VMC: come avviene la distribuzione e quali sono le perdite di carico nelle tubazioni?

(di M. Masolini) Quali sono le modalità di distribuzione dell’aria all’interno di un impianto di Ventilazione Meccanica Controllata (VMC)? Quali sono le perdite di carico associate al moto dell’aria nelle tubazioni?

Abbiamo già parlato di cosa siano il servizio di ventilazione e gli impianti a Ventilazione Meccanica Controllata. In questo articolo vorrei analizzare quali sono i principali componenti di un impianto di VMC soffermandomi, nello specifico, sulle tubazioni di distribuzione. La Ventilazione Meccanica Controllata ha la funzione di estrarre dall’ambiente interno l’aria esausta e trasportare l’aria esterna pulita all’interno dell’abitazione. Il tutto recuperando calore dall’aria esausta attraverso il recuperatore per trasferirlo all’aria pulita esterna in entrata che, nel periodo invernale, si trova ad una temperatura più bassa.

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Ma come viene movimentata l’aria che esce ed entra nel nostro edificio? Attraverso dei ventilatori che estraggono e immettono aria tramite tubazioni. Queste sono, in ambito residenziale, semirigide e solitamente circolari ma possono avere anche altre forme per favorire il passaggio delle stesse in spessori più ridotti. Si tratta di tubazioni antimicotiche, antibatteriche e antistatiche che hanno la funzione di mantenere più pulita possibile l’aria che viene immessa dall’esterno.

Esistono alcune soluzioni impiantistiche nelle quali è più difficile utilizzare dei diametri circolari mentre è più facile installare tubazioni che hanno una forma più schiacciata e quindi occupano minore ingombro. Può essere utile utilizzare quest’ultime in una controparete, per esempio, dove gli spazi sono troppo ridotti per una tubazione di diametro esterno di 75 mm. Queste tubazioni e il loro dimensionamento vengono approfonditi in questo percorso.

Le tubazioni più schiacciate però oltre ad avere un costo maggiore hanno, come mostra l’immagine, anche perdite di carico differenti rispetto alle tubazioni di forma circolare. In ambito residenziale il 95% degli impianti che ho progettato sono costituiti da un plenum (analogo del collettore in un impianto idronico) sulla mandata e uno sul ritorno da cui partono queste tubazioni che si sviluppano per tutto l’ambiente interno sino ad arrivare alle bocchette di mandata e di ripresa, a seconda che si parli delle tubazioni d’immissione o di estrazione.

In ambito non residenziale o in particolari ambiti residenziali, dove i volumi in gioco e i ricambi orari (dettati dalla norma UNI 10339:1995) sono in genere molto più grandi rispetto alle abitazioni, mi è capitato di non utilizzare questi plenum, ma di progettare una rete di distribuzione principale con delle diramazioni di mandata e di ripresa. Ma la sostanza è la stessa.

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Come il progettista può scegliere la corretta dimensione del diametro della tubazione in un impianto di VMC

È il progettista che deve scegliere, a seconda del tipo di distribuzione, il diametro corretto della tubazione, quindi il primo dato che deve assolutamente conoscere per effettuare il corretto dimensionamento è proprio la portata di aria necessaria all’ambiente che si vuole andare a servire. Esattamente come accade quando stai dimensionando le tubazioni di distribuzione per un impianto idronico, anche in quel caso il dato fondamentale da conoscere è la portata necessaria al sistema di emissione. Ciò avviene in maniera analoga per l’impianto di Ventilazione Meccanica Controllata. Questo è uno degli argomenti che affronto nel corso VMC Smart che trovi a questo link.

Una volta ottenuta la portata di aria necessaria come dato di partenza è necessario capire quante tubazioni e di quale diametro fare arrivare alla o alle bocchette di quell’ambiente. Il fine ultimo di questo dimensionamento, in analogia con l’impianto idronico, è quello di fare in modo che il sistema abbia delle perdite di carico tali da essere vinte dalla prevalenza del ventilatore a bordo macchina. Solo in questo modo sarà possibile garantire le portate corrette calcolate ai singoli ambienti.

Senza scendere nel dettaglio di tutte le formule che permettono di calcolare le perdite di carico delle tubazioni (dal calcolo del numero di Reynold, al calcolo del fattore di attrito, ecc.), voglio solo farti capire che il processo è esattamente analogo al calcolo delle perdite di carico in un impianto idronico, considerando però che nelle tubazioni non scorre acqua, ma aria. Come mostra l’immagine precedente, i produttori forniscono già indicazioni sulle portate garantite dalle loro tubazioni.

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Ipotizziamo sempre di trovarci in un edificio di tipo residenziale in cui le distribuzioni più classiche prevendono delle tubazioni di diametro variabile tra i 75 mm e i 90 mm, a seconda delle portate calcolate (in questo caso si parla di tubazioni di tipo circolare). Se non vuoi calcolare in modo analitico le perdite di carico, il produttore ti mette già a disposizione dei valori da utilizzare per fare considerazioni attraverso le sue tabelle o i suoi grafici.

Come puoi vedere, infatti, ti fornisce una matrice nella quale, una volta fissato il diametro del tubo e la velocità con cui l’aria si muove al suo interno, ti restituisce sia il valore della portata garantita da quella tubazione, sia le perdite di carico lineari per ogni metro di tubazione. Ovviamente queste sono le perdite di carico lineari.

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Ma come ben sai le perdite di carico totali sono il risultato della somma delle perdite di carico distribuite (lineari) e di quelle concentrate, che devono essere valutate in modo analitico oppure semplificato. In tutta onestà, in piccoli edifici residenziali nei quali la macchina è ben posizionata in modo baricentrico rispetto all’ambiente, non ho mai avuto casi in cui il ventilatore a bordo macchina non riuscisse a garantire portata e prevalenza richieste dall’impianto.

Ma nel caso in cui la macchina si trovi in una posizione non baricentrica e l’edificio si sviluppi orizzontalmente, provocando delle distribuzioni molto lunghe, si potrebbero avere dei problemi. Le perdite di carico lineari dipendono dalla portata che attraversa una tubazione ma anche dalla sua lunghezza, quindi accrescono in modo lineare con l’aumento della lunghezza della tubazione.

Io solitamente utilizzo un file di calcolo, messo a disposizione dei miei corsisti, sia per dimensionare il numero di tubazioni necessarie per ogni ambiente che per calcolare le perdite di carico del sistema di distribuzione. Ma ammetto che utilizzando le tabelle fornite dal produttore e considerando una velocità pari a 3 m/s si riescono già a fare delle considerazioni molto dettagliate sul dimensionamento della distribuzione di un impianto di VMC.

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L’articolo è di Matteo Masolini, ingegnere libero professionista e termotecnico da più di 13 anni oltre che responsabile tecnico e fondatore di CEFTI, Centro Formativo Termotecnico Italiano, società leader nella formazione in ambito Termotecnico ed Energetico. Inoltre, ispettore della Regione Emilia-Romagna per la verifica di conformità degli APE, ispettore del Catasto Regionale degli Impianti Termici per la Regione Emilia-Romagna e operatore termografico di secondo livello.

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