Speciale 106
Impianti di refrigerazione e ventilazione per il settore food and beverage
14.09.2016
Articolo
di Maurizio Cudicio

Sistemi di aspirazione dell'aria nelle cucine

Compito primario dell’impianto di aspirazione nelle cucine consiste nell’estrarre in modo efficace gli affluenti gassosi prodotti dalla cottura dei cibi e il relativo calore, evitando che possano dissiparsi in ambiente, non solo per la generazione e l’innalzamento della temperatura interna, ma anche perché il flusso convettivo generato induce a un flusso d’aria secondario che potrebbe generare correnti d’aria difficilmente controllabili.

Per questo motivo le cucine vengono provviste di sistemi di aspirazione quali:
  • Cappe di aspirazione collocate in corrispondenze dei vari apparecchi di cottura o lavaggio stoviglie;
  • Sistema di aspirazione con soffitti filtranti.
 

Cappe di aspirazione

L’adozione delle cappe di aspirazione a servizio dell’area di cottura e lavaggio stoviglie, garantisce che non si diffonda aria viziata in ambiente o, peggio, verso la sala dove vengono consumati i pasti. È la soluzione maggiormente utilizzata nel settore del food and beverage, con il limite che tale soluzione risulta essere valida solo per una posizione delle apparecchiature che sia stabile nel tempo. Eventuali redistribuzioni delle apparecchiature comportano la necessità di modificare l’impianto aeraulico a servizio delle cappe.

Le cappe di aspirazione si suddividono in due tipi:
  • Cappe di aspirazione tradizionali;
  • Cappe a compensazione.
Le cappe tradizionali provvedono ad espellere l’aria aspirandola direttamente dalla cucina. Al fine di ridurre la portata d’aria estratta dall’ambiente, è necessario che la cappa sia collocata il più vicino possibile al piano di cottura. Normalmente le cappe vengono collocate ad una altezza di circa 2 m.

La determinazione della portata d’aria di aspirazione viene eseguita seguendo il metodo della velocità di aspirazione frontale. Questo metodo permette di determinare la portata in funzione della velocità di passaggio dell’aria attraverso la superficie libera tra il piano di cottura e la cappa stessa, considerando che per l’evacuazione corretta delle sostanze inquinanti e delle particelle pesanti, deve essere compresa tra 0,20 e 0,25 m/s.

Ovviamente l’adozione di cappe di aspirazione tradizionali comporta l’inevitabile rimozione di elevate quantità di aria dall’ambiente e conseguentemente la necessità di trattare e immettere in ambiente grandi quantità di aria. Per ovviare a tale problematica vengono utilizzate le cappe a compensazione nelle quali il 70 – 80% dell’aria estratta è costituita da aria esterna non miscelata introdotta direttamente nella cappa. Questo crea un flusso di aria fredda a bordo cappa che non causa disagi agli operatori e che permette una migliore captazione dei fumi e dei grassi, garantendo contestualmente la possibilità di ottenere un risparmio energetico pari a circa il 50% rispetto a un sistema tradizionale. È pratica comune installare un recuperatore di calore che permetta di cedere calore all’aria aspirata esterna a scapito dell’aria calda aspirata dai piani di cottura. Tra le cappe compensate le più efficaci sono le cappe a induzione, nelle quali il flusso d’aria esterna introdotto nella cappa genera un effetto induttivo in grado di migliorare il processo di estrazione dell’aria.

Nel caso di utilizzo di cappe a induzione, il calcolo della portata di estrazione Qext viene eseguito utilizzando la seguente formula:
Qext = Pelementi x q x ε x ϕ [m³/h]
 
Dove Pelementi Potenza degli elementi in kW
  q definito in m³/kW nella tabella seguente:
 
    Tipo di piano A gas Elettrico Tasso di induzione
    Latente Sensibile Latente Sensibile
    m³/h kW m³/h kW m³/h kW m³/h kW
    4 fuochi attivi 35 70 30 60 50
    4 piastre cottura 35 80 30 70 50
    Bagnomaria 55 30 70 30 30
    Pentoloni 35 10 30 10 40
    Forno ventilato 20 30 30 40 10
    Forno misto 65 15 50 30 10
    Forno a vapore 80 30 70 20 10
    Friggitrice 10 l 105 30 100 30 20
    Friggitrice 25 l 95 30 90 30 20
    Griglia piastra liscia 10 100 5 70 30
    Griglia classica 40 80 30 70 30
    Marmitta 5 35 5 30 40
    Piastra rovente 20 145 14 115 30
    Girarrosto 40 115 27 114 15
    Brasiere 35 130 35 125 60
    Padella 75 125 60 115 30
    Semplice cottura 40 80 30 70 40
    Scaldavivande 0 120 0 114 20
   
