Ventilazione a fabbisogno variabile
(demand-led)
ed Efficienza Energetica
White Paper Versione 1.0
Franklin Linder
04/12/2013
Riassunto
Attualmente la gestione tecnica degli edifici (riscaldamento, raffrescamento e ventilazione)
conta per il 40% del consumo energetico primario globale ed è causa di circa un quarto delle
emissioni mondiali di CO2. Ottimizzare l’efficienza energetica degli edifici è fondamentale
per combattere questa minaccia ambientale. In edifici dotati di sistemi di ventilazione
meccanica, una delle modalità chiave per raggiungere questo obiettivo è il sistema di
ventilazione a fabbisogno variabile.
Ventilazione a fabbisogno variabile significa che il sistema di building automation regola e
riduce al minimo l’immissione di aria esterna in base all’effettivo fabbisogno con lo
scopo di ottimizzare la qualità dell’aria ambiente e l’efficienza energetica. La qualità dell’aria
viene normalmente stimata in base al contenuto di CO2, di norma misurato mediante sensori
di CO2 a infrarossi.
La ventilazione a fabbisogno variabile risparmia energia riducendone al minimo la quantità
necessaria per il funzionamento dei ventilatori e per il trattamento dell’aria di rinnovo
immessa (riscaldamento, raffrescamento, umidificazione, deumidificazione, etc.).
A seconda del tipo di installazione (con o senza recupero di calore, con o senza serranda di
miscela, con riscaldamento/condizionamento locale o ad aria primaria) esistono diverse
interconnessioni e strategie di controllo con numerose opzioni di risparmio energetico.
Questo white paper descrive in modo accessibile a tutti i principi, la tecnologia e gli effetti
prodotti da questo tipo di ventilazione. Descrive sia ambienti ventilati singolarmente che
ambienti singoli a regolazione VAV con un sistema di trattamento aria centralizzato,
riportando dati e cifre.
Per SAUTER, l’efficienza energetica (in sintesi il più elevato comfort per l’utente con il minor
dispendio di energia) è prioritaria. Tutti i nostri prodotti e le nostre soluzioni sono progettati
con questo obiettivo ben chiaro in mente.
Ventilazione a Fabbisogno Variabile ed Efficienza Energetica
White Paper, © Fr. Sauter AG, Im Surinam 55, CH-4016 Basilea
2
Introduzione / informazioni generali:
Le conseguenze negative che il cambiamento climatico ha sul nostro pianeta sono sempre
più evidenti e inconfutabili. Un utilizzo energetico più consapevole e la riduzione delle
emissioni sono ormai una delle sfide più urgenti e importanti che l’umanità debba affrontare.
Attualmente la gestione tecnica degli edifici (riscaldamento, raffrescamento, ventilazione,
illuminazione, etc.) conta per circa il 40% del consumo energetico primario globale! È causa di
circa un quarto di tutte le emissioni mondiali di CO2 (arrivando addirittura al 40% in Svizzera e
Germania)! L’ottimizzazione dell’efficienza energetica negli edifici è fondamentale per
combattere questa minaccia ambientale.
In edifici dotati di sistemi meccanici di ventilazione, la tecnologia della ventilazione a
fabbisogno variabile, insieme ad altre tecnologie chiave come l’automazione integrata degli
ambienti e i pannelli radianti a scambio termico, è il modo più efficace per ottenere questo
obiettivo. Un’altra ragione per cui l’importanza della ventilazione a fabbisogno va crescendo è
che gli edifici sono ormai sempre più coibentati (risultato dei progressi nell’isolamento
termico).
Con ventilazione a fabbisogno variabile (demand-led) si intende regolazione costante
della quantità di aria di mandata in base all’effettiva esigenza, il che, in altre parole
significa che l’aria viene sempre e solo immessa e condizionata (riscaldamento,
raffrescamento, umidificazione e deumidificazione) nell’esatta quantità necessaria ad ottenere
un comfort ambiente adeguato e piacevole. Lo scopo è quello di ottimizzare il sistema di
ventilazione per quanto riguarda sia il comfort dell’utente che l’efficienza energetica.
Sensore di
qualità
dell’aria
Richiesta di aria
esterna
Regulation to
control room
air quality
Temperatura
Umidità
Intervento man.
Presenza
Schedule
Existing regulation /
control system
comandi di attuazione
e interruttori specifici di
sistema
Autorizzazione
Principio della ventilazione a fabbisogno variabile (VDMA 24773)
La ventilazione a fabbisogno permette di risparmiare energia in due modi: innanzitutto sui
ventilatori, ambito in cui il risparmio è davvero notevole, considerando che l’energia
necessaria ad azionare i ventilatori (e che può dunque essere risparmiata) triplica in
proporzione alla quantità di aria spostata. In secondo luogo, risparmia energia sul
trattamento dell’aria esterna: minor quantità di aria esterna immessa significa minor
energia necessaria per riscaldarla, raffrescarla, umidificarla e deumidificarla.
Ventilazione a Fabbisogno Variabile ed Efficienza Energetica
White Paper, © Fr. Sauter AG, Im Surinam 55, CH-4016 Basilea
3
Potenziale risparmio energetico derivante dalla ventilazione a fabbisogno variabile confrontata
con la ventilazione temporizzata.
Il sensore di qualità dell’aria è di cruciale importanza nella ventilazione a fabbisogno. Esso
quantifica la qualità dell’aria ambiente e fornisce la variabile di regolazione. Per ottenere
buoni risultati è fondamentale utilizzare la giusta tipologia di sensore, che deve essere
preciso, stabile nel tempo e ben posizionato all’interno dell’ambiente. Normalmente vengono
utilizzati sensori di CO2. La quantità di CO2 nell’aria aumenta proporzionalmente al numero
di persone presenti all’interno dell’ambiente e al tempo che vi trascorrono, e questo permette
un’ottima misurazione della qualità dell’aria. Per ambienti ad elevato tasso di particelle
(come ad esempio quelli in cui vi sono forti odori o persone che fumano), vengono utilizzati
anche sensori a miscela di gas (sensori VOC).
