Contesto generale
La ventilazione naturale negli edifici è un metodo che utilizza le forze naturali del vento e del galleggiamento (differenza di densità tra aria fredda e aria calda) per introdurre aria fresca e distribuirla efficacemente, al fine di garantire un ambiente interno sano, fresco e confortevole.
Permette di assicurare l'apporto di aria respirabile adeguata, la ventilazione dei contaminanti, il condizionamento termico e la dissipazione dell'umidità, favorendo al contempo il benessere. Affinché sia efficace, è essenziale stabilire una relazione stretta tra l'architettura dell'edificio e il sistema di circolazione dell'aria : forma dell'edificio, ambiente del sito, disposizione interna.
La ventilazione naturale sfrutta forze come il vento, la temperatura esterna e la luce del sole per ventilare e rinfrescare gli spazi. Contribuisce a ridurre l'impronta ambientale degli edifici, favorendo un uso efficiente delle risorse e diminuendo i fabbisogni di energia.
Tuttavia, l'avvento della ventilazione meccanica controllata l'ha progressivamente relegata in secondo piano : i sistemi meccanici offrono una gestione precisa dei flussi, ma richiedono un consumo di elettricità importante e non sono sempre adatti a tutti gli edifici e climi.
Di fronte a queste sfide, è importante ripensare il ruolo della ventilazione naturale nei nuovi progetti. Ispirandosi ai saperi tradizionali e ai progressi tecnologici attuali, è possibile sviluppare soluzioni innovative e sostenibili che conciliano comfort, qualità dell'aria e rispetto dell'ambiente.
La ventilazione tramite apertura di finestra
I due sistemi presentati qui (mono-esposta e trasversale) si basano sul principio della convezione naturale : l'aria fresca entra per sostituire l'aria calda, creando un movimento d'aria continuo attraverso l'edificio.
Ventilazione mono-esposta
La ventilazione mono-esposta sfrutta una sola facciata per favorire il movimento dell'aria. Si basa sulla differenza di temperatura e di pressione tra interno ed esterno : finestre o pannelli sulla facciata esposta ai venti dominanti lasciano entrare l'aria fresca dal basso mentre l'aria viziata viene evacuata dall'alto (effetto di galleggiamento).
Si raccomandano quindi aperture verticali per assicurare una differenza di qualità dell'aria tra il basso e l'alto. Gli spazi troppo grandi non sono compatibili : si raccomanda in generale una profondità della stanza ≤ 2 volte l'altezza del soffitto per percepirne gli effetti (secondo AREC Île-de-France).
Il suo svantaggio principale è che dipende fortemente dalle temperature esterne : la sua efficacia è ridotta durante i periodi caldi e calmi, quando le differenze di temperatura e di pressione sono minime. Può allora essere necessario ricorrere a una ventilazione meccanica. Spesso utilizzata negli edifici residenziali e commerciali dove non sono possibili aperture su più facciate, resta in generale poco efficace.
Ventilazione trasversale
La ventilazione trasversale utilizza le differenze di pressione tra due aperture opposte per far entrare l'aria fresca ed evacuare l'aria viziata. È favorita nei climi in cui i venti dominanti sono regolari e forti, poiché permette un rinnovo efficace evacuando al contempo calore, umidità e contaminanti.
Gli edifici concepiti per la ventilazione trasversale sono orientati in modo da catturare i venti dominanti, con aperture posizionate strategicamente su facciate opposte. Questo metodo può essere efficace per mantenere un interno confortevole riducendo la dipendenza dalla ventilazione meccanica — da cui un risparmio energetico — ma la sua efficacia varia a seconda delle condizioni meteorologiche e delle caratteristiche dell'edificio.
Vantaggi e svantaggi
Vantaggi
- Riduzione della dipendenza dai sistemi meccanici.
- Rinnovo efficace dell'aria (ventilazione trasversale).
- Miglioramento della qualità dell'aria e del comfort termico.
Svantaggi
- Controllo limitato della portata ; dipende dall'apertura delle finestre da parte degli occupanti.
