Che cos’è la ventilazione naturale?
Contesto generale
Il ventilazione naturale negli edifici è un metodo che sfrutta le forze naturali del vento e del galleggiamento (la differenza di densità tra aria fredda e calda) per introdurre aria fresca e distribuirla in modo controllato. efficaceper garantire agli occupanti un ambiente interno sano, fresco e confortevole. Fornisce un’adeguata aria respirabile, la ventilazione dei contaminanti, il condizionamento termico e la dissipazione dell’umidità, favorendo il benessere.
Affinché la ventilazione naturale sia efficace, è fondamentale stabilire una stretta relazione tra l’architettura dell’edificio e il sistema di circolazione dell’aria. Questo include la considerazione della forma dell’edificio, dell’ambiente in cui si trova in una determinata posizione e della disposizione degli interni.
La ventilazione naturale offre numerosi vantaggi, sfruttando le forze naturali come il vento, la temperatura esterna e la luce del sole per ventilare e raffreddare gli spazi occupati. Inoltre, contribuisce a ridurre l’impronta ambientale degli edifici, incoraggiando un uso più efficiente delle risorse e riducendo il fabbisogno energetico.
Tuttavia, l’avvento della ventilazione meccanica controllata ha gradualmente relegato la ventilazione naturale al secondo posto. I sistemi meccanici offrono certamente dei vantaggi in termini di gestione precisa dei flussi d’aria e di controllo delle condizioni interne, ma richiedono anche un notevole consumo di energia elettrica e non sono sempre adatti a tutti i tipi di edifici e di clima.
Di fronte a queste sfide, è importante ripensare il ruolo della ventilazione naturale nei nuovi progetti architettonici. Attingendo alle conoscenze tradizionali e all’esperienza degli architetti del passato, nonché agli attuali progressi tecnologici, è possibile sviluppare soluzioni innovative e sostenibili che sfruttano appieno i benefici della ventilazione naturale. Questo approccio permette di conciliare il comfort, la qualità dell’aria e il rispetto per l’ambiente, offrendo spazi abitativi e lavorativi piacevoli e salutari per gli occupanti.
I nostri progetti di Data Centre :
I diversi tipi di ventilazione naturale
Ventilazione della finestra
I due sistemi presentati in questa sezione (ventilazione singola e ventilazione passante) si basano sul principio della convezione naturale, in cui l’aria fresca entra per sostituire l’aria calda, creando un movimento continuo di aria attraverso l’edificio.
Ventilazione a esposizione singola
La ventilazione a esposizione singola è un sistema di ventilazione che sfrutta una sola facciata o esposizione dell’edificio per favorire il movimento dell’aria. Questo sistema si basa sulla differenza di temperatura e pressione tra l’interno e l’esterno dell’edificio per creare un flusso d’aria naturale. In genere, questo metodo prevede l’installazione di finestre, aperture o pannelli sulla facciata esposti ai venti prevalenti, consentendo all’aria fresca di entrare all’interno attraverso la parte inferiore della finestra mentre l’aria viziata viene evacuata attraverso la parte superiore della finestra (effetto galleggiamento).
Per questo motivo, per questo tipo di ventilazione si consigliano aperture verticali per garantire una differenza di qualità dell’aria tra la parte superiore e quella inferiore. Inoltre, gli spazi troppo ampi non sono compatibili con questo tipo di ventilazione: in genere si consiglia una profondità della stanza inferiore o uguale a 2 volte l’altezza del soffitto per sentire gli effetti della ventilazione a esposizione singola (secondo AREC Ile de France).
Lo svantaggio principale di questo tipo di ventilazione è che dipende fortemente dalle temperature esterne. Di conseguenza, la sua efficienza si riduce durante i periodi di tempo caldo e tranquillo, quando le differenze di temperatura e pressione tra l’interno e l’esterno dell’edificio sono minime. In queste condizioni, potrebbe essere necessario ricorrere a sistemi di ventilazione meccanica per garantire un adeguato ricambio dell’aria all’interno dell’edificio: la ventilazione non è più naturale in questa fase.