Grazie alla ventilazione a fabbisogno che si basa sul contenuto di CO2 o di VOC nell’aria
ambiente, è possibile ottenere il punteggio più elevato raggiungibile per la categoria di
riferimento sia nella classificazione degli edifici come da EN 15232 che nella certificazione
dell’edificio come da sistema eu.bac.
SAUTER non offre solo competenza a tutto tondo e molti anni di esperienza, ma produce
anche tutti i componenti di regolazione necessari per un sistema di ventilazione a fabbisogno
variabile: sensori, attuatori (valvole, servomotori), regolatori e stazioni di automazione, oltre
che adeguati strumenti di ingegnerizzazione e database.
Fedeli al nostro motto “per un ambiente sostenibile”, i nostri prodotti e le nostre soluzioni
sono progettati per migliorare l’efficienza energetica.
Ventilazione a Fabbisogno Variabile ed Efficienza Energetica
White Paper, © Fr. Sauter AG, Im Surinam 55, CH-4016 Basilea
4
Gli elementi della ventilazione a fabbisogno variabile
E il loro impatto sull’efficienza energetica
Utenti /microclima
Gli utenti di un ambiente rivestono notevole importanza per la ventilazione a fabbisogno
variabile. Non solo ne sono i beneficiari, ma di norma ne costituiscono anche il principale
fattore di regolazione. L’interscambio di aria è per lo più proporzionale al numero di persone
presenti in un ambiente e al tempo che esse vi trascorrono (oltre all’intensità della loro attività
fisica).
Il comfort degli utenti, ovvero la qualità del microclima, unitamente al risparmio energetico
costituisce il metro principale della ventilazione a fabbisogno variabile.
Nella formula per l’efficienza energetica riportata di seguito, la qualità dell’aria ambiente
viene divisa per l’energia utilizzata per ottenerla:
Ventilazione a Fabbisogno Variabile ed Efficienza Energetica
White Paper, © Fr. Sauter AG, Im Surinam 55, CH-4016 Basilea
5
I fattori di building management decisivi per il comfort dell’utente e dunque per la sua
produttività sono le condizioni di luce, la temperatura e la qualità dell’aria, l’umidità
e le correnti d’aria (fattore di raffrescamento, vedi di seguito), la temperatura delle
superf ici e il livello di inquinamento acustico. L’intensità della ventilazione non
determina solo la qualità dell’aria, ma anche le correnti d’aria, il rumore che ne deriva e, a
seconda della tipologia di sistema, la temperatura e l’umidità.
Una bassa qualità dell’aria (eccessivi livelli di CO2, odori, etc.) genera stanchezza,
mancanza di concentrazione, cali di attenzione, errori, insoddisfazione, arrivando persino a
causare assenze per malattia, con conseguente perdita di ore di lavoro, di profitti e aumento
dei costi. Una ventilazione a fabbisogno variabile assicura sempre una buona qualità
dell’aria.
La ventilazione genera sempre un flusso d’aria influenzando così il fattore di
raffrescamento (la temperatura percepita). Il flusso di aria sulla pelle aumenta
l’evaporazione, con il risultato che l’ambiente sembra più freddo e per compensare è così
necessario aumentare la temperatura. Questo significa che una ventilazione eccessiva può
influenzare negativamente l’efficienza energetica in tre modi: richiedendo maggior energia per
la gestione dei ventilatori, maggior energia destinata al condizionamento, e maggior energia
destinata all’aumento di temperatura necessario per compensare il fattore di
raffrescamento. (Questo per quanto riguarda la modalità riscaldamento. In fase di
raffrescamento, invece, può risultare utile aumentare la circolazione dell’aria oltre il livello
normalmente necessario ad ottenerne un’adeguata qualità. Questo, infatti, aumenta il fattore
di raffrescamento ed è così possibile innalzare la temperatura, risparmiando sul
raffrescamento. In modalità raffrescamento è possibile ottenere una temperatura ambiente
piacevole a maggior efficienza energetica e a basso costo aumentando il ricircolo dell’aria
invece che abbassando la temperatura ambiente.)
Uno degli aspetti utili della ventilazione a fabbisogno è la tolleranza nei confronti
dell’intervento da parte dell’utente. Se l’utente apre una finestra per avere più aria fresca, i
sensori se ne accorgono immediatamente, riducendo di conseguenza la ventilazione
meccanica. Anche in questo caso la ventilazione a fabbisogno si assicura che il consumo
energetico venga ridotto al minimo.
Facts & figures:
• Un ambiente di lavoro ideale (illuminazione, temperatura e qualità dell’aria) può
aumentare la produttività e la soddisfazione del 15%. È quanto emerge da studi
internazionali, come quello condotto dal BOSTI (Buffalo Organization for Social and
Technological Innovation) fin dalla fine degli anni ’60.
• La proporzione dei costi per uno stabile adibito ad uffici commerciali è
approssimativamente 1 ÷ 10 ÷ 100. 1 rappresenta i costi energetici, 10 l’affitto (costo
complessivo dello spazio) e 100 r a p p r e s e n t a i s a l a r i d i c h i vi opera. Una
proporzione che mostra chiaramente quanto sia importante in termini economici
ottimizzare il comfort ambiente e, contemporaneamente, la soddisfazione e la produttività
degli utenti dell’edificio. Un cambiamento anche solo dell’1% nella produttività equivale in
termini di costo all’intero consumo energetico dell’edificio.
Sensori
Il sensore di qualità dell’aria è un elemento cardine della ventilazione a fabbisogno. Per
ottenere buoni risultati è essenziale utilizzare il sensore giusto, che deve essere preciso,
stabile nel tempo e posizionato in modo corretto all’interno dell’ambiente.
