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L'EDIFICIO PASSIVO  Standard - Requisiti - Esempi

Impianto di ventilazione

 

Scambiatori di calore interrati

 

Ad una determinata profondità, normalmente 60-100 cm, la temperatura della terra rimane quasi costante per tutto l’anno. Con l’uso di scambiatori interrati (Subsoil Heat Exchanger - SHE) questo fenomeno può essere sfruttato, sia in inverno per il riscaldamento, sia in estate per refrigerare gli ambienti. Uno scambiatore interrato consiste in una serie di tubi paralleli, posati in trincea sotto o all’esterno dell’edificio, in cui circola un fluido che scambia energia termica con il terreno.

 

Gli scambiatori interrati sono in uso da molto tempo in sistemi di riscaldamento alimentati da una pompa di calore. In questo caso, il fluido che scorre nei tubi dello scambiatore è l’acqua fredda che,  passando per i tubi, aumenta di temperatura, la pompa di calore ne estrae l’energia e la trasferisce all’acqua del circuito interno che riscalda l’edificio. Dopo l’estrazione del calore, l’acqua, ora di nuovo  fredda, torna nello scambiatore e si riscalda nuovamente, e così di seguito.  L’uso di una pompa di calore è molto pratico ed economico in impianti di riscaldamento a bassa temperatura, come lo sono per esempio gli impianti che riscaldano il pavimento, a condizione che la pompa di calore abbia un buon coefficiente di prestazione (COP). Il COP esprime il rapporto tra la quantità d’energia elettrica necessaria per azionare la pompa e l’energia utile prodotta. Un COP = 4 significa che la macchina fornisce il triplo dell’energia che consuma, per esempio, con 1 kWh elettrica si producono 3 kWh termiche.

 

Scambiatore interrato in costruzione

Negli edifici passivi ci si serve dello stesso principio, ma poiché il riscaldamento avviene tramite l’impianto di ventilazione, nei tubi degli scambiatori interrati usati in questo caso circola dell’aria. L’aria, passando per lo scambiatore, può riscaldarsi da – 2°C fino a 8-12°C. L’effettiva temperatura che l’aria può raggiungere dipende dalla superficie, dalla profondità e dalla lunghezza dello scambiatore. Nell’Europa centrale, per ogni alloggio occorrono complessivamente tra 12 e 30 metri di tubo che possono essere suddivisi fino a cinque tubi paralleli. In uno scambiatore di questa lunghezza ed interrato ad una profondità di > 3 metri, l’aria raggiunge una temperatura di circa 10°C anche in giorni molto freddi.

 

Per esigenze igieniche l’aria, prima di condurla nello scambiatore interrato, deve essere filtrata. Resta però un altro problema da affrontare: l’umidità contenuta nell’aria può condensare ed in essa possono formarsi dei germi. Per questo motivo deve essere evitato il ristagno nei tubi della condensa. I tubi dello scambiatore devono perciò essere posati con una leggera pendenza, in modo tale che la condensa affluisca nel punto più basso dove può essere smaltita tramite un sifone.

Ci sono state sottoposte delle domande concernenti gli scambiatori interrati che sfruttano la costanza della temperatura del suolo, sia per il riscaldamento invernale, sia per il raffreddamento estivo. Le domande riguardano il “giusto” dimensionamento e l’igiene.

 

Materiali

I tubi degli scambiatori interrati possono essere di materiale sintetico o di cemento. Il loro funzionamento è il seguente: l’aria esterna viene convogliata nei tubi dove avviene lo scambio termico tra l’aria e le superfici interne del tubo. Un altro scambio avviene tra la superficie esterna dei tubi e il suolo. All’interno dei tubi lo scambio avviene per convezione e per adduzione alla superficie degli stessi. All’esterno dei tubi avviene lo scambio tra tubo e terreno. Questo scambio, che avviene principalmente per trasmissione, dipende dall’aderenza dei tubi alla terra, nonché dal tipo e dall’umidità della stessa. Si hanno quindi due scambi termici.

 

Rendimento

Il rendimento di uno scambiatore interrato dipende da vari fattori: la dimensione della superficie di contatto all’interno dei tubi e dalla velocità del flusso d’aria; dalla dimensione della superficie di contatto tra i tubi e la terra, dall’aderenza della terra ai tubi, dal tipo e dall’umidità della terra stessa. Naturalmente conta anche la temperatura dell’aria esterna introdotta nei tubi e quella della superficie interna dei tubi. Esistono dei software che consentono una facile simulazione dello scambio termico. I dati di input sono i seguenti: diametro e lunghezza dei tubi, profondità di posa e tipo di terra. I dati climatici sono già contenuti nel programma di calcolo. Uno dei software è quello sviluppato dall’Università di Siegen (Germania), nel database si trovano però solo i dati climatici riferiti alla Germania.

 

Il rendimento è maggiore in estate quando si tratta di raffreddare l’aria esterna che in inverno quando questa deve essere riscaldata. Da sperimentazioni in Grecia si apprende che la temperatura sopra i 32°C dell’aria esterna, che passa per uno scambiatore interrato adeguatamente dimensionato, scende fino a 25-26°C.

 

Igiene

La presa dell’aria esterna deve essere dotata di uno o più filtri per evitare l’introduzione di polveri, insetti e altri minuscoli oggetti. Un altro filtro deve essere montato all’ingresso del sistema di ventilazione (tipo F7). I filtri devono essere sostituiti (o puliti) periodicamente. Per evitare l’inquinamento dell’aria da radon, il sistema dei tubi dello scambiatore deve essere a chiusura ermetica (da controllare immediatamente dopo la posa). L’aria esterna deve essere presa da una certa distanza e non nell’immediata prossimità del suolo. Nei tubi l’umidità contenuta nell’aria può condensare. Per questo motivo i tubi devono essere posati con una leggera pendenza e, nel punto più basso, si monta un sifone che smaltisce l’acqua raccolta.

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