SISTEMI DI RINFRESCAMENTO NATURALE

L’importanza dei sistemi di raffrescamento passivo eÌ€ dovuta alla rapida crescita del fabbisogno di raffreddamento degli edifici e dalle problematiche ambientali, economiche, di salute legate agli elevati consumi elettrici ad esse connesse.

Le strategie che consentono di controllare il surriscaldamento degli edifici si possono sintetizzare in: - proteggere l’edificio dall’irraggiamento solare; - controllare l’inerzia termica dei componenti dell’involucro, questa assume un ruolo regolatore attenuando e ritardando le variazioni della temperatura esterna, diminuendo la temperatura media radiante e fornendo migliori condizioni di comfort; - adottare sistemi naturali di raffreddamento per la ventilazione.

La ventilazione naturale agisce sul benessere influenzando il bilancio termico dell’edificio e consentendo di incrementare gli scambi convettivi tra uomo ed ambiente. La ventilazione naturale daÌ€ luogo a raffreddamento tramite le correnti d’aria generate da fenomeni naturali come l’azione del vento e l’effetto camino. La ventilazione rappresenta un aspetto fondamentale nel progetto di un edificio. Mentre in passato la ventilazione veniva prevalentemente considerata in relazione al solo controllo della qualitaÌ€ dell’aria interna, recentemente si eÌ€ manifestato un crescente interesse nell’uso della ventilazione quale strategia per garantire anche il comfort ambientale nel periodo estivo e nelle stagioni intermedie, limitando il ricorso ai sistemi di refrigerazione in un’ottica di risparmio energetico. L’incidenza della ventilazione (invernale ed estiva) sul fabbisogno energetico annuale di un edificio tende a divenire predominante, anche grazie all’adozione, in edifici di nuova costruzione, di livelli di isolamento termico dell’involucro piuÌ€ elevati, inoltre si osserva una costante crescita della domanda di climatizzazione estiva, sia negli edifici residenziali sia nel settore terziario; inoltre la produzione di energia frigorifera necessaria per la climatizzazione estiva si basa generalmente su macchine azionate elettricamente, per cui la climatizzazione estiva si traduce in un consumo di energia primaria particolarmente costosa.

La ventilazione degli ambienti assolve pertanto due compiti: - garantire la qualitaÌ€ dell’aria degli ambienti indoor; - garantire il controllo del comfort riferito anche all’eventuale presenza di correnti d’aria; Mentre un impianto di climatizzazione di tipo meccanico, purché correttamente dimensionato e gestito, eÌ€ in grado di garantire il controllo delle condizioni ambientali in qualunque condizione, nel caso dei sistemi di ventilazione naturale eÌ€ necessario accettare delle fluttuazioni piuÌ€ ampie. Un ulteriore aspetto del problema eÌ€ la necessitaÌ€ di un’integrazione spinta fra progetto del sistema di ventilazione e progetto architettonico, sia dal punto di vista della distribuzione e dimensionamento degli spazi interni, sia dal punto di vista del disegno degli elementi di involucro. Normalmente i sistemi di ventilazione vengono classificati in relazione ai sistemi con i quali sono controllati i flussi d’aria all’interno dell’edificio:

VENTILAZIONE NATURALE In questo caso i gradienti di pressione necessari per realizzare l’immissione di aria fresca esterna e l’estrazione di aria interna viziata sono generati esclusivamente da azioni naturali, ovvero dall’effetto dinamico del vento e dai gradienti di densitaÌ€ dell’aria dovuti alle differenze di temperatura interno-esterno. La ventilazione naturale puoÌ€ essere realizzata attraverso l’apertura volontaria dei serramenti, oppure ancora puoÌ€ essere almeno parzialmente controllata tramite l’adozione di specifici sistemi per il raffrescamento passivo.

VENTILAZIONE IBRIDA Accorgimenti quali l’introduzione nell’involucro esterno di bocchette di adduzione dell’aria e l’adozione di dispositivi di estrazione naturale (aeratori, camini, ecc.)

VENTILAZIONE MECCANICA È la soluzione impiantistica che consente il movimento dell’aria all’interno dell’edificio attraverso ventilatori ed utilizza una parziale canalizzazione dei percorsi d’aria. In relazione alla funzione volta dall’impianto la ventilazione meccanica si classifica in:

- ventilazione per estrazione in cui l’impianto di estrazione aspira l’aria dai locali da mantenere in depressione come i bagni e le cucine, e l’aria esterna, non trattata viene immessa direttamente in ambiente; - ventilazione per immissione in cui l’aria esterna trattata viene immessa all’interno degli ambienti da un ventilatore di mandata mentre l’esplulsione avviene per diffrenza di pressione; - ventilazione bilanciata in cui l’impianto garantisce sia l’immissione sia l’estrazione dell’aria non creando differenza di pressione tra interno ed esterno; - ventilazione ibrida, ovvero una soluzione intermedia tra la ventilazione naturale e quella assistita da un impianto meccanico; questo entra, infatti, in funzione soltanto quando le condizioni climatiche non sono idonee a garantire portate d’aria adeguate.