Di norma, per misurare la qualità dell’aria, vengono utilizzati sensori di CO2. La
concentrazione di CO2 è considerata uno degli indicatori più importanti della qualità dell’aria.
Fornisce un ottimo metro per definire il numero di persone presenti nell’ambiente oltre
all’effettiva qualità.
Ventilazione a Fabbisogno Variabile ed Efficienza Energetica
White Paper, © Fr. Sauter AG, Im Surinam 55, CH-4016 Basilea
6
L’aumento della concentrazione di CO2 deriva dal processo di respirazione delle persone
all’interno dell’ambiente che inspirano ossigeno (O2) ed espirano anidride carbonica (CO2).
L’anidride carbonica è un gas invisibile, inodore, chimicamente inattivo ed è
componente naturale dell’atmosfera. La sua concentrazione viene espressa in
percentuale per volume o in ppm (parti per milione). In elevata concentrazione la CO2 causa
sintomi come ridotta produttività, problemi di concentrazione e stanchezza, oltre ad
avere effetti negativi sulla salute.
La maggior parte dei sensori nei sistemi di building management utilizza il metodo della
spettroscopia a infrarossi, un sistema di misurazione costituito da una fonte luminosa, il
percorso di misurazione, un filtro ottico e un ricevitore. Il filtro seleziona la luce su una
specifica lunghezza d’onda che viene assorbita dalla CO2. In questo modo il segnale che
viene ricevuto varia a seconda della concentrazione di CO2 nell’aria.
Comunque, è difficile raggiungere la precisione necessaria e una stabilità di lunga
durata con sensori di CO2 a raggio singolo. Sporcizia, polvere e invecchiamento
della fonte luminosa provocano scarti e un graduale scostamento. Il sensore deve
essere ricalibrato regolarmente mediante una procedura standard che, a sua volta,
richiede una ventilazione intensa dell’ambiente non occupato, comportando così un
maggior utilizzo di energia e costi più elevati, per non parlare del fatto che in alcuni
ambienti, come ad esempio negli ospedali, è addirittura impossibile attuare la
procedura.
Con i sensori di CO2 a doppio raggio, la ricalibrazione ad alto fabbisogno energetico non è
necessaria. Essi utilizzano un doppio canale di misurazione, il primo con un filtro per la
misurazione di CO2 e il secondo con un filtro per uno spettro di riferimento. Grazie alle
misurazioni di riferimento, essi sono in grado di compensare automaticamente le mutevoli
condizioni di misurazione e deterioramento della fonte luminosa. La precisione e la stabilità
dei sensori di CO2 a doppio raggio li rendono perfetti per qualsiasi applicazione e qualsiasi
tipo di edificio. Apparecchiature di qualità particolarmente elevata possiedono anche una
funzione di compensazione della temperatura e una calibrazione preimpostata distribuita per
tutta la gamma di misurazione della temperatura.
Funzionamento di un sensore di CO2 a doppio raggio
Il range standard dei sensori di CO2 varia da 0 a 2000 ppm. In un ambiente la concentrazione
non dovrebbe superare le 1500 ppm. La soglia massima raccomandata è di 1000 ppm. La
concentrazione dell’aria di rinnovo sia aggira intorno alle 350 ppm. La MWC (maximum
workplace concentration – concentrazione massima sul posto di lavoro – al di sopra della
quale diventa dannosa per la salute) è 5000 ppm.
260 ppm
Aria esterna in epoca pre-industriale, prima del 1850
350 ppm
Aria esterna pulita oggi, tendenza all’aumento
700 ppm
Aria esterna in città, raccomandata per ambienti occupati
1000 ppm
Valore di Pettenkofer massimo
1400 ppm
Aria in case poco areate, soglia per gli uffici
3500 ppm
Valore massimo in una classe dopo un’ora di lezione
4300 ppm
Valore Massimo in una camera da letto, 2 persone
Ventilazione a Fabbisogno Variabile ed Efficienza Energetica
White Paper, © Fr. Sauter AG, Im Surinam 55, CH-4016 Basilea
7
5000 ppm
Concentrazione massima sul posto di lavoro (valore MWC)
7000 ppm
Concentrazione massima in un cinema dopo un film
20000 ppm
Valore massimo per un breve periodo
40000 ppm
Aria espirata
Concentrazioni di C02 (0.035 vol % corrisponde a 350 ppm)
Per ambienti ad alto tasso di particelle come ristoranti o bagni, vengono utilizzati anche
sensori a miscela di gas che misurano la concentrazione di VOC nell’aria (VOC significa
composti organici volatili). Essi possono provenire da cucine, fumo di tabacco o possono
essere rilasciate da arredi e decori come tappeti o da prodotti per la pulizia.
Non esiste un’unità di misurazione ufficiale per la concentrazione di VOC. Il range di
misurazione dei sensori normalmente copre una concentrazione di particelle da 0 a 1000
ppm.
I trasmettitori di qualità dell’aria possono essere da canale (con sensore ad asta da inserire
nel canale dell’aria di ripresa), a parete o a incasso per l’installazione diretta nell’ambiente.
Sensori di CO2 SAUTER. Sensore da canale / sensore di
temperatura ambiente
Per l’utilizzo all’interno dei sistemi di building automation, i trasmettitori sono spesso
utilizzati in combinazione ad un sensore di temperatura inserito nella stessa custodia.
Tuttavia questa tipologia di sonda (sensori combinati) riporta misurazioni di temperatura
falsate dal calore emesso dalla fonte luminosa per il sensore di CO2, il che significa che
sensori di temperatura individuali sono più accurati.