La ventilazione naturale mono-esposta è spesso utilizzata negli edifici residenziali e commerciali dove non è possibile avere aperture su più facciate a causa di vincoli di design o di spazio. Tuttavia, questo tipo di ventilazione naturale è generalmente molto inefficiente.
Ventilazione passante
La ventilazione passante è un sistema di ventilazione che sfrutta le differenze di pressione naturale tra due aperture opposte di un edificio per consentire all’aria fresca di passare dall’esterno all’interno e all’aria viziata di uscire dall’interno verso l’esterno.
La ventilazione passante è spesso favorita nei climi in cui i venti prevalenti sono regolari e forti, in quanto permette di rinnovare in modo efficiente l’aria interna e di evacuare il calore in eccesso, l’umidità e i contaminanti. Viene utilizzato anche per massimizzare i benefici delle brezze naturali, sfruttando le differenze di temperatura e pressione tra l’interno e l’esterno dell’edificio.
Gli edifici progettati per la ventilazione passante sono generalmente orientati per catturare i venti prevalenti e hanno aperture strategicamente posizionate sulle facciate opposte per consentire il passaggio dell’aria. Questo metodo di ventilazione può essere efficace per mantenere un ambiente interno confortevole, riducendo al contempo il ricorso ai sistemi di ventilazione meccanica, con un notevole risparmio energetico. Tuttavia, la sua efficacia può variare in base alle condizioni atmosferiche e alle caratteristiche specifiche dell’edificio.
Vantaggi e svantaggi
I vantaggi di questi due tipi di ventilazione sono i seguenti:
- Riduzione della dipendenza dai sistemi meccanici
- Efficiente rinnovo dell’aria (per la ventilazione passante)
- Migliorare la qualità dell’aria e il comfort termico
Tuttavia, ci sono anche degli svantaggi:
- Controllo limitato: è difficile controllare il flusso d’aria nell’edificio, il che può portare a fluttuazioni dell’aria. Inoltre, la ventilazione può dipendere dalle informazioni degli occupanti dell’edificio se comporta l’apertura delle finestre. Se queste finestre non vengono mai aperte, non c’è ventilazione naturale.
- Infiltrazione di agenti inquinanti esterni: se l’edificio si trova in una zona inquinata, ad esempio accanto a una strada trafficata, c’è il rischio che il sistema di ventilazione contamini gli occupanti dell’edificio. Inoltre, se prendiamo l’esempio di un edificio situato ai margini di una strada trafficata, il problema del rumore delle auto non è compatibile con la ventilazione naturale ottenuta aprendo le finestre.
- Infine, questi due tipi di ventilazione sono estremamente dipendenti dalle condizioni atmosferiche. Se non c’è vento, non ci sarà ventilazione.
Atrio
La ventilazione degli atri è un aspetto specifico della ventilazione naturale negli edifici. Gli atrii sono spazi interni aperti, spesso su più piani, che fungono da pozzi di luce e aree di incontro. La ventilazione dell’atrio si basa sui principi della ventilazione naturale per garantire un’adeguata circolazione dell’aria.
La ventilazione dell’atrio si basa sul fenomeno del tiraggio termico. L’aria calda sale naturalmente verso la parte superiore dell’atrio grazie alla differenza di densità con l’aria più fredda sottostante. L’aria calda viene evacuata attraverso le aperture o le finestre situate in alto, creando una corrente d’aria che richiama aria fresca dall’esterno attraverso le aperture sottostanti. Questa circolazione d’aria crea una ventilazione naturale nell’atrio, rinnovando l’aria e migliorando la qualità dell’aria interna.
I vantaggi della ventilazione ad atrio risiedono in diversi aspetti:
- Migliore qualità dell’aria: la ventilazione naturale negli atrii rinnova l’aria interna rimuovendo i contaminanti e introducendo aria fresca dall’esterno. Questo aiuta a mantenere un ambiente interno sano e confortevole.
