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Sanificazione aria, quanto rendono i recuperatori a flussi incrociati?

L'efficienza dipende dalla configurazione geometrica e dal materiale degli scambiatori. Consigli utili per limitare al massimo contaminazioni di tipo batterico o virale, come il Covid-19

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Qualità dell’aria indoor, umidità e temperatura: temi da sempre fondamentali per il comfort degli ambienti, ma che con l’attuale emergenza sanitaria da Coronavirus e le potenziali contaminazioni batteriche, hanno riscontrato molto più interesse. Anche per questo è utile valutare la resa e l’efficacia di sistemi come i recuperatori a flussi incrociati.

Il loro rendimento è dato, in primo luogo, dalla configurazione geometrica e dal materiale degli scambiatori. Ma vediamo in dettaglio l’argomento nella sua completezza.

Sanificazione aria, quanto rendono i recuperatori a flussi incrociati?

L’efficienza è potenzialmente massima se viene massimizzata la superficie di scambio termico. I recuperatori a flussi incrociati hanno degli scambiatori costituiti da elementi separatori, che fanno da barriera tra un flusso e l’altro, ed elementi che trasportano il calore creando dei micro-canali che si incrociano. Ciò evita appunto contaminazioni di tipo batterico o virale (ad esempio SARS o COVID 19).

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Scambiatore: lamiera o carta giapponese?

Se lo scambio è solo sensibile, è possibile utilizzare delle lamiere come materiale per esso. Poiché in certe condizioni l’aria usata nello scambio, raffreddandosi, potrebbe condensare, a lungo andare questo tipo di scambiatore potrebbe avere delle rotture, dovute alla formazione di ruggine causata dalla condensa.

In alternativa alla lamiera si usa generalmente o la carta giapponese, che è un tipo di carta ignifuga che permette anche lo scambio termico latente, oppure è possibile ricorrere a fogli di polipropilene (sebbene questo materiale non è dei migliori per lo cambio termico).

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Come eseguire il calcolo?

Dal punto di vista del calcolo la questione sta in questi termini:

G è la portata in kg/s, h è l’entalpia kJ/kg.
I pedici hanno questa valenza: e= esterno, i=ingresso, a=ambiente, u=uscita.
Per le portate: Grin=portata di rinnovo; Gex =portata di estrazione.

La potenza termica scambiata è:

P= Gex·(hu-ha) = Grin·(he-hi)

L’efficienza dello scambio termico viene definita come il rapporto tra la potenza effettivamente scambiata e quella massima teoricamente scambiabile. Tra i due flussi è quello a portata minore a raggiungere lo stesso valore di entalpia dell’altro. Perciò:

P max = min(Gex,Grin) · (he-ha)

La portata di espulsione è in genere quella più bassa. Perciò l’efficienza dello scambio assume questa forma:

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L’involucro degli scambiatori

L’involucro che contiene gli scambiatori e delimita aria trattata dal recuperatore dall’esterno influisce sul rendimento. Alcuni involucri sono costituiti da pannelli sandwich in lamiera e poliuretano, altri sono costituiti da lamiere interne ed esterne con interposto un materassino di lana minerale (lana di roccia o lana di vetro). Più l’involucro è performante, più si ha garanzia di evitare dispersione di calore.

Va fatta però una riflessione sui prodotti isolanti riguardo all’umidità generata dalla condensa. Gli isolanti come il poliuretano, il polistirene estruso o sinterizzato vengono detti a cellula chiusa; essi non temono l’umidità e il loro potere isolante è dato dalle micro-bolle o canali di aria che vi vengono inseriti durante i processi di produzione. Le lane minerali, al contrario, hanno una struttura costituita da micro-filamenti, se visti al microscopio sono ingarbugliati come dei gomitoli di lana, in cui le particelle di aria rimangono intrappolate. Questi ultimi materiali, se vengono a contatto con l’acqua, si compattano e perdono il loro potere isolante. Le vaschette di raccolta della condensa possono essere in materiale metallico, con il tempo  possono venir corrose dalla ruggine, essa crea buchi nella lamiera e può generare contatto tra acqua ed isolante; se quest’ultimo è a base di fibre minerali può danneggiarsi più facilmente.

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Rendimento dei recuperatori, consigli utili

Altri componenti che influiscono sul rendimento dei recuperatori sono i ventilatori di immissione e di espulsione. Il loro disegno meccanico (girante e delle pale) si traduce in prestazioni più o meno alte in termini di portata e pressione fornite. In genere si sono più efficienti i ventilatori a pale rovesce rispetto ai ventilatori a pale curve in avanti.

Non è da trascurare nemmeno il loro progetto elettrico: l’ottimizzazione degli avvolgimenti elettrici garantisce rendimenti più alti a parità di altri fattori. Un notevole impulso in questa direzione è stato dato dalla direttiva 2009/125/CE la cosiddetta Direttiva ERP (Energy Related Products), entrata in vigore nel 2015 che obbliga i produttori a tenere degli standard minimi di rendimento. La valutazione di questi fattori aiuta nella scelta del recuperatore migliore dal punto di vista dei rendimenti e della loro efficienza.

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Foto: iStock/yulkapopkova


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