Progettazione della ventilazione naturale, per una climatizzazione naturale e sostenibile

Progettare edifici sani e sostenibili significa investire nella salute delle persone che li abitano o ci lavorano. Una corretta ventilazione permette il raggiungimento del giusto livello di comfort e di salubrità degli ambienti interni, evitando condensa e riducendo la concentrazione di sostanze inquinanti.

La ventilazione naturale sfrutta scambi d’aria che si innescano naturalmente tra gli ambienti interni ed esterni, per differenze di temperatura e pressione. Per ridurre al minimo il fabbisogno energetico di questi sistemi è possibile ricorrere a particolari tecniche costruttive e a tecnologie impiantistiche alternative che possono garantire un naturale raffrescamento degli ambienti interni.

Il ruolo della ventilazione nel recupero e nel nuovo

La progettazione degli edifici dovrebbe essere sempre volta al conseguimento di un’interazione efficace ed efficiente tra ambiente interno ed esterno, al fine di sfruttare il più possibile le forzanti climatiche positive.

La scelta del sistema di ventilazione più adatto dovrebbe pertanto tenere conto di diversi fattori: lo specifico contesto climatico, l’inquinamento e la qualità dell’aria del sito, la rumorosità, la tipologia di edificio, il tipo di utenza, il costo delle apparecchiature.

L’iter di progettazione di un’efficace ventilazione degli ambienti interni ha le migliori possibilità di successo quando è condotto in modo logico e sequenziale.

Gli obiettivi di riduzione dei consumi energetici e di riqualificazione degli edifici sono stati inizialmente perseguiti principalmente riducendo l'erogazione di calore dal sistema di riscaldamento (sia in termini di temperatura che di durata giornaliera) e migliorando l’isolamento termico dell’involucro edilizio.

In questo contesto, gli interventi di riqualificazione nel tempo si sono concentrati soprattutto, se non esclusivamente, sulla sostituzione delle parti maggiormente soggette a dispersione, come i serramenti. La ridotta intensità del riscaldamento, insieme alla diminuita ventilazione causata dall’installazione di finestre termoisolanti e quasi completamente ermetiche, ha provocato, specialmente negli edifici con pareti poco massicce e scarsamente isolate, gravi problemi di condensa e un peggioramento della qualità e della salubrità dell’aria interna.

Ciò ha portato, in alcuni casi, allo sviluppo di effetti negativi per la salute degli occupanti, che nei casi più estremi sono alla base di condizioni patologiche note come "Sindrome dell'Edificio Malato" (Sick Building Syndrome - SBS).

La ventilazione, dunque, ha un ruolo fondamentale nel garantire una buona qualità dell'aria interna (Indoor Air Quality - IAQ), immettendo aria fresca e pulita dall’esterno e rimuovendo l’aria stagnante e inquinata all'interno. Tuttavia, è importante considerare che l’immissione di aria esterna influisce sui livelli di temperatura e umidità relativa negli ambienti interni, incidendo di conseguenza sul comfort termoigrometrico.

La ventilazione nel bilancio energetico dell’edificio: le strategie progettuali per diminuire il fabbisogno energetico

La ventilazione ha un impatto significativo sul bilancio energetico di un edificio e, sebbene in certi periodi dell'anno possa risultare vantaggiosa (ad esempio, in estate, permettendo di ridurre i consumi grazie al raffrescamento notturno e al "free cooling" in condizioni ambientali favorevoli), è evidente che, per la maggior parte degli edifici residenziali e nelle condizioni climatiche europee, l'effetto principale di una corretta pratica di ventilazione naturale si traduce in un aumento del fabbisogno energetico, dovuto alla necessità di intensificare il riscaldamento durante la stagione invernale.

In questo contesto, la ventilazione meccanica controllata rappresenta una possibile soluzione per garantire un adeguato ricambio d'aria, evitando al tempo stesso un aumento eccessivo dei consumi energetici dovuto all'apertura indiscriminata dei serramenti da parte degli utenti.

L'aria esterna prelevata deve comunque essere riscaldata in inverno (e raffreddata in estate), e per minimizzare i consumi energetici derivanti da questo processo è fondamentale l'utilizzo di sistemi di recupero del calore.

La quantità di calore che può essere recuperata dall'aria espulsa può raggiungere l'80-90%, ma poiché i ventilatori necessari per far circolare l'aria consumano energia elettrica, è importante confrontare l'energia termica recuperata con l'energia elettrica utilizzata dai ventilatori e dai sistemi ausiliari per valutare l'efficienza complessiva del sistema di ventilazione.

