La destratificazione dell’aria per il benessere microclimatico e il risparmio energetico
Il benessere microclimatico è considerato di fondamentale importanza in tutti gli ambienti di lavoro e nei luoghi aperti al pubblico. Nel D. Lgs. 81/08, infatti, il microclima è elencato tra gli agenti fisici per i quali è richiesta la valutazione del rischio, al pari di rumore, vibrazioni, campi elettromagnetici e radiazioni ottiche artificiali.
Come recita il D. Lgs. 81/2008: “La temperatura nei locali di lavoro deve essere adeguata all'organismo umano durante il tempo di lavoro, tenuto conto dei metodi di lavoro applicati e degli sforzi fisici imposti ai lavoratori.”
Il mantenimento di condizioni climatiche favorevoli è particolarmente critico nei grandi ambienti ad uso industriale e commerciale.
Il riscaldamento nella stagione invernale comporta forti costi energetici con rendimenti molto spesso inadeguati.
D'altra parte, nella stagione estiva è facile che si creino zone di ristagno e scarsa ventilazione con accumulo di calore ed umidità che creano una sensazione di malessere negli occupanti.
Nella formulazione del bilancio termico intervengono, oltre ai fattori legati all’individuo, fattori oggettivi ambientali (quali temperatura, umidità, velocità dell’aria).
Negli edifici con soffitti alti, come capannoni industriali, musei, luoghi di culto o centri commerciali, il calore di riscaldamento produce una distribuzione di temperatura fonte di gravi sprechi termici. Questo accade perché l'aria, riscaldata dai comuni generatori di calore (radiatori, aerotermi, generatori d'aria calda...) e/o da eventuali fonti tecnologiche calde presenti all’interno (forni, macchinari, processi di saldatura, ecc.) sale per moto convettivo verso l'alto, stratificando a livello del soffitto attraverso il quale si disperde gradualmente, inutilizzata, verso l'esterno.
Esistono formule empiriche per quantificare la quantità di aria che risale per il cosiddetto “effetto camino”, dovuto al fenomeno fisico per cui l’aria, scaldandosi, diminuisce la propria densità e quindi la propria massa volumica nei confronti dell’aria più fredda. L’aumento di volume, a parità di spazio disponibile, porta a un aumento di pressione relativa dell’aria più calda rispetto a quella più fredda, proporzionale alla differenza di temperatura (assoluta °K), alla pressione esterna e all’altezza dell’edificio h:
In edifici con grandi altezze la temperatura dell'aria in prossimità della copertura può raggiungere anche valori intorno ai 35-40 °C.
La notevole altezza che di solito caratterizza tali ambienti è causa, quindi, nei normali impianti di riscaldamento, di una distribuzione di calore inefficiente, che si ripercuote sulla percezione di benessere degli occupanti e sui costi energetici sostenuti per garantire la temperatura richiesta ad altezza d’uomo.
Da verifiche pratiche è stato riscontrato che, in un ambiente standard alto 7 m, per ottenere la temperatura di 19°C ad altezza d'uomo (m. 1,5 dal pavimento) è essenziale far funzionare gli apparecchi riscaldanti fino alla creazione, sotto il soffitto, di uno strato d'aria con temperatura di circa 31°C.
Questo equivale a riscaldare l'intero volume del locale a una temperatura media di 25°C.
Non solo: il surriscaldamento del tetto provoca l'aumento delle dispersioni, infatti un tetto a 30°C disperde il 50% in più di un tetto a 20°C.
È evidente come questo fattore determini un costo di gestione parecchio superiore alle effettive necessità ambientali.
Figura 1: Distribuzione del calore con stratificazione dell’aria.
Figura 2: Distribuzione del calore senza stratificazione dell’aria.
Una modalità per ovviare a questo inconveniente consiste nel portare la temperatura media del locale da riscaldare il più vicino possibile a quella richiesta, impedendo l'accumulo di calore e la dispersione dello stesso nella zona alta dello stabile, con un ricircolo costante e controllato dell'aria nell'ambiente.
Figura 3: Esempio di funzionamento del Diffuser 80 T.
La soluzione ideale per ottenere questo risultato e utilizzare un destratificatore assiale come il Diffuser di Elektrovent.
Questo ventilatore, grazie alla girante a profilo alare ad alto rendimento e al convogliatore dal disegno particolarmente curato dal punto di vista aeraulico, permette la miscelazione dell’aria nell’ambiente, con il conseguente rimescolamento ed equalizzazione termica.
Un accurata analisi fluidodinamica, effettuata con software di simulazione CFD, ha permesso di ottimizzare le prestazioni complessive della macchina.
L’installazione ideale prevede la copertura di tutta la pavimentazione, considerando un Diffuser ogni 200/250 m2 e avendo l’accortezza di non sovrapporre le aree ventilate ed evitare i muri perimetrali. In tali condizioni non si creano fastidiose correnti d’aria verticali. 7-8 metri dal suolo è l’altezza massima di installazione.
Vi è inoltre la possibilità di installare il Diffuser con quadro di regolazione automatico, in modo che il destratificatore funzioni se e solo se ve ne sia necessità.
Non potendo entrare nel merito di ogni realtà (ognuna diversa dalle altre in quanto a strutture, isolamenti, forme, e materiali di costruzione), la diversa tipologia di capannoni ci permette di svolgere un’analisi solo in percentuale di risparmio energetico.
Generalmente, si può dire che tanto peggiore è la situazione attuale, tanto migliori saranno i risultati:
- La temperatura media di riscaldamento diminuisce uniformando la temperatura in senso verticale;
- Eliminando l’accumulo di calore nelle parti alte dei locali, il tempo di messa a regime degli impianti si abbrevia;
- Sfruttando il calore residuo delle masse d’aria, è possibile spegnere prima - da 1/2 ora a 1 ora - l’impianto alla fine del turno di lavoro, pur mantenendo quasi costante la temperatura a livello uomo;
- Le dispersioni di calore attraverso il soffitto vengono ridotte drasticamente abbassando il gradiente termico, anche in presenza di buona coibentazione del solaio di copertura
Concludendo, è possibile affermare che, grazie all'uso di questi destratificatori di calore, il risparmio energetico è quantificabile in una percentuale variabile tra il 20 e il 30% in condizioni ottimali.
Il servizio tecnico di Elektrovent è a Vostra disposizione per ogni informazione e consiglio sull’utilizzo e installazione di questi prodotti.
