Un modo per ridurre al minimo i problemi di qualità dell’aria e di umidità in casa, senza aprire le finestre, è l’installazione di un sistema di ventilazione meccanica, come uno scambiatore di calore aria-aria. Uno scambiatore di calore aria-aria mette a contatto termico due flussi d’aria a temperature diverse, trasferendo calore dall’aria interna in espulsione all’aria esterna in entrata durante la stagione di riscaldamento.
In estate, lo scambiatore può raffreddare e, in alcuni casi, deumidificare l’aria calda esterna che lo attraversa e viene immessa in casa per la ventilazione. Lo scambiatore aria-aria elimina l’eccesso di umidità e rimuove odori e sostanze inquinanti prodotti all’interno.
Tipi
In generale, gli scambiatori di calore si classificano in base al modo in cui l’aria scorre attraverso l’apparecchio. In uno scambiatore a flusso controcorrente, i flussi d’aria calda e fredda scorrono parallelamente ma in direzioni opposte. In un dispositivo a flusso incrociato, i flussi d’aria sono perpendicolari tra loro. Un modello a flusso assiale utilizza una grande ruota: l’aria riscalda un lato della ruota, che trasferisce il calore al flusso d’aria fredda mentre ruota lentamente. Un modello a tubo di calore impiega un refrigerante per trasferire il calore. Sono disponibili anche altri tipi di apparecchi per applicazioni specializzate. Le strutture di piccole dimensioni, come le abitazioni, di solito utilizzano scambiatori a flusso controcorrente o a flusso incrociato.
Ventilatore a recupero di calore o ventilatore a recupero di energia e clima
La maggior parte degli scambiatori aria-aria installati nei climi settentrionali sono ventilatori a recupero di calore (HRV). Questi dispositivi recuperano il calore dall’aria espulsa e lo restituiscono all’edificio.
I recenti progressi tecnologici hanno aumentato anche l’impiego dei ventilatori a recupero di energia (ERV). In passato, gli ERV erano utilizzati soprattutto in climi con elevata umidità, dove il carico di raffreddamento superava quello di riscaldamento. La principale differenza tra i due è che gli HRV recuperano esclusivamente il calore, mentre un ERV recupera sia il calore sia l’umidità. Gli ERV hanno talvolta riscontrato efficienze inferiori a causa della saturazione eccessiva delle ruote desiccanti interne durante lunghi periodi di alta umidità; tuttavia, con una corretta installazione e manutenzione, possono contribuire a creare ambienti abitativi più salubri e a ottenere maggiori risparmi energetici. Inoltre, la maggior parte degli ERV attualmente in vendita è di tipo a piastre, priva di ruota desiccante. Consulta un professionista del riscaldamento e del condizionamento per stabilire se, nella tua situazione, sia più vantaggioso un HRV o un ERV.
Progettazione
Il design generale di uno scambiatore di calore aria-aria utilizza una serie di piastre, dette nucleo, impilate verticalmente o orizzontalmente. Una piastra ideale presenta elevata conducibilità termica, alta resistenza alla corrosione, capacità di assorbire i rumori, basso costo e peso ridotto. I materiali più comuni per le piastre includono l’alluminio, diversi tipi di fogli plastici e compositi avanzati. In origine, gli scambiatori di calore impiegavano piastre in alluminio. Tuttavia, nell’ambiente umido causato dalla condensa si verificavano problemi di corrosione e prestazioni acustiche scadenti. Le materie plastiche hanno risolto i problemi di corrosione e alcuni inconvenienti sonori, ma la loro conducibilità non raggiungeva quella dell’alluminio e il costo risultava più elevato. Gli attuali scambiatori di calore ad alta tecnologia utilizzano materiali compositi che soddisfano tutti i requisiti.
Oltre al nucleo, l’apparecchiatura è composta da un contenitore isolato, da sistemi di sbrinamento per evitare la formazione di ghiaccio sull’elemento scambiatore e da ventilatori per far circolare l’aria. Tutti gli scambiatori di calore necessitano di isolamento per aumentare l’efficienza e ridurre la formazione di condensa sulla superficie esterna dell’unità. Sono disponibili diversi tipi di meccanismi di sbrinamento, dotati di sensori interni, per controllare il processo di sbrinamento. I ventilatori fanno circolare l’aria, garantendo il flusso d’aria e il tasso di ventilazione necessari.
Gli scambiatori di calore a flusso controcorrente sono costituiti da un nucleo formato da piastre piane. L’aria entra da entrambe le estremità dello scambiatore. Il calore viene trasferito attraverso le piastre all’aria più fredda. Più lungo è il percorso dell’aria all’interno dell’apparecchiatura, maggiore è lo scambio termico. La percentuale di recupero del calore rappresenta l’efficienza dell’unità; in genere, questi apparecchi presentano valori intorno all’80%. Generalmente, tali unità sono lunghe, poco profonde e di forma rettangolare, con condotti alle due estremità lunghe.
Gli scambiatori di calore a flusso incrociato utilizzano anch’essi piastre piane, ma l’aria scorre ad angolo retto. Questi apparecchi occupano uno spazio più ridotto e possono persino essere installati in una finestra, tuttavia perdono parte dell’efficienza del flusso controcorrente. Le efficienze tipicamente non superano il 75%. Spesso questi dispositivi hanno forma cubica, con tutti i collegamenti su una sola faccia del cubo. La stragrande maggioranza degli scambiatori di calore impiegati nelle applicazioni residenziali adotta la configurazione a flusso incrociato.
Scelte
Scegli il modello che meglio risponde alle tue esigenze specifiche. È opportuno considerare caratteristiche come lo spazio disponibile per l’installazione, il rapporto di scambio richiesto e l’efficienza desiderata. Purtroppo, quasi ogni produttore riporta i valori di efficienza in modo diverso. Ad esempio, i tassi di ventilazione dipendono dalla resistenza al flusso d’aria. Un ventilatore con una portata d’aria di 150 piedi cubi al minuto (cfm) può infatti raggiungere tale flusso soltanto a pressioni molto basse. Analogamente, un apparecchio può dichiarare un’efficienza dell’85%, ma potrebbe non risultare migliore di un altro con efficienza dell’80%, a seconda della temperatura di prova.
Test e confronti
Per standardizzare le dichiarazioni di efficienza dei produttori, l’Home Ventilating Institute (HVI) testa gli scambiatori di calore aria-aria e altre attrezzature per la ventilazione. I test servono a redigere una scheda tecnica degli scambiatori aria-aria. Tale scheda normalizza gli scambiatori rispetto a una determinata combinazione di pressioni e temperature, consentendo di confrontare efficienze e portate d’aria tra modelli diversi. I valori relativi alle prestazioni di ventilazione mettono in relazione le portate d’aria con una data pressione, mentre le prestazioni energetiche collegano una serie di temperature esterne a diversi tipi di efficienza. L’efficienza più importante è la efficienza di recupero sensibile poiché la maggior parte dello scambio termico avviene proprio durante questo tipo di processo. L’efficienza di recupero sensibile fornisce i valori di efficienza dell’apparecchio a specifiche portate d’aria (cfm) e temperature. Tali numeri possono essere confrontati tra diversi modelli, permettendo valutazioni corrette a parità di portata d’aria.