Il luogo in cui vengono installati è molto importante. Un trasmettitore da canale installato
nel condotto dell’aria di ripresa fornisce misurazioni precisissime. Misura
automaticamente il valor medio dell’ambiente, ma funziona solo se viene costantemente
garantito un ricircolo d’aria minimo. Durante l’installazione bisogna assicurarsi che venga ben
isolato per evitare lo scambio di gas tra l’aria di ripresa e l’aria esterna.
Il trasmettitore ambiente deve essere installato con un posizionamento tipico per la CO2, di
norma da 1,5 a 2 m da terra. Nel posizionarlo è necessario assicurarsi che il trasmettitore
sia investito da un buon flusso di aria ambiente. A causa dell’alta concentrazione di CO2
nell’aria espirata, è necessario venga installato ad almeno 1 m di distanza da dove si
trovano gli utenti.
Ventilazione a Fabbisogno Variabile ed Efficienza Energetica
White Paper, © Fr. Sauter AG, Im Surinam 55, CH-4016 Basilea
8
Facts & figures:
• Vedi anche la tavola di cui sopra.
• 78% N2, 21% O2, 0.035% CO2 (78% nitrogeno, 21% ossigeno, 0.035% anidride
carbonica) sono i normali componenti dell’aria esterna. Se aumenta la concentrazione di
CO2 , quella di O2 si riduce proporzionalmente.
• Il 5% (50,000 ppm) di CO2 è una concentrazione tossica per l’uomo, l’8% (80,000 ppm)
porta alla morte in 30-60 minuti.
• Una persona esala circa 15 litri di CO2 all’ora, ovvero 0.015 m3/h
• L’esperienza ha dimostrato che la concentrazione di CO2 all’interno di una classe non
ventilata può superare la soglia di 1000 ppm in 10 minuti.
• Concentrazioni di CO2 superiori a 1000 ppm creano problemi di produttività: stanchezza,
mancanza di concentrazione, maggior possibilità di compiere errori o persino di malattia
con la conseguente perdita di interi giorni.
• La precisione di sensore necessaria secondo la VDI 6038 è: CO2: ±50 ppm, temperatura:
±0.5 K, umidità: ±3.5% rH,
In SAUTER:
• Tutti i trasmettitori di CO2 SAUTER per la qualità dell’aria ambiente sono a doppio raggio
con compensazione di temperatura e una calibrazione lineare predefinita a 12 punti
distribuita su tutto il range di misurazione.
• Sul trasmettitore EGQ222 di SAUTER per la qualità dell’aria, il sensore di temperatura
ambiente è montato separatamente per una misurazione accurata della temperatura:
Trasmettitore SAUTER EGQ222 per la qualità dell’aria con sensore di temperatura ambiente
Ventilazione, aria di mandata, aria di ripresa
La ventilazione a fabbisogno regola la quantità di aria di rinnovo, di aria di mandata e di
aria di ripresa. Maggiore è la concentrazione di CO2 (o VOC) nell’ambiente, maggiore è la
richiesta di aria di rinnovo da parte del regolatore. Se l’installazione è dotata di serrande di
miscela, il regolatore per prima cosa le apre per aumentare la quantità di aria esterna
immessa. Il segnale dei ventilatori non viene aumentato finché le valvole non sono
totalmente aperte.
Ventilazione a Fabbisogno Variabile ed Efficienza Energetica
White Paper, © Fr. Sauter AG, Im Surinam 55, CH-4016 Basilea
9
Se la ventilazione a fabbisogno dipende da una programmazione oraria o dalla rilevazione
di presenza, ulteriori risparmi possono essere ottenuti spegnendo totalmente la ventilazione
quando l’ambiente non è occupato.
I vapori provenienti da materiali di costruzione o arredi potrebbero far sì che sia sempre
necessario immettere una minima quantità di aria esterna per evitare odori sgradevoli (aria
stantia).
Per la stessa ragione, potrebbe essere necessario aerare brevemente (ventilazione intensa)
prima dell’arrivo degli utenti.
Facts & figures
• È possibile ottenere un risparmio del 20-30% utilizzando la ventilazione a fabbisogno in
uffici open space con una presenza media del 40% degli utenti (VDMA 24773). Al costo
energetico di circa 1€/metro quadrato al mese (OSCAR 2010), il risparmio annuo per
un ufficio di circa 15,000 m2 si attesta tra i 36,000 € e i 54,000€!
• È possibile ottenere un risparmio del 3%-5% in uffici openspace con una presenza media
del 90% degli utenti (VDMA 24773)
• È possibile ottenere un risparmio del 20%–50% in aule conferenze, università e scuole.
(VDMA 24773)
• È possibile ottenere un risparmio del 20%–60% in foyer, atri e zone check-in degli aeroporti
(VDMA 24773)
• È possibile ottenere un risparmio del 40%–70% in spazi espositivi e strutture per sport
indoor. (VDMA 24773)
• È possibile ottenere un risparmio del 30%–60% i n auditorium, sale conferenze, teatri e
cinema (VDMA 24773)
• È possibile ottenere un risparmio del 30%–70% in ristoranti e mense (VDMA 24773)
In SAUTER:
• Nelle soluzioni di automazione degli ambienti delle biblioteche del software SAUTER
CASE, le diverse tipologie di ambiente sono predefinite insieme alle loro funzioni
specifiche, comprese le soglie dei valori prescritti, le programmazioni orarie e le funzioni di
presenza.
Ventilatori
Nei sistemi di ventilazione semplici (ad es.: senza serrande di miscela), le ventole per
l’aria di mandata e di ripresa rappresentano le unità di regolazione della ventilazione a
fabbisogno. Esse vengono utilizzate dal regolatore per calibrare il ricambio d’aria. (Per creare
un equilibrio tra aria di mandata e di ripresa, ovvero per evitare si crei pressione negativa o
positiva all’interno dell’ambiente, esse non vengono attivate direttamente, bensì
impostandone i volumi. Basandosi su questo e sui sensori di pressione positiva e negativa nei
condotti dell’aria di mandata e ripresa, ogni ventilatore è dotato di un inverter che ne gestisce
il volume di conseguenza).