- Illuminazione naturale: gli atri sono progettati per far entrare la luce naturale, riducendo la dipendenza dall’illuminazione artificiale e creando un’atmosfera piacevole per gli occupanti.
- Estetica e convivialità: gli atri offrono uno spazio aperto e accogliente, creando un senso di connessione con il mondo esterno e incoraggiando gli scambi tra gli occupanti.
Tuttavia, la ventilazione ad atrio può presentare una serie di inconvenienti:
- Dipendenza dalle condizioni atmosferiche: come per tutti i sistemi di ventilazione naturale, l’efficacia della ventilazione ad atrio dipende dalle condizioni atmosferiche, in particolare dalla forza del vento. Gli atrium possono essere meno efficaci in climi con venti deboli o incostanti.
- Controllo della temperatura: gli atri possono causare fluttuazioni della temperatura all’interno dell’edificio, a causa dell’immissione di aria calda in estate o della perdita di calore in inverno. Per mantenere un comfort termico ottimale è necessaria una progettazione accurata, con sistemi di controllo adeguati.
- Queste strutture possono rappresentare un problema per l’estrazione del fumo perché, in caso di incendio, il fumo può diffondersi rapidamente.
La ventilazione degli atrii offre quindi notevoli vantaggi in termini di qualità dell’aria, illuminazione naturale e facilità d’uso. Nonostante alcune limitazioni, rimane una soluzione efficace per garantire la ventilazione naturale degli edifici e creare spazi interni piacevoli e salutari. Una progettazione e una regolazione appropriate sono essenziali per ottimizzare le prestazioni e adattarsi alle condizioni climatiche specifiche.
Ventilazione naturale tramite camino
La ventilazione naturale attraverso i camini è un metodo antico ma potenzialmente efficace per favorire la circolazione dell’aria all’interno degli edifici. I camini sono condotti verticali che permettono all’aria calda di uscire naturalmente dall’edificio, creando un effetto di aspirazione che consente all’aria fresca di entrare attraverso le aperture inferiori. Questo fenomeno è noto come tiraggio termico. La ventilazione naturale attraverso i camini funziona secondo il principio delle differenze di temperatura e densità dell’aria. Quando l’aria all’interno dell’edificio si riscalda, diventa meno densa dell’aria più fredda all’esterno. Quando l‘aria fresca entra nell’edificio attraverso un’apertura bassa, spinge l’aria calda su per la canna fumaria fino all’uscita, un’apertura più alta.
L’aria calda e viziata viene espulsa naturalmente attraverso i camini, mentre l’aria fresca viene aspirata dalle aperture inferiori. Questo processo di ventilazione naturale rinnova l’aria e rimuove i contaminanti, contribuendo a mantenere un ambiente interno sano e confortevole per gli occupanti.
I camini possono essere progettati in modi diversi a seconda delle esigenze specifiche dell’edificio e delle condizioni ambientali. Possono essere integrati nelle pareti esterne o essere elementi separati dell’edificio. Inoltre, possono essere adattati a forme e dimensioni diverse per massimizzare l’efficienza della ventilazione.
La ventilazione naturale attraverso i camini è un metodo antico ma potenzialmente efficace per favorire la circolazione dell’aria all’interno degli edifici. I camini sono condotti verticali che permettono all’aria calda di uscire naturalmente dall’edificio, creando un effetto di aspirazione che consente all’aria fresca di entrare attraverso le aperture inferiori. Questo fenomeno è noto come tiraggio termico. La ventilazione naturale attraverso i camini funziona secondo il principio delle differenze di temperatura e densità dell’aria. Quando l’aria all’interno dell’edificio si riscalda, diventa meno densa dell’aria più fredda all’esterno. Quando l‘aria fresca entra nell’edificio attraverso un’apertura bassa, spinge l’aria calda su per la canna fumaria fino all’uscita, un’apertura più alta.