ε
 
Efficienza della cappa definita in funzione del tasso d’induzione (l’efficienza è lineare e passa per i punti successivi 0,9 al 10% d’induzione e 1,2 al 70% d’induzione)
  ϕ fattore di simultaneità, come da tabella seguente:
 
    Tipo di cucina Fattore di simultaneità  
    Scuola alberghiera 0,7  
    Scuola di cucina 1,0  
    Cucina per ristorazione 1,0  
    Cucina centrale 0,8  
    Cucina industriale 0,9  
    Ristorazione di imprese 1,0  
    Cucina di distribuzione 0,9  
    Cucina per ospedali 1,0  

La portata di induzione Qind viene calcolata con la seguente formula:
Qind = i x Qind [m³/h]

Il tasso d’induzione compreso tra il 10% e il 50% è definito in funzione della natura degli apparecchi di cottura, ed è deducibile dalla tabella seguente:
 
ELEMENTI DEL PIANO TASSO DI INDUZIONE CONSIGLIATO TIPO DI EMANAZIONE
AREA DI COTTURA POCO SENSIBILE
Brasiere 50% Emanazioni molto deboli
Piastra rovente 50% Lievi emanazioni di sostanze inquinanti e vapori
Fiamma libera 40 – 50% Lievi emanazioni
Pentola 40 – 50% Emanazioni medie
AREA DI COTTURA SENSIBILE
Forni ventilati 20 – 30% Forti emanazioni di calore
Griglie e padelle 20 – 30% Forti emanazioni di sostanze inquinanti e odori
Friggitrici 10 – 20% Forti emanazioni di vapore acqueo, grassi, odori, sostanze inquinanti e calore
Forni a vapore 10% Forti emanazioni di vapore istantaneo in prossimità del plenum della cappa

  Tabella 3: Tasso di induzione consigliato

Mentre la portata di compensazione viene calcolata con la seguente formula:
Qcomp = 0,9 x Qext - Qind [m³/h]


Soffitti filtranti


Il sistema di estrazione a soffitto filtrante è caratterizzato da un sistema impiantistico che garantisce che l’intera superficie del soffitto della cucina svolga la funzione di aspirare l’aria, evitando di localizzare cappe in corrispondenza delle apparecchiature.

Questo sistema garantisce la massima flessibilità distributiva delle apparecchiature da cucina, ma eventuali variazioni distributive possono essere svolte in totale libertà; di contro, l’efficienza di ventilazione complessiva viene leggermente ridotta.

La portata d’aria di estrazione è calcolata adottando formule che utilizzano le quantità di calore sensibile e latente dissipate nell’ambiente tramite kW di potenza installata (gas, elettricità, vapore).

Il calcolo della portata d’aria considera due fattori:
  • La temperatura: l’aumento della temperatura è limitato a 8°C rispetto all’aria ambiente;
  • L’igrometria: l’aumento di peso dell’acqua nell’aria è limitato a 5 g/kg d’aria secca.
La portata d’aria selezionata è la maggiore portata d’aria calcolata o tramite la temperatura (calori sensibili emanati), o tramite l’igrometria (calori latenti emanati).

La formula per il calcolo della portata d’aria in funzione della temperatura, ossia in funzione del calore sensibile, è la seguente:
 
  Qs Ps x K1 x K2 [m³/h]  
  ρ x Cρ (ta x ti)  
 
La formula per il calcolo della portata d’aria in funzione dell’igrometria, ossia in funzione del calore latente, è la seguente:
 
  Qs Pl x K1 x K2 [m³/h]  
  ρ x Cρ (xa x xi) x L  
 
Dove Qs Portata d’aria di estrazione [m³/h]
  Ps Somma dei calori sensibili emanati [kW]
  Pl Somma dei calori latenti emanati [kW]
  K1 Coefficiente di simultaneità che tiene conto del non funzionamento a piena potenza di tutti gli apparecchi installati e varia a seconda del tipo di cucina da 0,7 a 1  
  K2 coefficiente d’efficienza di captazione:
  • da 0,8 a 0,9 per una cappa tradizionale;
  • da 0,7 a 0,8 per una cappa ad induzione;
  • - 1 per i soffitti filtranti.
 
  ρ Massa volumica dell’aria: generalmente 1,2 kg/m³  
  Cρ Calore massimo dell’aria pari a 0,35 kW/kg/K  
  ta x ti Differenza di temperatura desiderata tra l’aria ambiente e l’aria indotta assunta pari a 8°C  
  xa x xi Differenza di peso dell’acqua desiderata nell’aria tra l’aria ambiente e l’aria indotta pari a 5x10–3 kg/kg aria secca  
  L Calore latente di vaporizzazione dell’acqua pari a 0,7 kW/kg