Un sistema di ventilazione con recupero di calore permette di risparmiare energia?

Come un sistema di ventilazione con recupero di calore risparmia energia

Meccanismo centrale: trasferimento termico in tempo reale tramite scambiatori di calore

I sistemi di ventilazione con recupero di calore funzionano scambiando energia termica tra l'aria in uscita e quella in entrata, senza permettere ai due flussi d'aria di mescolarsi. Al centro di questo processo vi è un particolare nucleo dello scambiatore di calore capace di trasferire fino al 90% del calore effettivo dall'aria esausta calda e viziata all'aria fresca più fredda che entra nell'edificio. Consideriamo uno scenario tipico in cui la temperatura interna si aggira intorno ai 20 gradi Celsius mentre fuori gela a meno 5 gradi. Un'unità con efficienza dell'80% riscalderà quell'aria esterna fredda fino a circa 16 gradi prima ancora che raggiunga il sistema di riscaldamento principale. Questo tipo di regolazione immediata della temperatura riduce lo sforzo richiesto all'impianto HVAC, poiché la differenza tra l'aria in ingresso e quella già presente all'interno risulta minore. E anche nei mesi più caldi il funzionamento si inverte. Il sistema utilizza l'aria fresca in uscita per raffreddare l'aria calda in entrata dall'esterno, il che significa che il condizionatore non deve lavorare altrettanto duramente contro le temperature torride estive.

Componenti principali:

• Nucleo dello scambiatore di calore (a piastre, rotanti o a termosifone), che permette il trasferimento di calore per conduzione o convezione
• Sistemi di filtrazione , rimuovendo le particelle in sospensione nell'aria preservando al contempo l'integrità del flusso d'aria
• Ventilatori bilanciati , che mantengono una pressione e portate volumetriche costanti

I dati sul campo mostrano che questo tipo di riciclo energetico in ciclo chiuso riduce del 30-50% il consumo energetico per riscaldamento e raffreddamento nelle applicazioni residenziali, in particolare dove la ventilazione meccanica sostituisce l'infiltrazione non controllata.

Fattori determinanti per l'efficienza: clima, progettazione e qualità dell'installazione

I reali risparmi energetici dipendono da tre fattori interdipendenti:

• Clima : Le zone fredde (ad esempio, temperature medie invernali < -10°C) consentono un recupero di calore sensibile maggiore a causa delle maggiori differenze di temperatura tra interno ed esterno. I climi umidi o umidi misti traggono maggior beneficio dai sistemi ERV, che trasferiscono sia calore che umidità per gestire i carichi latenti.
• Design :
  • Un dimensionamento corretto evita il cortocircuito operativo (se sovradimensionato) o una ventilazione insufficiente (se sottodimensionato)
  • La scelta dello scambiatore di calore è fondamentale: gli scambiatori a piastre offrono il massimo rendimento sensibile in climi asciutti; i nuclei rotanti gestiscono meglio l'umidità e il rischio di gelo
  • Il tracciato dei condotti deve ridurre al minimo curve e raccordi per mantenere la velocità del flusso d'aria progettata e la pressione statica
• Installazione :
  • Le perdite dai condotti possono ridurre l'efficienza del sistema del 15-30% (ASHRAE 2022)
  • Un bilanciamento errato del flusso d'aria aumenta le perdite per infiltrazioni incontrollate del 20-40%
  • Installare l'unità all'interno dell'ambiente condizionato previene il congelamento e preserva le prestazioni dello scambiatore

Quando installati in modo ottimale in climi freddi, questi sistemi riducono la domanda energetica per il riscaldamento del 40-60% rispetto agli edifici non ventilati. La pulizia trimestrale dei filtri e un controllo professionale annuale consentono di mantenere nel tempo un'efficienza superiore all'85% di quella nominale

Risparmi energetici quantificati dal sistema di ventilazione con recupero di calore

Ristrutturazioni residenziali: riduzioni misurate della domanda energetica per il riscaldamento

Quando le case più vecchie vengono dotate di sistemi HRV o ERV, i proprietari abitualmente vedono ridurre le bollette di riscaldamento dal 25 al 40 percento in zone climatiche più fredde come le zone climatiche da 5 a 7. Questi sistemi di recupero della ventilazione funzionano recuperando circa l'80% del calore dall'aria espulsa dall'edificio, evitando così di perdere tutto quel calore ogni volta che si necessita di aria fresca all'interno. Ad esempio, le case costruite nella metà del XX secolo e dotate di questi sistemi hanno mostrato una riduzione media di circa il 32% nel consumo di riscaldamento. Ciò equivale a un risparmio di circa 1.200-1.800 chilowattora all'anno per la maggior parte delle famiglie. I risparmi comportano una minore dipendenza dai combustibili fossili e bollette mensili più basse contemporaneamente.

