L'integrazione della pompa di calore con il sistema VMC

La ventilazione meccanica controllata in sintesi

La ventilazione meccanica controllata o semplicemente VMC è una soluzione che coniuga ricambio d'aria, igiene, comfort e risparmio energetico. 

La ventilazione dell'ambiente infatti è distribuita sulle 24 ore e controllata costantemente assicurando un corretto ricambio d'aria senza sprechi energetici, come ad esempio l'apertura delle finestre.

I sistemi di ventilazione meccanica funzionano secondo un meccanismo molto semplice: l’aria esterna, prima di venire immessa nell'ambiente interno, viene filtrata, purificata e preriscaldata (d’inverno) mentre quella esausta (interna) viene radiata all’esterno. 

In poche parole la VMC riduce gli agenti inquinanti presenti nell'aria indoor e provenienti anche dall'esterno tramite appositi filtri e può risolvere i problemi di muffa nelle abitazioni (problema più diffuso nelle abitazioni coibentate). 

Per questo motivo sono diventati sistemi particolarmente utili per i soggetti allergici e con problemi respiratori.

Questa particolare relazione tra VMC e particelle dell'aria non fa altro che rafforzare la teoria secondo cui, in mancanza di un impianto di ventilazione adeguato, il rischio di contrarre virus aumenta in modo esponenziale, specie nei luoghi chiusi in cui in pieno lock-down e quarantena ci hanno obbligato a stare. E' chiaro, dunque, che la presenza di un sistema di ventilazione meccanica in casa o in ufficio costituisce un efficace strumento di protezione dai virus.

Per cui i principali vantaggi legati alla sola VMC sono:

• Rimozione delle particelle di CO₂ dalle stanze maggiormente frequentate;
• Filtrazione dell'aria rimuovendo pollini, batteri e allergeni che potrebbero stagnare nell'ambiente chiuso e rappresentare una minaccia alla salute;
• Recuperare il calore dell'aria in uscita mantenendo inalterata la temperatura senza spese di riscaldamento o raffrescamento aggiuntive;
• Risparmiare in bolletta grazie ad un bassissimo impatto energetico.

Ma con la VMC possiamo soltanto filtrare l’aria ambiente?

Negli ambienti interni, soprattutto se si tratta di nuove abitazioni, non basta la sola VMC per garantire comfort termico, infatti la deumidificazione risulta essere un altro fattore fondamentale di trattamento dell’aria.

Le attività umane contribuiscono all’aumento di umidità all’interno degli ambienti, ma negli ultimi anni, con l’esasperato isolamento degli edifici e l’eliminazione pressoché totale dell’aerazione naturale, questo fenomeno crea disagi dove non si è tenuto in considerazione un adeguato ricambio d’aria.

La presenza di un impianto VMC ed il costante ricambio contribuisce a fornire una buona qualità dell’aria interna aumentando il comfort ambientale ed il benessere degli occupanti, prevenendo l’eccessiva concentrazione di anidride carbonica, di VOC (composti organici volatili) ed evitando l’incremento di umidità e tutti i disagi conseguenti (tra cui il più evidente è la comparsa di muffe sui muri).

Mantenere il giusto livello di umidità in casa è molto importante per restare in salute. 

Ma qual è il livello ottimale di umidità?

Ad una temperatura di circa 21 gradi, è importante che il tasso di umidità relativa si mantenga su percentuali comprese tra il 40 e il 60%.

Con l’aumento della temperatura diminuisce l’umidità relativa e viceversa. Ed è per tale motivo che in ambienti molto umidi, le basse temperature superficiali delle pareti dietro gli armadi, o degli angoli freddi creano le condizioni per la comparsa di condensa superficiale con il conseguente sviluppo di muffe, batteri e funghi.

Al contrario, se il clima indoor è troppo asciutto, si seccano le mucose delle vie respiratorie aumentando il rischio di infiammazioni e allergie.

Cosa permette di deumidificare l’aria ambiente e come viene integrato con la VMC?

Per deumidificare l’aria immessa nei locali, è necessario interporre dopo la VMC una batteria di deumidificazione.

L'aria nuova ricca di umidità viene fatta passare attraverso una batteria alettata ad una temperatura superficiale intorno agli 8-12 °C. L’aria umida a contatto con le alette fredde forma condensa che poi viene scaricata in una bacinella raccolta condensa.