Mentre i sistemi di ventilazione puramente meccanica presentano un limitato livello di interferenza con l’edificio, essendo in genere sufficiente garantire spazi tecnici adeguati per il passaggio delle condotte dell’aria e per l’installazione delle unitaÌ€ di trattamento, nel caso della ventilazione naturale e ibrida il progetto deve per definizione integrare l’aspetto architettonico e quello impiantistico: infatti, il movimento dell’aria avviene in larga misura attraverso parti dell’edificio o elementi architettonici specifici quali atrii, cavedi, camini, ecc. I principali sistemi di ventilazione naturale e di raffrescamento ventilativo sono:

- ventilazione passante (orizzontale o verticale) - ventilazione a lato singolo (singola apertura o apertura multipla) - ventilazione combinata vento – effetto camino - ventilazione ibrida (immissione d’aria a vento ed estrazione assistita da ventilazione meccanica)

Si definisce ventilazione passante orizzontale il flusso d’aria che attraversa uno o piuÌ€ locali, con immissione e uscita dell’aria da aperture collocate su pareti opposte o adiacenti (ma non complanari), collocate alla stessa altezza dal piano di pavimento (in caso di altezze differenti, si aggiunge al vento la componente effetto camino). La portata d’aria realizzabile con tale tecnica eÌ€ proporzionale all’area netta di apertura, all’angolo di incidenza del vento sul piano dell’apertura e alla differenza di pressione tra le due aperture. Tale differenza eÌ€ massima per aperture collocate, rispettivamente, quella d’ingresso dell’aria sul lato sovrappressione, e quella d’uscita, sul lato in depressione (generalmente, cioÌ€ accade quando le aperture sono collocate su pareti opposte), con angolo d’incidenza del vento compreso tra la perpendicolare e 30°.

La ventilazione a lato singolo eÌ€, invece, il ricambio d’aria prodotto in un vano quando vi sono unicamente una o piuÌ€ aperture collocate sulla medesima parete esterna. Il tasso di flusso, in tal caso, eÌ€ discontinuo e legato prevalentemente ad un effetto di pulsazione dell’aria, dipendente dalle variazioni di velocitaÌ€ e direzione che caratterizzano il vento negli intervalli brevi. La portata d’aria complessiva oraria eÌ€ generalmente molto ridotta, soprattutto nel caso di una singola apertura. Se le aperture sono piuÌ€ d’una, la portata aumenta: per effetto camino, se esse sono collocate ad altezze diverse; per l’innesco di flusso da vento semi-passante, se le aperture sono collocate alla stessa altezza. In entrambe le configurazioni, l’efficacia della ventilazione dipende, altresì, dalla profonditaÌ€ del vano libero in rapporto all’altezza del vano stesso e dalla eventuale presenza di partizioni, che aumentano la resistenza al flusso, riducendo ulteriormente la portata d’aria.

Ventilazione passante verticale Si intende per ventilazione passante verticale una tecnica di ventilazione passante, in cui l’immissione dell’aria avviene da un’apertura posta piuÌ€ in alto rispetto a quella di uscita. Generalmente, il sistema prevede un condotto verticale di immissione che collega l’apertura d’ingresso dell’aria al vano da ventilare.

L’apertura d’ingresso – il malkaf dell’architettura tradizionale egiziana– deve essere rivolta sopravvento, in relazione ai venti dominanti. Tale sistema eÌ€ particolarmente adatto in condizioni di vento prevalente relativamente costante, nel periodo caldo, nonché in situazioni di contesto urbano ad alta densitaÌ€ edificata, in cui risulta difficile utilizzare aperture ordinarie (finestre) collocate a livello del vano per l’immissione d’aria, soprattutto ai primi piani fuori terra. Tale sistema si puoÌ€ trasformare, in assenza di vento, in un sistema ad estrazione naturale per effetto camino, come avviene, di notte, nelle torri del vento iraniane.

Sistema combinato vento-effetto camino Il sistema che, tipicamente, combina l’effetto del vento con quello determinato dalla differenza di temperatura dell’aria tra esterno ed interno (effetto camino), eÌ€ quello in cui si prevede l’immissione dell’aria in zona sopravvento, ad altezza del locale da ventilare, e l’estrazione naturale da un’apertura posta piuÌ€ in alto, all’estremitaÌ€ di un condotto o vano verticale. Quest’ultimo puoÌ€ essere sia una conduttura costruita ad hoc, sia uno spazio con altre funzioni, quale un vano-scala o un atrio con aperture apribili in copertura. Tale sistema puoÌ€ essere concepito sia come specificamente destinato all’estrazione, come nel caso d’utilizzo di vani-scala o atria, sia come la modalitaÌ€ inversa di un sistema in cui sia anche prevista la ventilazione passante verticale, come avviene nella torre del vento iraniana. Nel primo caso, il vento rappresenta un’agente d’ausilio alla generazione del flusso d’aria, che eÌ€ determinata prevalentemente dall’effetto camino. Nel secondo caso, la torre, generalmente suddivisa in piuÌ€ condotti interni, funziona, alternativamente, in relazione al periodo e alla presenza, o meno, di vento, come elemento di captazione o di estrazione dell’aria. Esiste, infine, anche la possibilitaÌ€ di combinazione spaziale, ossia con funzionamento contemporaneo, delle due modalitaÌ€, come avviene nel Qa’a egiziano. In tal caso sono necessari due vani verticali per la movimentazione dell’aria: l’uno in immissione (malkaf), con direzione discensionale, l’altro in estrazione (torrino o lanternino), con direzione ascensionale.

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