Spesso, oltre alla ventilazione naturale, l’installazione dei condotti deve essere compatibile anche con le problematiche antincendio eacustiche.
Dobbiamo anche menzionare gli svantaggi della ventilazione del camino:
- Dipende dalle condizioni atmosferiche: potrebbe non essere molto efficace quando le differenze di temperatura sono minime.
- La ventilazione del camino può comportare una perdita di calore, che a volte è indesiderata in alcuni periodi dell’anno.
Torre di ventilazione naturale
Le torri di ventilazione naturale sono un ingegnoso metodo di ventilazione che trae ispirazione dalle tradizioni architettoniche del Medio Oriente (ad esempio il badguir in Iran). Queste strutture, spesso sotto forma di torri o camini montati sul tetto, sfruttano abilmente le correnti d’aria in quota, dove la velocità del vento è maggiore. Catturando quest’aria fresca e incanalandola all’interno degli edifici, le torri di ventilazione naturale creano un movimento d’aria che favorisce una circolazione naturale ed efficiente.
Le torri di ventilazione naturale funzionano secondo il principio della differenza di pressione creata dal vento. Agendo come collettori di aria fresca, queste strutture inducono un flusso d’aria attraverso l’edificio, consentendo una ventilazione naturale senza la necessità di sistemi di condizionamento meccanico. Il lato sopravvento della torre cattura l’aria fresca del vento e la diffonde in tutto l’edificio. L’aria calda viene spinta fuori dall’aria fredda e fuoriesce dal lato opposto al vento. I sistemi odierni sono meno imponenti dei badguir iraniani e sono noti come torrette di ventilazione naturale.
Questo approccio presenta una serie di vantaggi, tra cui la riduzione dell’utilizzo di dispositivi di raffreddamento artificiali, con conseguente risparmio energetico euna minore impronta di carbonio. Inoltre, le torri di ventilazione naturale promuovono un ambiente interno più salubre garantendo un costante ricambio d’aria, che può contribuire a migliorare il comfort degli occupanti e a ridurre i rischi associati alla qualità dell’aria interna. Queste torri del vento non dipendono nemmeno dalla direzione del vento, possono catturare il vento in qualsiasi direzione ed evacuarlo sempre attraverso l’apertura opposta.
Tuttavia, nonostante i numerosi vantaggi, le torri di ventilazione naturale presentano anche alcuni potenziali svantaggi. La loro efficacia dipende molto dalle condizioni atmosferiche, in particolare dalla velocità e dalla direzione del vento. Di conseguenza, nelle aree con venti deboli o irregolari, questi sistemi potrebbero non funzionare in modo ottimale. Inoltre, è fondamentale tenere conto delle variazioni di pressione e delle condizioni locali durante la progettazione e l’installazione delle torri di ventilazione naturale per garantirne l’efficienza e l’affidabilità a lungo termine.
Ventilazione naturale assistita e controllata (ACVN)
Tra le varie opzioni disponibili che abbiamo appena citato, la ventilazione naturale assistita e controllata (ACNV) sta emergendo come una soluzione interessante, che combina i vantaggi della ventilazione naturale e meccanica.
La VNAC mira a ottimizzare la ventilazione combinando la ventilazione naturale e la ventilazione meccanica controllata. Si basa sull’utilizzo di sensori intelligenti che misurano le condizioni climatiche esterne (velocità del vento, temperatura, pressione atmosferica, irraggiamento solare) e quelle interne (temperatura, livelli di CO2, presenza di persone). Questi sensori possono essere utilizzati per adattare la ventilazione in base a queste diverse variabili.
Quando le condizioni sono favorevoli, come vento sufficiente o finestre aperte, il VNAC mette in pausa la ventilazione meccanica per sfruttare la ventilazione naturale disponibile. D’altra parte, quando l’aria interna diventa viziata o le condizioni non sono più favorevoli a una ventilazione naturale efficace, il VNAC attiva la ventilazione meccanica per rinnovare l’aria.