Se il sistema è dotato di serrande di miscela, il regolatore di qualità dell’aria per prima cosa
utilizza queste serrande per regolare la portata di aria esterna in base all’effettivo fabbisogno.
Solo quando queste saranno totalmente aperte, esso regolerà il flusso dell’aria di mandata e
di ripresa aumentando la velocità dei ventilatori.
Oggi vengono utilizzati solo ventilatori a modulazione continua (mediante inverter). In passato
venivano anche utilizzate ventilatori a gradini. (L’aria di mandata e quella di ripresa
venivano bilanciate durante la fase di messa in servizio, andando ad agire sulla trasmissione
dei motori dei ventilatori)
Ventilazione a Fabbisogno Variabile ed Efficienza Energetica
White Paper, © Fr. Sauter AG, Im Surinam 55, CH-4016 Basilea
10
Proprio come la resistenza dell’aria triplica in proporzione alla sua velocità, la potenza
meccanico/elettrica di azionamento dei ventilatori triplica in proporzione alla quantità di
aria in circolo. In altre parole, se il volume di aria da far circolare potesse essere ridotto dalla
ventilazione a fabbisogno, la quantità di energia risparmiata sui ventilatori triplicherebbe! (Ad
esempio, se la quantità di aria venisse dimezzata, sarebbe necessario solo un ottavo
dell’energia.)
Facts & figures:
• È possibile ottenere un risparmio del 49% sull’energia per il funzionamento dei ventilatori
riducendo del 20% l’aria in circolo grazie all’utilizzo della ventilazione a fabbisogno.
In SAUTER:
• Il software di progettazione SAUTER CASE Suite con le sue biblioteche contenenti
numerose soluzioni predefinite facilita una progettazione agile, efficiente e di alta qualità
per situazioni complesse.
Condizionamento dell’aria
A seconda dei requisiti e della progettazione del sistema, il sistema di condizionamento può
comprendere filtri, batterie di riscaldamento e/o raffrescamento, umidificatori e deumidificatori.
Dato che l’aria esterna viene sempre preriscaldata o raffrescata fino alla temperatura
dell’aria di mandata (dispendioso anche nei sistemi di riscaldamento e raffrescamento in
loco, vedi sezione H), il volume di aria esterna immessa ha sempre una effetto
proporzionale sull’energia necessaria per il riscaldamento e il condizionamento.
Questo significa che (oltre a risparmiare energia sui ventilatori) qualsiasi riduzione dell’aria
esterna immessa ottenuta grazie alla ventilazione a fabbisogno si traduce in corrispondenti
risparmi energetici su riscaldamento e raffrescamento.
Nei sistemi in cui l’ambiente è riscaldato e raffrescato unicamente mediante condizionamento
dell’aria (senza apparecchiature di riscaldamento e raffrescamento in loco) e senza serrande
di miscela, il range di tolleranza per la temperatura ambiente (ed eventualmente
dell’umidità) assume vitale importanza.
Sistema senza riscaldamento/condizionamento in loco e senza serrande di miscela
(diagramma semplificato)
In questo caso, la quantità di aria esterna immessa non è determinata esclusivamente dal
regolatore di qualità dell’aria ambiente. La necessità di riscaldamento (o raffrescamento)
può condurre anche ad un aumento dell’aria esterna. Ne consegue che la quantità di aria
viene definita in base alle priorità dettate dalle necessità di qualità dell’aria e dalle necessità di
riscaldamento (raffrescamento), a seconda di quale delle due sia la più urgente nel dato
momento.
Ventilazione a Fabbisogno Variabile ed Efficienza Energetica
White Paper, © Fr. Sauter AG, Im Surinam 55, CH-4016 Basilea
11
Più stretto è il range di tolleranza sulla temperatura ambiente (ad es.: 22°C - 24°C), più è
frequente l’immissione di aria esterna determinata dalla necessità di rimanere entro tale range.
Al contrario: più ampio il range di tolleranza impostato, maggiore è il margine di manovra della
ventilazione a fabbisogno (regolazione in base alla qualità dell’aria) nel ridurre il flusso di aria,
aumentando così i potenziali risparmi energetici. Nel caso estremo in cui il range di tolleranza
sulla temperatura fosse zero, mantenerlo richiederebbe una priorità del 100% azzerando di fatto
la possibilità per la ventilazione a fabbisogno di produrre risparmi energetici. (Questo vale
anche per il range di tolleranza dell’umidità ambiente).
In SAUTER:
• Con l’aiuto del sistema EMS di (Energy Management System), queste condizioni
complesse e queste interrelazioni possono essere registrate durante il funzionamento,
rappresentate in modo chiaro, analizzate e quindi ottimizzate. Lo scopo è di massimizzare
l’efficienza energetica oltre al comfort dell’utente.
Serrande di miscela
Il grande vantaggio dei sistemi di ventilazione in cui è possibile variare la percentuale di
aria esterna mediante serrande di miscela è che la portata di aria esterna è separata
rispetto al mantenimento della temperatura ambiente. Una maggior necessità di
riscaldamento o raffrescamento non significa automaticamente che sia necessario aumentare
la portata di aria esterna. L’aria di ripresa può essere riutilizzata mediante serrande di
ricircolo. Questo permette di risparmiare una notevole quantità di energia, il che spiega
perché l’aria di ricircolo o le serrande di miscela vengano spesso classificate come sistemi di
recupero del calore.
Sistema a ricircolo d’aria / a serrande d’aria esterna (diagramma semplificato)
Dato che i sistemi di regolazione della qualità dell’aria ambiente e del riscaldamento
(raffrescamento o umidificazione) sono completamente indipendenti l’uno dall’altro, il range
di tolleranza della temperatura, non ha lo stesso effetto nocivo sul risparmio energetico
ottenuto mediante ventilazione a fabbisogno descritto poco fa nella sezione sul
condizionamento dell’aria. (sezione E).