Ma cosa circola all’interno della batteria alettata?

Per poter raffreddare la batteria, portandola ad una temperatura superficiale compresa tra 8 e 12 °C, è necessario utilizzare un fluido vettore (acqua o gas).

Quale elemento permette di raffreddare il fluido vettore?

Per raffreddare la batteria entra in gioco la pompa di calore, in modalità raffrescamento, che produrrà acqua fredda o gas frigorifero freddo per portarla ad una temperatura pre impostata permettendo la deumidificazione o addirittura il raffrescamento degli ambienti. Se si utilizza acqua fredda il sistema sarà di tipo “idronico”, se invece si utilizza gas refrigerante sarà ad espansione diretta. Vedremo successivamente i 3 principali sistemi di raffreddamento del fluido vettore.

Come viene abbinata la pompa di calore con VMC e deumidificazione?

Dall’immagine si nota che la batteria alettata viene collegata direttamente alla pompa di calore, mediante tubazioni idonee alla tipologia di fluido vettore. Saranno tubazioni in rame se il vettore è il gas refrigerante, saranno tubazioni invece di dimensioni più generose se si tratta di acqua.

Sicuramente con sistemi così complessi, la regolazione e la comunicazione tra i sistemi risulta essere un ulteriore fattore determinante per il comfort indoor.

Possiamo utilizzare la stessa batteria per fare raffrescamento e/o riscaldamento?

La risposta è NO, non possiamo utilizzare la stessa batteria per entrambi sia perché non è dimensionata correttamente per il fabbisogno energetico dell’edificio sia perché la portata d’aria di progetto non è sufficiente per trattare correttamente l’ambiente. Quindi una batteria progettata per fare deumidificazione non può essere usata per il raffrescamento/riscaldamento. 

Come ordine di grandezza considera che la portata d’aria di progetto di una VMC è di 0,5-0,7 vol/h mentre se vogliamo riscaldare o raffrescare la portata sarà di 4-6 vol/h: quasi 10 volte di più.

La portata d’aria è un elemento fondamentale da tenere in considerazione in fase di progetto e che in funzione del trattamento che vogliamo effettuare ci sono diverse criteri di dimensionamento.

Possiamo dire, però, che la batteria alettata può dare un piccolo contributo per stemperare l’ambiente, soprattutto nelle mezze stagioni.

Riprendendo la domanda iniziale di questo paragrafo, se si vuole utilizzare la VMC abbinata ad una batteria per fare riscaldamento e raffrescamento questa deve essere dimensionata secondo le portata sopra citate. In ogni caso, il riscaldamento/raffrescamento degli ambienti con un sistema completamente aeraulico è consigliato solo su edifici con elevate prestazioni energetiche.

Modalità di interfaccia/comunicazione

Quando si adotta un sistema di questo tipo si deve sempre partire da un corretto dimensionamento.

Suggerisco i 4 step da fare:

• calcolo della giusta portata d’aria di rinnovo per la VMC;
• dimensionamento corretto della batteria in funzione dell’aria da trattare qualora si voglia fare la deumidificazione;
• dimensionamento corretto della batteria in funzione dell’aria da trattare in caso di riscaldamento/raffrescamento;
• scelta della pompa di calore per garantire la potenza corretta in raffrescamento (cooling capacity).

La scelta dei prodotti deve rendere possibile l’interfaccia e la comunicazione tra sistemi diversi (marchi differenti): far dialogare il sistema di rinnovo dell’aria, con le batterie di integrazione e con il generatore.

In molti casi si utilizza un unico marchio per la parte di ventilazione meccanica e deumidificazione, cioè una centralina capace di controllare portata d’aria, umidità ambiente e altri fattori legati ai parametri dell’aria.

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Nell'articolo integrale scaricabile in fondo all'articolo in PDF, si analizzano le 3 principali modalità di generazione se la VMC viene utilizzata anche per la deumidificazione:

1. la Pompa di calore dedicata al riscaldamento/raffrescamento dell’edificio è l’unico generatore presente
   
   
2. è previsto un deumidificatore autonomo (con il proprio circuito frigorifero a bordo) in supporto alla Pompa di Calore
   
   
3. si prevede un chiller dedicato per la batteria di deumidificazione