Il recupero termico nella VMC e il suo ruolo nell’efficienza energetica

Negli edifici ad alta efficienza energetica, il recupero termico rappresenta la condizione tecnica che rende la ventilazione meccanica controllata compatibile con gli obiettivi di contenimento dei consumi: in assenza di un efficace scambio tra l'aria espulsa e quella immessa, il rinnovo dell'aria si tradurrebbe in una perdita termica sistematica, potenzialmente inficiante le prestazioni dell'involucro. Il recuperatore è il componente termodinamicamente determinante della VMC centralizzata la cui scelta deve essere valutata in funzione dell'efficienza di recupero sensibile (variazione di temperatura) e recupero latente (variazione di umidità), della possibilità di trasferimento di vapore acqueo, del rischio di contaminazione incrociata tra i flussi e della complessità impiantistica.

2.1. Scambiatori a piastre: flussi incrociati e controcorrente

Gli scambiatori a piastre a flussi incrociati sono la soluzione più diffusa nelle unità di piccola e media taglia. I due flussi d'aria, estratta e di rinnovo, corrono in canali separati da superfici di scambio in metallo o da membrane polimeriche nei modelli entalpici, mantenendo le correnti fisicamente separate. L’angolo retto tra i flussi favorisce un buon compromesso tra efficienza, ingombro e perdite di carico; il rendimento sensibile dipende dal modello e può arrivare a valori elevati, anche intorno al 75–85% in alcune configurazioni.

Gli scambiatori a piastre in controcorrente sono tra le soluzioni più efficienti per il recupero di calore sensibile nelle unità di ventilazione. In queste configurazioni il trasferimento termico avviene mediante sottili lamiere alternate di separazione tra i canali contenenti i flussi d’aria di rinnovo ed espulsione, che scorrono in direzioni opposte, senza contatto diretto tra le correnti. In molti casi raggiungono rendimenti elevati che possono arrivare intorno o oltre il 90% nei modelli di alta gamma, tuttavia il valore effettivo dipende dal progetto e dalle condizioni di prova. La principale criticità è il brinamento: quando l’aria estratta, raffreddata e umida, attraversa superfici molto fredde, il condensato può congelare e ridurre la sezione di passaggio dei canali; per contrastare questo fenomeno si adottano strategie di protezione dal gelo quali il preriscaldo dell’aria in ingresso o lo sbilanciamento temporaneo delle portate, che vanno considerate nella valutazione dell’efficienza energetica stagionale del sistema.

2.2. Tecnologie evolute per il recupero sensibile e latente

Gli scambiatori entalpici a membrana impiegano polimeri selettivi igroscopici che consentono la diffusione del vapore acqueo per gradiente di pressione parziale, bloccando le molecole più grandi (VOC, odori). In questo modo si recupera non solo il calore sensibile ma anche una quota significativa del calore latente associato all’umidità dell’aria estratta, particolarmente prezioso in inverno per evitare l’inaridimento dell’aria immessa e ridurre il carico sull’eventuale sistema di umidificazione. Il trasferimento avviene senza contatto diretto tra i flussi. Il limite è un’efficienza sensibile leggermente inferiore rispetto al controcorrente puro (circa 75–80%), compensata però da un apprezzabile recupero entalpico.

Le ruote termiche (scambiatori rotativi) impiegano una matrice alveolare cilindrica, solitamente in alluminio rivestito di setacci molecolari o silica gel (gel di silice), che ruota lentamente tra i due flussi d'aria. Nella prima semifase la matrice assorbe calore e umidità dall'aria estratta; nella seconda li cede all'aria di rinnovo. Le efficienze di recupero sensibile possono superare il 90%, con un eccellente recupero entalpico nelle versioni con matrice igroscopica; rispetto agli scambiatori statici, le ruote termiche occupano meno spazio e consentono regolazioni più fini della portata. La criticità principale è il rischio di cross-contamination: una quota dell'aria estratta, con i suoi contaminanti e odori, può trasferirsi al flusso di mandata durante la rotazione; l’utilizzo di purge sectors (zone dedicate nella ruota termica che spazzano via l’aria estratta residua intrappolata nei pori della matrice durante la rotazione) riducono ma non eliminano il fenomeno, rendendo questa tecnologia oggetto di valutazione attenta in ambiti sanitari o dove la qualità dell'aria è particolarmente critica.

I sistemi a doppio flusso con pompa di calore integrata costituiscono l'architettura più evoluta nel panorama della VMC: uno scambiatore primario tradizionale effettua un primo stadio di recupero mentre una pompa di calore di piccola taglia estrae ulteriore energia termica dall'aria esausta per pre-condizionare quella di rinnovo. I valori di COP stagionale possono superare 4–5 consentendo di mantenere temperature di mandata prossime a quelle ambientali anche in condizioni climatiche estreme e riducendo drasticamente i carichi sull'impianto di climatizzazione principale. Il consumo elettrico dei ventilatori nelle unità residenziali è generalmente contenuto (4–12 W), con un bilancio energetico sempre positivo: i "Watt termici" recuperati superano nettamente i "Watt elettrici" consumati, giustificando l'investimento iniziale anche in contesti a bassa utenza.

Le principali tecnologie di recupero possono essere messe a confronto sulla base di efficienza, perdite di carico, costo relativo e contesto applicativo.
 

Tabella 2: Confronto tra le principali tecnologie di recupero