In base alle modalità di ricambio d’aria, si distinguono tre differenti sistemi di ventilazione:

1. sistemi di ventilazione naturale, in cui i gradienti di pressione necessari per realizzare l’immissione di aria di rinnovo e l’estrazione dell’aria interna viziata sono generati esclusivamente da azioni naturali, quali l’effetto del vento e dei gradienti di temperatura tra fronte e fronte o tra base o fronte e sommità dell’edificio;
   
2. sistemi di ventilazione meccanica, in cui il movimento dell’aria è implementato grazie all’utilizzo di ventilatori e che richiedono almeno una parziale canalizzazione dei percorsi dell’aria, ma che, per contro, permettono la sua filtrazione. Questi impianti possono funzionare per semplice estrazione (il ventilatore di estrazione aspira l’aria dai locali che vengono così mantenuti in lieve depressione), per semplice immissione (l’aria esterna viene immessa nei locali dal ventilatore di mandata che li mantiene in lieve sovrappressione), o per ventilazione bilanciata (l’impianto realizza sia l’immissione che l’estrazione dell’aria, mantenendo i locali in lieve sovrappressione);
   
3. sistemi di ventilazione ibrida, basati sulla ventilazione naturale assistita da dispositivi meccanici che entrano in funzione quando le condizioni climatiche non sono idonee a garantire portate d’aria adeguate (per quantità e/o qualità) tramite la sola ventilazione naturale.

PER APPROFONDIRE: Indoor environmental quality (IEQ): la qualità dell'aria interna, un fattore chiave per la salute e il benessere

Le indagini sugli stili di vita dei cittadini ci dicono che le persone, nell’arco della giornata, trascorrono la maggior parte del proprio tempo in ambienti chiusi (indoor). La considerazione che la popolazione, soprattutto nelle aree urbane, trascorre la maggior parte del tempo all’interno ha indotto la comunità scientifica internazionale ad occuparsi della contaminazione dell’aria negli ambienti di vita: l’inquinamento indoor può causare effetti indesiderati che vanno dal disagio sensoriale a gravi conseguenze sullo stato di salute.

Gli inquinanti indoor sono numerosi e possono essere originati da diverse sorgenti. La loro concentrazione può variare nel tempo e dipende dalla natura della sorgente, dalla ventilazione, dalle abitudini e dalle attività svolte dagli occupanti negli ambienti interessati.

La composizione dell’aria indoor è spesso caratterizzata da una miscela di composti molto variabile rispetto a quanto riscontrabile nell’aria atmosferica esterna. Gli agenti inquinanti possono essere identificati attraverso 3 categorie:

• inquinanti chimici
• inquinanti biologici;
• inquinanti fisici.

Le principali fonti di inquinamento indoor includono il fumo di tabacco o di altri processi di combustione, i prodotti per la pulizia e la manutenzione domestica, antiparassitari, colle, adesivi e solventi. Anche strumenti come stampanti, plotter e fotocopiatrici, così come materiali per hobby come colle e vernici, possono contribuire. Inoltre, i materiali da costruzione e gli arredi (ad esempio, mobili in truciolato o compensato trattati con antiparassitari, moquette e rivestimenti) possono emettere inquinanti. Infine, un sistema di ventilazione malfunzionante o prese d’aria posizionate vicino a fonti esterne di inquinamento (come strade trafficate o garage) possono aumentare la contaminazione. I sistemi di condizionamento possono anche favorire la crescita di muffe e altri contaminanti biologici, diffondendoli nell’edificio.

Una buona qualità dell'aria interna si raggiunge quando l'aria di rinnovo si mescola completamente con quella interna, garantendo un corretto numero di ricambi d'aria in base all'uso del locale e al numero di occupanti. Una ventilazione adeguata, sia essa meccanica, naturale o mista, è quindi essenziale per mantenere la qualità dell'aria e il comfort. La scelta del tipo di ventilazione dipende da vari fattori, come la struttura dell'edificio, il clima, la posizione, la densità di occupazione e le attività svolte.

La progettazione del sistema di ventilazione è importante anche per regolare l'umidità e prevenire la formazione di muffe, che influenzano la salubrità dell'edificio. Mentre la maggior parte delle muffe è innocua, alcune possono causare allergie producendo micotossine, quindi è fondamentale prevenire la loro crescita. Le politiche di efficientamento energetico, che puntano a rendere gli edifici più ermetici, stanno però riducendo la traspirabilità e peggiorando la qualità dell'aria, soprattutto negli edifici moderni.

L'Organizzazione Mondiale della Sanità ha definito dei valori ideali per il tasso di umidità nelle abitazioni:

Affinché la ventilazione non produca effetti negativi sul bilancio energetico del fabbricato è necessaria un’attenta progettazione che valuti nel complesso la permeabilità dell’involucro e le infiltrazioni di aria attraverso gli elementi opachi ed elementi trasparenti, che sono dovute a tre cause principali:

• il vento che crea sovra pressione nel lato sopra vento e depressione sul lato sottovento;
• l’effetto camino dovuto alla differenza di pressione fra esterno e interno generata dal vento, dal gradiente di temperatura, dall’altezza dell’edificio e dal sistema di riscaldamento;
• i sistemi di ventilazione.

PER APPROFONDIRE: Qualità dell'aria e risparmio energetico: soluzioni per la VMC in ambito residenziale

Inoltre, la disposizione delle finestre è importante per favorire la ventilazione naturale: ideali sono le aperture disposte in modo da permettere un flusso d’aria coerente, ad esempio con finestre opposte che favoriscono la creazione di correnti d’aria. L’orientamento delle finestre verso le direzioni prevalenti del vento può aiutare a favorire il ricambio d’aria.

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