- Infiltrazioni di inquinanti esterni e rumore (zona inquinata, strada trafficata).
- Forte dipendenza dalle condizioni meteorologiche : senza vento, niente ventilazione.
Ventilazione tramite atrio e tramite camino
L'atrio
Gli atri sono spazi interni aperti, spesso su più piani, che fungono da pozzi di luce e zone di incontro. La loro ventilazione si basa sul fenomeno del tiraggio termico : l'aria calda si solleva naturalmente verso la sommità dell'atrio a causa della differenza di densità, e viene evacuata dalle aperture situate in alto, creando un richiamo d'aria che aspira l'aria fresca dalle aperture inferiori.
Vantaggi
- Miglioramento della qualità dell'aria (rinnovo, evacuazione dei contaminanti).
- Illuminazione naturale, riducendo la dipendenza dall'illuminazione artificiale.
- Spazio estetico e conviviale, che favorisce gli scambi.
Svantaggi
- Dipendenza dalle condizioni climatiche (venti deboli o poco costanti).
- Controllo della temperatura : fluttuazioni in estate come in inverno.
- Può porre problemi per l'evacuazione dei fumi (propagazione rapida dei fumi).
Ventilazione naturale tramite camino
Metodo antico ma efficace : i camini sono condotti verticali che permettono all'aria calda di fuoriuscire naturalmente, creando un'aspirazione che provoca l'entrata di aria fresca dalle aperture inferiori — è il tiraggio termico. Quando l'aria interna si riscalda, diventa meno densa dell'aria esterna ; l'aria fresca che entra da un'apertura bassa scaccia l'aria calda attraverso il condotto fino a un'apertura più alta.
I camini possono essere integrati nei muri esterni o essere elementi distinti, adattati a diverse forme e dimensioni per massimizzare l'efficacia. La loro realizzazione deve essere compatibile anche con le problematiche antincendio e acustiche.
Svantaggi della ventilazione tramite camino
- Dipende dalle condizioni meteorologiche : poco efficace quando gli scarti di temperatura sono minimi.
- Può comportare perdite di calore indesiderate in alcune stagioni.
Torre di ventilazione naturale e VNAC
La torre di ventilazione naturale
Le torri di ventilazione naturale traggono ispirazione dalle tradizioni architettoniche del Medio Oriente (i badgir in Iran). Sotto forma di torri o di camini montati sul tetto, sfruttano le correnti d'aria in quota, là dove la velocità del vento è più elevata : captando quest'aria fresca e canalizzandola all'interno, creano un movimento d'aria che favorisce una circolazione naturale ed efficace.
Il lato della torre esposto al vento capta l'aria fresca, propagata nell'edificio ; l'aria calda è scacciata e fuoriesce dal lato opposto al vento. Oggi, i dispositivi sono meno imponenti dei badgir : si parla di torretta di ventilazione naturale.
Vantaggi : riduzione della dipendenza energetica dai dispositivi di raffreddamento (risparmio energetico, impronta di carbonio ridotta), rinnovo costante dell'aria e capacità di captare il vento qualunque sia la sua direzione. Per contro, la loro efficacia dipende fortemente dalla velocità e dalla direzione del vento : nelle zone con venti deboli o irregolari, possono non funzionare in modo ottimale, e la loro progettazione deve tenere conto delle variazioni di pressione e delle condizioni locali.
Ventilazione naturale assistita e controllata (VNAC)
La VNAC concilia i vantaggi della ventilazione naturale e meccanica. Si basa su sensori intelligenti che misurano le condizioni esterne (vento, temperatura, pressione, irraggiamento solare) e interne (temperatura, CO₂, presenza). Quando le condizioni sono favorevoli, mette in pausa la ventilazione meccanica per sfruttare la ventilazione naturale ; altrimenti, attiva la ventilazione meccanica per assicurare il rinnovo dell'aria.
Vantaggi
- Risparmio energetico (naturale privilegiato quando le condizioni sono ottimali).
- Qualità dell'aria assicurata dalla combinazione dei due modi.