I vantaggi del VNAC sono :
- Risparmio energetico: VNAC risparmia energia utilizzando la ventilazione naturale quando le condizioni sono ottimali. In questo modo si riduce il consumo di elettricità associato alla ventilazione meccanica.
- Qualità dell’aria interna: grazie alla combinazione dei due tipi di ventilazione, VNAC garantisce unregolare ricambio dell’aria interna, eliminando gli inquinanti e gli odori indesiderati.
- Comfort termico: i sensori intelligenti del VNAC regolano la temperatura interna in base alle condizioni esterne. In questo modo, favorisce un comfort termico ottimale.
Ci sono anche degli svantaggi:
- Costo iniziale più elevato: l’installazione di un sistema VNAC può essere più complessa e richiedere i servizi di un professionista, il che comporta costi aggiuntivi rispetto alla ventilazione naturale convenzionale.
- Dipendenza dai sensori: poiché il VNAC si basa su sensori intelligenti, qualsiasi guasto o malfunzionamento di questi può influire sulle prestazioni della ventilazione.
- Consumo energetico variabile: sebbene la VNAC possa risparmiare energia regolando la ventilazione in base alle condizioni, il suo funzionamento può portare a un aumento del consumo energetico quando è necessario compensare una ventilazione insufficiente.
A Saint-Nazaire, nella Loira Atlantica, è stato creato un esempio concreto di VNAC. Questo sistema di ventilazione si basa sul concetto di ventilazione autoregolante a flusso singolo, ma con estrazione indipendente per ogni abitazione. L’aria viziata viene estratta grazie a torrette montate sul tetto, che sfruttano il tiraggio termico e l’energia del vento per ottimizzare il flusso d’aria.
Le prese d’aria fresca sono posizionate nelle stanze principali e sono progettate per mantenere una portata costante anche con piccole differenze di pressione. L’aria viziata viene estratta dai locali umidi come cucine, bagni e WC ed espulsa all’esterno tramite condotti individuali che portano al tetto. Una caratteristica notevole di questo sistema è la presenza di grandi camini sul tetto. Questi camini riuniscono le uscite dei singoli condotti di estrazione e servono anche come base per le torrette di ventilazioneprogettate appositamenteper sfruttare le condizioni ventose di Saint Nazaire. Le torrette girevoli sono dotate diaperture per una presa d’aria supplementare. Questo crea un eccesso di pressione e migliora il flusso d’aria.
Oltre ad aiutare ad estrarre l’aria viziata, queste torrette funzionano anche come camini solari. Sono dotati di cornici vetrate cheaumentano temporaneamente la temperatura all’uscita dei condotti di aspirazione, migliorando così il tiraggio. Per ogni abitazione è stato installato un sistema di regolazione completo per regolare i tassi di ventilazione in base alle esigenze e alle condizioni climatiche. Questo permette di ridurre i flussi d’aria dove necessario, garantendo una ventilazione ottimale e ottimizzando il consumo energetico. Questo esempio concreto di VNAC a Saint Nazaire dimostra l’efficacia di questo sistema di ventilazione, che utilizza torrette di ventilazione e una regolazione intelligente per ottimizzare il flusso d’aria. Inoltre illustra come la VNAC possa essere adattata alle condizioni locali, sfruttando le condizioni di vento per migliorare la ventilazione naturale. Con questa soluzione, Saint Nazaire si impegna ad adottare un approccio sostenibile alla ventilazione, garantendo ai suoi residenti un ambiente interno sano ed efficiente dal punto di vista energetico.