Riduzione del carico HVAC e impatto sulle bollette: Evidenze dallo studio ASHRAE RP-1679

Lo studio ASHRAE RP-1679 (2019) ha quantificato le riduzioni del carico negli edifici commerciali mediante l'uso della ventilazione con recupero di calore:

Il preriscaldamento dell'aria in ingresso ha ridotto il tempo di funzionamento del sistema HVAC del 26%, abbattendo le bollette energetiche di $0,15–$0,28 per piede quadrato annualmente—con il maggiore impatto nelle regioni con oltre 4.000 gradi giorno di riscaldamento.

HRV vs. ERV: come scegliere il sistema di ventilazione con recupero di calore più adatto al proprio clima

I ventilatori a recupero di calore (HRV) e i ventilatori a recupero energetico (ERV) recuperano entrambi l'energia termica tramite scambiatori di calore, ma differiscono in modo significativo nella gestione dell'umidità, determinando compromessi prestazionali specifici per ogni clima.

Le aree fredde e secche traggono beneficio dai recuperatori di calore (HRV) che catturano principalmente il calore sensibile, riducendo del 60-80 percento circa le esigenze di riscaldamento invernale secondo le linee guida ASHRAE. Questi sistemi aiutano anche a mantenere l'aria interna dal diventare troppo secca durante inverni rigidi. Tuttavia, per zone con livelli di umidità misti, sono necessari i recuperatori entalpici (ERV), poiché gestiscono sia il trasferimento di calore che di umidità. Durante i mesi estivi, queste unità respingono l'eccesso di umidità esterna, riducendo la richiesta di raffreddamento di circa il 15-30%. In inverno, trattengono l'umidità interna, un aspetto molto importante quando si verificano forti variazioni stagionali dell'umidità che influiscono sul comfort e stressano nel tempo gli impianti degli edifici.

Il rischio di selezione errata comporta una perdita di efficienza del 20–40%: nei climi molto freddi, gli ERV possono accumulare brina in assenza di sistemi di sbrinamento, mentre negli ambienti umidi gli HRV aumentano i costi di deumidificazione e causano disagio agli occupanti.

Rendimento reale: dinamiche operative e rapporto costi-benefici dei sistemi di ventilazione con recupero di calore

I sistemi di ventilazione con recupero di calore raggiungono tipicamente il pareggio economico in 2–4 anni negli impieghi residenziali e commerciali, principalmente grazie alla riduzione del carico energetico degli impianti HVAC. Nei climi freddi si ottiene un risparmio del 25–40% sull'energia termica; nelle zone a clima misto-umido il valore aggiunto deriva dalla stabilità dell'umidità e dalla ridotta richiesta di raffrescamento latente.

In un ospedale in cui questi sistemi sono stati implementati, si è registrato ogni anno circa il 30% in meno di energia utilizzata. I test effettivi hanno mostrato che la ventilazione meccanica ha funzionato per ore più lunghe senza peggiorare la qualità dell'aria interna. Analizzando tutti i costi coinvolti — acquisto dell'equipaggiamento, installazione e manutenzione continua — gli ospedali hanno constatato che le bollette mensili dell'elettricità sono diminuite dal 20% fino a quasi metà. Ciò che conta di più per mantenere questi risparmi è dimensionare correttamente il sistema fin dall'inizio, assicurarsi che tutto funzioni correttamente durante la configurazione iniziale e far sì che personale e pazienti utilizzino effettivamente ciò che è disponibile. L'esperienza dimostra che buoni risultati nel tempo non dipendono semplicemente dall'avere un hardware sofisticato inutilizzato, ma piuttosto da quanto bene tutto il personale collabori nelle operazioni quotidiane.

Domande Frequenti

• Cos'è uno Scambiatore di Calore?

  Uno scambiatore di calore è un dispositivo che trasferisce il calore da un mezzo a un altro. