L'importanza del free-cooling negli edifici per la climatizzazione sostenibile

di Michele Vio

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Come ha ricordato ieri Andil in una nota (leggi qui), in Italia il tema dell’isolamento dal freddo, meno pungente che in Nord Europa, deve essere affrontato con una particolare attenzione anche alla questione estiva. Complessivamente però i nuovi decreti sull’efficienza energetica in edilizia (leggi qui) si sono preoccupati della situazione invernale, rendendo pressoché valida l’applicazione di qualsiasi soluzione per quella estiva. Di conseguenza, molto spesso, ci si trova ad isolare molto la struttura dell’edificio e ad utilizzare recuperi di calore sull’aria molto spinti.

Nel mite clima mediterraneo, l’impostazione è sbagliata in assoluto, ma lo è ancora di più in tutti gli edifici dove vi siano carichi endogeni elevati e un forte contributo dell’irraggiamento solare. Se quest’ultimo può e deve essere limitato, ma mai completamente annullato, se non azzerando le superfici vetrate, i carichi endogeni sono per lo più dovuti alla presenza delle persone, e di quanto loro connesso, dai computer, ai tablet, alle luci, ai telefonini, alle stampanti e a quanto altro è necessario per la vita quotidiana. L’articolo spiega quali siano le conseguenze dovute agli eccessi di isolamento termico e come possono essere risolte mediante l’utilizzo del raffreddamento gratuito (free-cooling, nella denominazione anglosassone).

CONSEGUENZE DELL'ISOLAMENTO. Se si considerano solamente l’involucro edilizio e il rinnovo dell’aria, la soluzione di aumentare l’isolamento termico e di installare recuperatori di calore sull’aria espulsa con il rendimento più elevato possibile appare come la più intelligente possibile, oltre che estremamente semplice e banale. Purtroppo, però, la realtà è più complessa e questa soluzione rischia di portare a veri e propri disastri energetici proprio perché trascura alcuni fattori, fondamentali ai fini di un corretto bilancio energetico. 

Infatti bisogna considerare anche:

1. I carichi endogeni, dovuti alla presenza delle persone e di tutti gli apparati collegati;
2. I carichi per irraggiamento solare;
3. I consumi energetici legati ai recuperatori di calore
   

I carichi endogeni e quelli per irraggiamento solare vengono normalmente denominati “apporti gratuiti”, perché, se ci si riferisce al solo riscaldamento, contribuiscono a diminuire il fabbisogno energetico. Il termine gratuito è corretto finché le dispersioni termiche sono maggiori dei valori di tali carichi: quando avviene il contrario e necessario smaltire il calore in eccesso, perché altrimenti la temperatura all’interno dell’ambiente sale in modo incontrollato, creando situazioni di discomfort termico. In queste condizioni l’isolamento termico è uno svantaggio perché riduce le dispersioni di calore che raffredderebbero naturalmente l’ambiente: è allora necessario attivare i gruppi frigoriferi, con il relativo consumo energetico. Se si prendono ad esempio gli uffici, ASHRAE considera un carico endogeno basso 5,4 W/m2 (una postazione di lavoro ogni 16 m2 di superficie), medio 10,8 W/m2 (una postazione di lavoro ogni 12 m2 di superficie). I carichi per irraggiamento solare dipendono anche dal rapporto tra superfici vetrate e superficie in pianta e dall’efficienza degli schermi (indicata da Shading Factor – SF – che dà la percentuale irraggiamento solare trasmessa all’interno dell’ambiente: l’efficienza dello schermo è tanto maggiore quanto più è basso SF). La tabella 1 riporta il carico endogeno per metro quadro di superficie in pianta.

Si può notare come i valori dei carichi endogeni superino facilmente la soglia dei 10 W/m2 di superficie in pianta anche con valori dell’irraggiamento solare bassi e superfici vetrate limitate. Pertanto, la somma dei carichi endogeni e dell’irraggiamento solare negli uffici supera facilmente la soglia di 15 W/m2 in tutti i periodi dell’anno. Può essere interessante effettuare un esempio su un ufficio lungo 6m, largo 4m e alto 3m,con una superficie vetrata di 8 m2 e una superficie disperdente verso l’esterno pari a 10 m2. Il rapporto tra superficie vetrata e superficie in pianta è pari a 0,3. Gli “apporti gratuiti” sono considerati mediamente pari a 20 W/m2.

Osservando la figura 1, la prima considerazione da fare riguarda il recupero di calore sull’aria espulsa: in edifici dove gli “apporti gratuiti” medi sono rilevanti, non ha alcun senso inserire recuperatori con rendimento troppo elevato. Infatti, la curva dei fabbisogni con isolamento elevato e recupero di calore pari al 90% sta tutta nella zona grigia, che denota la necessità di smaltire calore. Pertanto, il recuperatore dovrebbe sempre o modulare la potenza recuperata, limitando il proprio rendimento, o addirittura essere bypassato perché altrimenti vi sarebbe la necessità di attivare il gruppo frigorifero anche in pieno inverno. È consigliabile utilizzare recuperatori con un rendimento non superiore al 60%.

La seconda considerazione riguarda l’isolamento termico: se i carichi endogeni e i carichi per irraggiamento solare sono mediamente superiori a 10 W/m2 di superficie in pianta, è probabilmente inutile isolare eccessivamente l’edificio, mentre diviene fondamentale operare sulle schermature solari, con buona pace della sostenibilità di tutti i grattacieli in vetro che stanno sorgendo un po’ ovunque, affascinanti alla vista quanto energivori.

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