- Comfort termico regolato a seconda delle condizioni esterne.
Svantaggi
- Costo iniziale più elevato (sistema più complesso).
- Dipendenza dai sensori (guasto = prestazione compromessa).
- Consumo di energia variabile a seconda del bisogno di compensazione.
A Saint-Nazaire (Loira Atlantica), è stato realizzato un esempio concreto di VNAC : una ventilazione a semplice flusso autoregolante, con un'estrazione indipendente per alloggio. L'aria viziata viene estratta dai locali umidi (cucina, bagno, WC) ed evacuata da condotti individuali che sboccano in copertura, tramite grandi camini che fungono da base per torrette di ventilazione orientabili che sfruttano il tiraggio termico e l'energia del vento. Queste torrette fungono anche da camini solari (telai vetrati che aumentano la temperatura in uscita per migliorare il tiraggio), e un sistema di regolazione per alloggio regola le portate a seconda dei bisogni e del clima.
Dimensionamento e studi CFD
Sfide degli studi CFD
EOLIOS fornisce una competenza specializzata nel dimensionamento e nello studio tramite CFD dei condotti e dei camini per la ventilazione naturale. I nostri servizi — progettazione iniziale, analisi delle prestazioni o ottimizzazione di sistemi esistenti — utilizzano strumenti avanzati di modellazione numerica per ottimizzare la prestazione e l'efficacia dei sistemi di ventilazione.
Studio di diversi tipi di camini
Ecco un esempio di studi CFD condotti per determinare quale tipo di camino è il più efficace. Dopo un dimensionamento dei condotti (che tiene conto della portata d'aria da evacuare e dei volumi dell'edificio), sono stati testati diversi tipi di uscita d'aria. Prima di qualsiasi simulazione, viene realizzato uno studio climatico del sito per stimare le origini dei venti più frequenti e la loro intensità — essenziale per ottenere risultati conformi alla realtà.
Le diverse uscite di camini sono modellate in 3D per essere testate tramite la CFD : l'obiettivo è determinare la forma più pertinente confrontando le portate estratte a seconda delle configurazioni. Le superfici di captazione e la dimensione dei condotti sono equivalenti per ogni studio, al fine di confrontare unicamente il rendimento del tiraggio naturale.
In funzione dei bisogni del progetto e delle condizioni climatiche, alcuni camini sono più adatti di altri. Il ruolo di EOLIOS è stimare quale uscita d'aria sarà la più adatta, con un dimensionamento di condotti corrispondente ai bisogni del progetto.
Ventilazione naturale tramite condotti individuali
In questo studio, EOLIOS ha dimensionato dei condotti individuali per ventilare efficacemente ogni piano. Le figure qui sotto presentano le velocità dell'aria nell'edificio e nei condotti, per due tipi di camini (fisso classico e mobile), nonché la ventilazione trasversale tramite le aperture in facciata.
Sintesi
La ventilazione naturale offre soluzioni efficaci e sostenibili per assicurare una circolazione d'aria adeguata. Ogni sistema presenta i propri vantaggi e svantaggi, ma tutti contribuiscono a creare un ambiente interno sano e confortevole. Migliora la qualità dell'aria restando al contempo sobria dal punto di vista energetico, quindi rispettosa dell'ambiente.
Si inserisce in un approccio sostenibile alla costruzione, utilizzando le risorse naturali disponibili e non richiedendo quasi alcuna manutenzione ; riduce la dipendenza dalle tecnologie elettriche e l'impronta di carbonio degli edifici. Il suo principale svantaggio resta la dipendenza dalle condizioni climatiche (in particolare la forza del vento), da cui un'efficacia variabile a seconda del clima e della geografia.
Per questo EOLIOS mette la sua competenza al servizio del dimensionamento e della realizzazione della ventilazione naturale : la simulazione CFD, semplice da realizzare fin dalla progettazione, permette di scegliere il sistema più efficace.
Camini, torri del vento, condotti individuali, VNAC : i nostri ingegneri dimensionano e ottimizzano con la CFD.
