Studio teorico di sistemi radianti per il benessere termico ambientale mediante analisi CFD

2 Studio teorico di sistemi radianti per il benessere termico ambientale: combinazione con diversi sistemi di 
ventilazione – Rinaldi Simone Leonardo 
Obiettivi e caratteristiche della ventilazione 
 
 
1 OBIETTIVI E CARATTERISTICHE DELLA VENTILAZIONE 
 
 La funzione essenziale della ventilazione è quella di immettere aria fresca 
all’interno di ambienti confinati, cioè aria presa dall’esterno e opportunamente filtrata, allo 
scopo di rinnovare l’aria contaminata e mantenervi buone condizioni in fatto di qualità e 
temperatura. 
Il concetto di ventilazione è quindi indivisibilmente legato a quello di qualità 
dell’aria interna (Indoor Air Quality, IAQ). 
Gli obiettivi propri della ventilazione si possono ottenere adottando differenti 
strategie di diffusione dell’aria in ambiente, come sarà illustrato di seguito. 
 
1.1 Qualità dell’aria (IAQ) 
Come accennato in precedenza, ventilazione e qualità dell’aria interna sono tra loro 
connesse. 
La Qualità dell’aria interna (IAQ) si occupa del contenuto di contaminanti nell’aria 
interna che potrebbe interessare la salute e la comodità degli occupanti del locale in esame. 
Gli aspetti dell’inquinamento interno sono diversi, ad esempio sanitari o riguardanti 
il comfort delle persone, e pertanto l’attenzione dei tecnici che affrontano il problema 
risulta focalizzata su aspetti diversi. 
In particolare, l’approccio medico mira prevalentemente all’individuazione degli 
effetti sull’uomo in relazione alla concentrazione ed al tempo di esposizione. 
L’approccio ingegneristico, invece, mira anche al raggiungimento del comfort, 
prendendo in considerazione il giudizio formulato dagli occupanti in merito alla loro 
percezione della qualità dell’aria respirata. 
L’esistenza di diversi punti di vista è ben recepita dalle più importanti normative 
che, nel definire le procedure operative per la valutazione dei requisiti atti a garantire le 
condizioni di accettabilità per gli occupanti, affrontano il duplice aspetto del problema. 
In particolare, come già accennato in precedenza, lo standard ASHRAE-62 1989 
fornisce un’appropriata definizione di “qualità accettabile dell’aria interna”, che contiene 
sia il risvolto sanitario che quello di comfort: “aria in cui non siano presenti contaminanti 
conosciuti in concentrazioni pericolose, secondo quanto stabilito dalle autorità
1 Obiettivi e caratteristiche della ventilazione   3 
 
 
competenti, e rispetto alla quale la grande maggioranza (80% o più) delle persone esposte 
non esprime insoddisfazione”. 
Da alcuni studi compiuti sul campo, però, si può provare come la percezione della 
IAQ oltre a variare molto da individuo a individuo, a causa dei ridotti tempi di adattamento 
diminuisce cosicché le persone tendono ad abituarsi velocemente alle condizioni 
ambientali con conseguente perdita delle proprie capacità di giudizio nei confronti della 
IAQ. 
Nella pratica progettuale si tratta di ricambiare l’aria interna, contaminata e di 
scarsa qualità, con aria esterna che è considerata di qualità più elevata. Inoltre l’aria esterna 
immessa tipicamente si miscela con l’aria interna, di conseguenza, la qualità dell’aria 
interna si controlla attraverso la diluizione generalizzata degli inquinanti presenti in 
ambiente. 
 
1.2 Contaminazione aria interna 
Durante il processo di rinnovo dell’aria interna, utilizzando aria esterna contenente 
sostanze inquinanti (ossidi di azoto, zolfo, carbonio, composti organici volatili, particolato 
ecc.), si contribuisce alla contaminazione dell’aria interna. 
All’interno di ambienti confinati, a carattere non industriale, vengono individuati 
numerosi elementi inquinanti. In prima approssimazione essi si possono suddividere in tre 
grandi categorie: 
- Gas e vapori di natura organica e inorganica; 
- Polveri o fibre; 
- Agenti microbici. 
Le sostanze chimiche organiche volatili sono tra gli inquinanti più diffusi e ne 
esistono di moltissimi tipi, emessi da vernici, da tappezzerie, da spray (per le pulizie 
domestiche). In questo gruppo rientrano la formaldeide e il radon che possono avere 
un’azione prevalentemente irritante e cancerogena. 
Le polveri, cioè i particolati sospesi respirabili, provengono dall’esterno, dall’uomo 
stesso che ne rilascia in gran quantità sotto forma di scaglie di pelle, dagli escrementi degli 
acari e, soprattutto, dai prodotti della combustione come nel caso del fumo di tabacco e 
possono provocare intossicazioni e/o irritamenti. Le fibre più comuni presenti negli 
ambienti interni sono quelle del vetro, della lana e dell’amianto.
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L’ultimo gruppo di sostanze inquinanti, gli agenti microbici, riveste una particolare 
importanza poiché riguarda soprattutto gli impianti di condizionamento e riscaldamento 
dell’aria che, in caso di incuria, sporcizia o insufficiente manutenzione, divengono dei veri 
e propri terreni di colture per colonie di batteri e funghi che possono dar luogo a malattie 
infettive o a reazioni allergiche. 
Nella tab. 1 è riportata una sintetica schematizzazione delle più comuni sostanze 
inquinanti presenti in ambienti interni, associate ai diversi tipi di sorgenti (Masoero, 1991). 
 
