e regolazione degli impianti ad aria: questi temi, piuttosto complessi e meritevoli di un attento approfondimento, in quanto importanti per il buon funzionamento dell’impianto dal punto di vista prestazionale ed energetico, sono sviluppati dai tre moduli del Percorso Approfondimenti, in programma in diretta web dal 14 giugno.

I moduli sono pensati per l’aggiornamento di progettisti termotecnici, installatori e di tutti i professionisti che operano nell’ambito della costruzione, installazione, taratura, bilanciamento e verifica dei circuiti ad aria o ad acqua.

Verranno richiesti Crediti Formativi Professionali per ingegneri e periti industriali.

Il calendario  e  giugno - Calcolo, progettazione e costruzione di reti aerauliche  e  giugno - Calcolo, progettazione e costruzione di reti idroniche  e  giugno - La regolazione degli impianti ad aria

Nuova sessione d’esame di certificazione per EGE: online a marzo Com’è noto, gli Esperti in Gestione dell’Energia dal 2016 devono essere certificati per poter condurre le diagnosi energetiche periodiche prescritte per grandi imprese e imprese energivore (D.Lgs. 102 del 4/07/2014 di recepimento della Direttiva Europea sull’efficienza energetica).

In quest’ottica, e per consentire ai professionisti di offrire un importante valore aggiunto alle competenze acquisite, AiCARR Formazione organizza periodicamente esami di certificazione per EGE, realizzati in collaborazione con ICMQ, secondo lo schema di certificazione e accreditamento per la conformità alla norma UNI CEI 11339:2009 in materia di EGE. La prossima sessione d’esame si svolgerà online il 18 e 19 marzo.

Per accedere all’esame, il candidato deve dimostrare di possedere i requisiti in materia richiesti dall’Organismo di Certificazione ed elencati sul sito www.aicarrformazione.org nella sezione dedicata all’esame di certificazione per EGE.

Tutte le informazioni relative ai corsi sono pubblicate sul sito www.aicarrformazione.org

www.aicarr.org

sistemi di condizionamento hanno sulla salute.

Di conseguenza, il concetto di sostenibilità nel settore HVAC deve essere oggi necessariamente declinato non più soltanto in termini di consumo energetico e di impatto ambientale, ma anche di salute nelle residenze, negli edifici pubblici e, più in generale, in tutti i luoghi di lavoro. Questo cambio di prospettiva rappre-

senta sicuramente una sfida impegnativa, ma anche un’opportunità unica per tutto il settore HVAC per accelerare la transizione verso soluzioni sostenibili in linea con alcuni “pilastri” dell’agenda 2030: ambientale, sociale ed economico.

Informazioni sul sito www.aicarr.org

Tutti i webinar AiCARR su Youtube Sono state pubblicate sul canale Youtube di AiCARR le videoregistrazioni dei webinar organizzati dall’Associazione fra novembre e dicembre.

Chi non ha potuto collegarsi in diretta e chi invece desidera rivedere gli interventi che lo hanno interessato può trovare su Youtube le registrazioni del seguitissimo Seminario dedicato al Superbonus 110%, degli apprezzati incontri con gli autori delle Guide AiCARR sulla filtrazione nelle UTA e sui sistemi VRF, del webinar dedicato agli impianti HVAC e la pandemia da SARS-CoV-2, che ha riscosso particolare interesse offrendo una panoramica a 360 gradi con l’intervento congiunto di esperti nell’am-

bito della climatizzazione e della sanità, e del webinar che ha presentato le più recenti innovazioni della ricerca per un impiego sicuro ed efficiente dei refrigeranti infiammabili.

Ottimo riscontro per i webinar con le Aziende della Consulta industriale “Trasformare un problema in opportunità” è un concetto che appare ormai quasi scontato, ma che in realtà sottende sempre un impegnativo lavoro di rinnovamento e descrive bene il successo degli incontri tecnici AiCARR con le Aziende della Consulta industriale, passati negli ultimi mesi dalla formula in presenza a quella in diretta online. La nuova modalità organizzativa ha permesso infatti di trasformare i limiti posti dall’emergenza sanitaria in una nuova opportunità di più ampia partecipazione, con incontri in diretta streaming che, superato l’ambito regionale per coinvolgere tutto il territorio nazionale e l’intero team dei Delegati Territoriali, fanno registrare circa 200

Online per i Soci la quarta edizione della Miniguida È disponibile online in esclusiva per i Soci la quarta edizione del “Manuale d’ausilio alla progettazione termotecnica”, noto come Miniguida.

Dopo la prima edizione pubblicata nel 1998, questo manuale ha accompagnato e accompagna diverse generazioni di progettisti come prezioso strumento di lavoro, restando sempre attuale e aggiornato grazie alle periodiche revisioni da parte degli esperti dell’Associazione.

La quarta edizione della Miniguida, al momento disponibile esclusivamente in formato digitale, è consultabile nella sezione Editoria del sito, previa autenticazione Socio.

partecipanti per ogni data proposta.

Particolare attenzione viene posta ai temi, scelti in base agli interessi concretamente espressi dai professionisti: ogni incontro riserva uno spazio ad approfondimenti impiantistici particolari, supportati dall’illustrazione di rilevanti casi di studio, e alle risposte ai quesiti posti dai partecipanti.

Gli incontri prevedono Crediti Formativi Professionali per ingegneri e periti industriali, gratuiti per i Soci AiCARR. Sono in programma nuovi appuntamenti: per informazioni dettagliate vi invitiamo a consultare la sezione Eventi del sito www.aicarr.org.

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OPEN HYBRID MEM Il sistema ibrido completo da incasso con il minore ingombro (disponibile anche in versione totalmente elettrica)

MEM Multi Energy Manager Il sistema ibrido configurabile per impianti centralizzati o esigenze specifiche