Ventilazione a Fabbisogno Variabile ed Efficienza Energetica
White Paper, © Fr. Sauter AG, Im Surinam 55, CH-4016 Basilea
12
Recupero del calore
Sistemi per il recupero del calore (diagramma semplificato)
Un sistema per il recupero del calore (HRec) trae energia termica dall’aria di ripresa per
aggiungerla a quella di mandata. Sono sistemi che adottano recuperatori di calore a piastre
(che collegano termicamente l’aria di ritorno all’aria di mandata mediante piastre metalliche) o
recuperatori di calore rotativi/ dotati di ruota termica (un materiale in grado di assorbire
calore ruota in modo alternato attraverso i condotti dell’aria di ripresa e mandata).
Scambiatore rotativo di calore (diagramma)
Il recupero di calore non cambia nulla rispetto a ciò che abbiamo detto poco fa sulla
ventilazione a fabbisogno. Influenza però il risparmio energetico che è possibile ottenere sul
condizionamento termico dell’aria, poiché il sistema di recupero calore è in grado di
recuperare gran parte dell’energia destinata a riscaldamento o a raffrescamento che altrimenti
andrebbe persa con l’aria di ripresa.
Lo stesso vale per quanto detto nella sezione E sul condizionamento riguardo al range di
tolleranza della temperatura in presenza di un sistema di recupero calore. L’unica differenza
è che si tratta di effetti ridotti.
Facts & figures:
• È possibile ottenere un efficienza dell’ 80% mediante ruota termica (coefficiente di recupero
calore)
• È possibile ottenere un efficienza del 60% mediante scambiatore di calore a piastra
(coefficiente di recupero calore)
Ventilazione a Fabbisogno Variabile ed Efficienza Energetica
White Paper, © Fr. Sauter AG, Im Surinam 55, CH-4016 Basilea
13
Riscaldamento e condizionamento in loco
In questo caso, l’ambiente non è riscaldato o condizionato mediante aria di mandata,
ma attraverso apparecchiature installate all’interno dell’ambiente, come: radiatori,
pannelli radianti, travi fredde o calde e fan coil.
Come per l’aria di ricircolo e le serrande di miscela, il grosso vantaggio deriva dalla
separazione dell’aria esterna immessa dal mantenimento della temperatura ambiente.
Inoltre, in questo caso, non è necessaria aria di ricircolo per il riscaldamento o il
raffrescamento, il che si traduce in notevoli risparmi energetici sul funzionamento dei
ventilatori (energia per il funzionamento = volume dell’aria3!).
Anche in questo caso, i potenziali risparmi energetici ottenibili mediante ventilazione a
fabbisogno non presentano gli svantaggi relativi al range di tolleranza della temperatura
descritti poco fa nella sezione E sul condizionamento dell’aria.
Comunque, per ragioni di comfort, è inoltre necessario condizionare l’aria fornita dai
ventilatori. L’aria risulta particolarmente fastidiosa se più fredda rispetto alla temperatura
ambiente.
Una forma speciale di riscaldamento/raffrescamento in loco è la soluzione che prevede
ventilconvettori con serrande d’aria esterna. Ne esistono diverse versioni: solo
riscaldamento, riscaldamento/raffrescamento, con ventilatori a una velocità, a più velocità o
modulanti, con o senza recupero calore. La serranda d’aria esterna è sempre una serranda
di miscela. Per quanto riguarda la ventilazione a fabbisogno, i ventilconvettori con serrande
d’aria esterna sono assimilabili ad un sistema di ventilazione in loco con serrande di miscela,
e tutte le informazioni su questo tipo di istallazione hanno la medesima valenza.
Requisiti energetici di tipologie diverse di sistema
Tipologia di
sistema
Requisiti di riscald./condiz.
Ventilatori
Aria esterna
In base al range
cy ondi
tolleranza della
erature
temperaturarange
Senza recupero
calore, senza
serrande di miscela
Sì
Sì
Sì
Con recupero calore
Sì
Ridotto 1
Con serrande di
miscela
Sì
No
Ridotto
riscaldamento/
condizionamen
to in loco
No
No
No
Ridotto
1)
Requisiti energetici ridotti grazie al pre-riscaldamento dell’aria esterna mediante HRec
)
2 Effetto ridotto grazie al pre-riscaldamento dell’aria esterna mediante HRec
3 ) Effetto ridotto: solo ventilazione, aria esterna non necessaria per il riscaldamento / raffrescamento
Effetto della tipologia di sistema sul potenziale risparmio grazie alla ventilazione a fabbisogno
Ventilazione a Fabbisogno Variabile ed Efficienza Energetica
White Paper, © Fr. Sauter AG, Im Surinam 55, CH-4016 Basilea
14
Ambienti singoli con sistemi VAV (a portata variabile):
Ambienti con sistemi VAV e sistema di ventilazione centralizzato
Ambienti singoli a regolazione VAV
In edifici a sistema di ventilazione centralizzato e regolatori VAV per singoli ambienti, la
ventilazione a fabbisogno viene implementata in ogni singolo ambiente mediante cassette
VAV (volume d’aria variabile). Proprio come già descritto precedentemente per gli ambienti
con sistemi di ventilazione individuale, in ogni ambiente, l’interscambio d’aria e la CO2 (ed
eventualmente la temperatura) sono regolati in base alle effettive necessità e ridotte al
minimo. Perché ciò avvenga il regolatore VAV riceve dal regolatore ambiente un valore
prescritto per il volume di aria esterna e attiva la serranda della cassetta VAV in base alla
portata misurata.