Dimensionamento e studi CFD
Le sfide degli studi CFD
In questa sezione ti spieghiamo come Eolios sia impegnata a fornire competenze specialistiche nella progettazione e nello studio CFD (Computational Fluid Dynamics) di condotti e camini per la ventilazione naturale. I nostri servizi sono progettati per rispondere con precisione alle esigenze dei nostri clienti, utilizzando strumenti avanzati di modellazione numerica per ottimizzare le prestazioni e l’efficienza dei sistemi di ventilazione. Che si tratti di progettazione iniziale, analisi delle prestazioni o ottimizzazione di sistemi esistenti, il nostro team di esperti è pronto a supportarti in ogni fase del processo, garantendoti risultati affidabili e personalizzati per ogni progetto.
Studio di diversi tipi di camino
Ecco un esempio degli studi CFD che sono stati effettuati per determinare quale tipo di camino è più efficace per la ventilazione naturale. Dopo aver dimensionato i condotti del camino, tenendo conto del flusso d’aria da evacuare e dei volumi dell’edificio, sono stati testati diversi tipi di uscita dell’aria. Inoltre, prima di effettuare qualsiasi simulazione, viene effettuato uno studio climatico del sito del progetto per stimare le fonti di vento più frequenti e la loro intensità. È importante effettuare questo studio prima di qualsiasi simulazione per ottenere risultati il più possibile vicini alla realtà.
Come mostrato nella figura precedente, le varie uscite del camino sono modellate in 3D per i test CFD. L’obiettivo è quello di determinare la forma più appropriata per un determinato progetto, confrontando i flussi estratti dalle pile in diverse configurazioni. Le superfici dei collettori e le dimensioni dei condotti sono equivalenti per ogni studio, in modo da confrontare solo l’efficienza del tiraggio naturale.
A seconda delle esigenze del progetto e delle condizioni climatiche, alcuni camini sono più adatti di altri. Uno dei ruoli diEolios è quindi quello di stimare quale sia l’uscita d’aria più adatta a un progetto di ventilazione naturale in un edificio e di dimensionare i condotti per soddisfare le esigenze del progetto.
Studio CFD della ventilazione naturale con l'utilizzo di condotti individuali
In questo studio di ventilazione naturale, Eolios ha progettato condotti individuali per ventilare ogni piano in modo efficiente. La figura seguente mostra le velocità dell’aria nell’edificio oggetto di studio, e in particolare nei condotti, per due tipi di camino: uno fisso e l’altro mobile.
In questo studio, l’aria esterna entra nell’edificio attraverso le aperture della facciata, come mostrato nella figura seguente, che illustra le correnti d’aria di ventilazione passanti nell’edificio.
Infine, l’ultima figura mostra le linee di flusso delle particelle d’aria che contribuiscono alla ventilazione naturale dell’edificio attraverso i camini.
Sintesi
La ventilazione naturale offre soluzioni efficaci e sostenibili per garantire un’adeguata circolazione dell’aria all’interno degli edifici. Ognuno di questi sistemi ha i propri vantaggi e svantaggi, ma tutti contribuiscono a creare un ambiente interno sano e confortevole per gli occupanti. Migliora la qualità dell’aria interna rimanendo efficiente dal punto di vista energetico e rispettando l’ambiente. La ventilazione naturale fa parte di un approccio sostenibile all’edilizia, utilizza le risorse naturali disponibili per garantire il benessere degli occupanti e non richiede praticamente alcuna manutenzione. Riduce la dipendenza dalle tecnologie elettriche e contribuisce a ridurre l’impronta di carbonio degli edifici. Tuttavia, è importante notare che la ventilazione naturale presenta anche dei potenziali svantaggi, in particolare la sua dipendenza dalle condizioni climatiche. La ventilazione naturale è fortemente influenzata dalle condizioni atmosferiche, come la forza del vento. Di conseguenza, la sua efficacia può variare in base al clima e alla geografia del luogo.
Ecco perché Eolios può mettere a disposizione la sua esperienza nel settore aiutando nel dimensionamento e, più in generale, nell’installazione della ventilazione naturale. Infatti, la simulazione CFD è una soluzione semplice da implementare nelle fasi di progettazione e permette di scegliere il sistema più efficiente.