 
 
 
 
 
Tra queste sorgenti di contaminanti, un cenno particolare deve essere riservato agli 
impianti e agli occupanti. 
Gli impianti di condizionamento dell’aria e di ventilazione nascono con l’obiettivo 
di garantire aria di qualità negli ambienti, ma in casi di scarsa manutenzione essi stessi 
divengono il principale veicolo di contaminazione degli spazi occupati. Il mantenimento di 
un’elevata qualità dell’aria in ambiente non può quindi prescindere dalla messa in atto di 
un serio e puntuale piano manutentivo degli impianti. 
Tab. 1: Schema delle sostanze più comunemente presenti negli ambienti interni.
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Riguardo alle persone, esse rappresentano spesso la principale sorgente di contami-
nante all’interno di ambienti confinati non industriali. Le persone, infatti, in base all’attivi-
tà svolta, emettono bioeffluenti che caricano di sostanze contaminanti l’aria interna. 
Nella maggior parte dei casi pratici, dove la sorgente primaria di contaminazione 
dell’aria interna è rappresentata dalle persone, può essere convenientemente assunto come 
contaminante guida l’anidride carbonica, CO
2
, e la sua concentrazione in ambiente può 
essere adottata come parametro progettuale. 
È opportuno precisare che, di per sé, l’anidride carbonica non raggiunge mai in 
ambiente livelli di concentrazione critici, cioè tali da provocare disturbi per le persone. 
Tuttavia, come detto, viene impiegato come contaminante guida, cioè la sua 
concentrazione è rappresentativa del livello di bioeffluenti presenti in ambiente. La 
quantità di anidride carbonica emessa da un individuo è funzione dell’attività metabolica 
dello stesso: una persona in tipica attività sedentaria (1,2 met) emette una portata di CO
2
 
pari a 6 10
-3
 [l/s]. 
Come per la maggior parte degli inquinanti gassosi, l’unità di misura più 
comunemente adottata per esprimere la sua concentrazione di contaminante è il ppm (parti 
per milione, cioè parti volumiche di gas per milioni di parti volumiche di aria). 
 
1.3 Infiltrazione 
Per infiltrazione s’intende l’introduzione involontaria o accidentale di aria esterna 
all’interno di un ambiente confinato: per esempio attraverso un serramento, in base sia alle 
proprietà di permeabilità all’aria e sia alle condizioni climatiche esterne e microclimatiche 
interne, si può generare immissione di aria nell’ambiente, che però non è legata alla speci-
fica volontà degli occupanti. 
 
1.4 Bilancio di contaminante in ambienti interni 
Di seguito si affronterà la risoluzione del bilancio di contaminante in un ambiente 
confinato utilizzando come inquinante guida da controllare l’anidride carbonica CO
2
. 
Le ipotesi alla base del modello studiato sono le seguenti:  
1- condizioni stazionarie; 
2- l’aria nell’ambiente in esame è perfettamente miscelata, cioè le sue proprietà 
(psicrometriche, concentrazione di contaminanti ecc.) sono uniformi in tutto 
l’ambiente. In particolare, queste condizioni sono uniformi sia al di sotto sia al di
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sopra dell’altezza della zona occupata, ponendo l’altezza della zona occupata pari a 
circa 2 m dal pavimento (al di sotto della quale operano tipicamente le persone). 
Risolvendo il bilancio di contaminante nell’ambiente, anche rappresentato nella fig. 
1, si ottiene la 1.1: 
  
 
   
  
  
 
 
  
 
 
   
 
   
  
  
 
 
 
 
Dove: 
- c
oc
 = concentrazione nella zona occupata di un determinato contaminante [ppm]; 
- c
R
 = concentrazione del contaminante all’estrazione [ppm]; 
- c
o
 = concentrazione di fondo del contaminante, cioè la sua concentrazione nell’aria 
di ventilazione [ppm]; 
-  
 
 
  = portata di contaminante in esame emessa in ambiente [m
3
/h]; 
-  
 
 
 = portata d’aria di ventilazione [m
3
/h]. 
In un ambiente perfettamente miscelato, la concentrazione nella zona occupata è 
pari anche a quella all’estrazione, come d’altronde quella in ogni altro punto, quindi si ha: 
 
c
R
 = c
oc 
 
Fig. 1: Schema per la risoluzione del bilancio di contaminante in ambiente confinato. 
(1.2) 
 
 
 
 
 
 
 
 
c
0
 
 
 
 
 
c
R
 
(1.1)