I dati sul risparmio energetico ottenuto grazie alla ventilazione a fabbisogno sono gli stessi
dei sistemi descritti in precedenza, ma il risparmio totale corrisponde alla somma del
risparmio ottenuto per ciascun ambiente. All’interno del sistema centralizzato di trattamento
dell’aria, la pressione del canale viene mantenuta costante di modo che non sia necessario
trattare altra aria.
In SAUTER:
• Regolatore compatto SAUTER ASV115 VAV per la ventilazione a fabbisogno per qualsiasi
applicazione (ad es.: uffici, sale conferenza, camere d’albergo)
Ventilazione a Fabbisogno Variabile ed Efficienza Energetica
White Paper, © Fr. Sauter AG, Im Surinam 55, CH-4016 Basilea
15
Regolatore compatto Sauter ASV115 VAV
•
Una delle caratteristiche sorprendenti del sensore di pressione differenziale ECP100
utilizzato all’interno del regolatore compatto SAUTER ASV115 VAV è la sua elevatissima
risoluzione, la massima stabilità del punto zero e l’opzione integrata di regolazione del range di
misurazione. Queste caratteristiche uniche rendono possibile individuare con precisione anche
la minima differenza di pressione di 1 Pa. Questo estende il limite minimo del range di
regolazione del sistema di ventilazione a fabbisogno, dando origine a risparmi energetici
significativi e ad una relativa riduzione dei costi di gestione.
Ulteriore risparmio energetico con i componenti SAUTER
Riduzione al minimo della pressione nel canale
L’efficienza energetica può essere ulteriormente migliorata in edifici a regolazione VAV per
ambiente singolo e con sistema di ventilazione centralizzato, variando la pressione di
canale. La pressione di canale viene ridotta al minimo allineandola ad una curva
predefinita in base al flusso volumetrico momentaneo. Maggiore il flusso volumetrico,
maggiore il valore prescritto della pressione di canale.
Ventilazione a Fabbisogno Variabile ed Efficienza Energetica
White Paper, © Fr. Sauter AG, Im Surinam 55, CH-4016 Basilea
16
I regolatori VAV presenti in ogni ambiente livellano automaticamente la pressione variabile di
canale poiché regolano il flusso volumetrico sul valore prescritto dato dal regolatore
ambiente.
Lo scopo è di minimizzare la pressione di canale così che il regolatore ambiente VAV che
necessita della maggior quantità di aria apra al massimo le sue serrante.
Il risparmio energetico deriva dalla riduzione della necessità energetica per i ventilatori del
sistema centralizzato di trattamento dell’aria, esse infatti non hanno più la necessità di
aumentare la pressione di canale oltre quanto necessario.
Grazie al flusso volumetrico a fabbisogno, a livello del sistema centralizzato di trattamento
dell’aria, è possibile raggiungere il punteggio massimo nella categoria di riferimento sia nella
classificazione degli edifici come da EN 15232 che nella classificazione degli edifici come
da sistema eu.bac.
In SAUTER:
• Con il regolatore compatto ASV115 VAV (firmware V2.10), SAUTER offre uno strumento
in grado di gestire sia la regolazione VAV per singoli ambienti che la regolazione della
pressione di canale.
• SAUTER CASE VAV offre applicazioni già pronte per ingegnerizzare la regolazione della
pressione di canale mediante ASV115.
• Grazie al sistema EMS (Energy Management System) di SAUTER, è possibile analizzare
e ottimizzare senza interrompere il funzionamento le interazioni complesse e
l’interdipendenza tra i regolatori VAV per singolo ambiente e il sistema centralizzato di
trattamento dell’aria.
Ventilazione a Fabbisogno Variabile ed Efficienza Energetica
White Paper, © Fr. Sauter AG, Im Surinam 55, CH-4016 Basilea
17
Conclusioni
Ovviamente, il modo in cui un edificio è stato effettivamente costruito (isolamento, capacità di
accumulo calore, coibentazione della struttura dell’edificio, ombreggiamento etc.) offre la base
per ottimizzare il comfort, massimizzando l’efficienza energetica. Altrettanto importanti sono i
servizi all’edificio (ventilazione, riscaldamento, condizionamento e sistemi di recupero calore,
etc.).
Se messi in servizio in modo attento, completo ed esperto, i sistemi di building automation,
in particolare la regolazione a fabbisogno del sistema di ventilazione qui descritto,
assicura un utilizzo ottimale ed efficiente dal punto di vista energetico di queste risorse
fondamentali.
Tutti i tre aspetti – la costruzione fisica, i servizi all’edificio e il sistema di building automation
– hanno un ruolo importante nel massimizzare l’efficienza energetica. Il risultato più elevato
raggiungibile dipende dall’effetto complessivo e dall’interazione ottimale di tutti le misure
possibili.
In particolare nella ristrutturazione di edifici esistenti, gli investimenti in building automation
sono, da un punto di vista economico, le misure più efficienti. Il rapporto tra miglioramento
dell’efficienza energetica ottenibile e capitale investito è decisamente migliore rispetto a quello
che coinvolge un qualsiasi altro intervento (come ad esempio l’isolamento dell’armatura
dell’edificio o le migliorie dei sistemi esistenti.)
SAUTER fornisce sempre il sistema di building automation corretto per ciascun tipo di edificio,
che esso sia di grandi o piccole dimensioni, nuovo o già esistente. Contattateci per maggiori
dettagli!
Ventilazione a Fabbisogno Variabile ed Efficienza Energetica
White Paper, © Fr. Sauter AG, Im Surinam 55, CH-4016 Basilea
18
Indice:
calibrazione a 12 punti ............................................ 9
Portata effettiva ..................................................... 17
Condizionamento............................................ 11, 14
Serrande di miscela............................. 10, 11, 12, 15
Trasmettitori di qualità dell’aria........................... 4, 6
Quantità dell’aria................................................... 10
Aerazione ............................................................. 10
Coibentazione degli edifici ...................................... 3
Classificazione degli edifici................................ 4, 19
Concentrazione di C02 ........................................... 8
Sistema di trattamento dell’aria centralizzato... 17, 19
Travi fredde........................................................... 15
Cambiamento climatico........................................... 3
Posizionamento di riferimento CO2 .......................... 9
Sensore di CO2 ........................................... 4, 6, 7, 8
Componenti dell’aria ............................................... 9
Rapporto costo beneficio ........................................ 6
Ventilazione a fabbisogno, scopo e definiz. …….. .. 3
Trasmissione ........................................................ 11
Pressione di canale......................................... 17, 19
Minimizzazione della pressione di canale ............. 19
Valore prescritto della pressione di canale ........... 19
Sensore di canale ................................................... 8
EN 15232 ......................................................... 4, 19
Energia .......................3, 5, 11, 12, 14, 15, 17, 18, 19
Formula dell’efficienza energetica .......................... 5
Responsabilità ambientale ...................................... 3
Sistema eu.bac ................................................ 4, 19
Ventilconvettori ..................................................... 15
Ventilconvettori con serrande di aria esterna ........ 15
Ventilatori..................................................... 3, 10, 19
Recupero calore ....................................... 12, 14, 20
Efficienza del recupero calore (- coefficiente)....... 14
Travi calde/fredde ................................................. 15
Qualità dell’aria ambiente ....................................... 4
Ventilazione intensiva ........................................... 10
Tecnologie chiave................................................... 3
Riscaldamento/raffrescamento in loco .................. 15
Portata d’aria esterna minima ............................... 10
Sensori a miscela di gas ..................................... 4, 8
Rilevazione di presenza ........................................ 10
Energia per il funzionamento............................. 3, 11
Trattamento dell’aria esterna .................................. 3
Ambiente ricco di particelle ..................................... 4
Scambiatore di calore a piastra ............................ 14
Pressione ambiente positiva/negativa ................... 11
Risparmi potenziali in uffici open space, aule
universitarie, etc .............................................. 10
Portata in base alla richiesta/pressione ................ 19
Consumo di energia primaria, percentuale utilizzata
negli edifici ......................................................... 3
Produttività .................................................................. 9
Produttività sul lavoro.............................................. 6
Radiatori ............................................................... 15
Microclima .............................................................. 5
Regolatori ambiente .............................................. 17
Sensori di temperatura ambiente ............................ 9
Range di tolleranza della temperatura
ambiente …………………………………11, 13, 14, 15
Utenti………......................................................... 5, 6
Sensore di temperatura .......................................... 8
Scambiatore rotativo di calore............................... 14
Soddisfazione sul lavoro ............................................ 6
Regolatore compatto SAUTER ASV115 VAV ...... 18
SAUTER CASE Suite ........................................... 11
SAUTER CASE VAV ............................................ 19
SAUTER EGQ222 .................................................. 9
SAUTER EMS ................................................ 12, 19
Raffinato sensore di pressione differenziale ECP100
SAUTER…............................................................. 18
Biblioteche SAUTER.. ........................................... 11
Accuratezza del sensore ........................................ 9
Localizzazione del sensore ................................ 8, 9
Sistema di regolazione VAV per ambienti
singoli………………………………….. ............. 17, 19
Riassunto .................................................................... 2
Aria di mandata ....................................................... 11, 14
Ventilatori di aria di ripresa e di mandata ............. 10
Ambienti sostenibili ................................................. 4
Tabella di confronto dei requisiti energetici ........... 15
Compensazione della temperatura ......................... 9
Isolamento termico ................................................. 3
Programmazione oraria ........................................ 10
Riscaldamento a pavimento .................................. 15
Pressione di condotta a regolazione variabile ....... 19
Cassette VAV ...................................................... 17
Regolatori VAV ……......................................... 17, 19
Sistemi di regolazione VAV .................................. 17
Ventilazione ............................................................... 10
Sensore VOC........................................................ 4, 8
Portata .................................................................. 19
Ventilazione a Fabbisogno Variabile ed Efficienza Energetica
White Paper, © Fr. Sauter AG, Im Surinam 55, CH-4016 Basilea
19
L’autore
Franklin Linder, El. Ing. FH è Technical Editor presso la sede principale SAUTER di Basilea.
Possiede 20 anni di esperienza nello sviluppo, nella promozione e nell’applicazione di sistemi
di building automation.
L’azienda
In quanto leader nella fornitura di soluzioni tecnologiche di building automation per i green
building, SAUTER offre condizioni piacevoli e senso di benessere in ambienti sostenibili.
SAUTER sviluppa, produce e vende soluzioni complete e offre una gamma globale di servizi
per assicurare che gli edifici funzionino secondo un utilizzo energetico ottimale. I nostri prodotti,
le nostre soluzioni e i nostri servizi assicurano un’elevata efficienza energetica nel corso
dell’intero ciclo di vita di un edificio, dalla pianificazione e costruzione fino al loro
funzionamento, all’interno di uffici ed edifici amministrativi, centri di ricerca ed educativi,
ospedali, edifici industriali e laboratori, aeroporti, strutture per il tempo libero, hotel e data
centre. Grazie ad oltre un secolo di esperienza e alla conservazione del know-how tecnologico,
SAUTER è un comprovato specialista nell’integrazione di sistemi, con un nome che trasmette
un senso di innovazione continua e qualità svizzera. Pluripremiato per il miglior sistema di
automazione e per il miglior servizio energetico, oltre che con l’ottenimento di certificazioni
eu.bac e BTL, SAUTER offre all’utente e agli operatori una panoramica sui flussi energetici e
sui consumi, permettendo loro di mappare il miglioramento dei loro costi.
Ventilazione a Fabbisogno Variabile ed Efficienza Energetica
White Paper, © Fr. Sauter AG, Im Surinam 55, CH-4016 Basilea
20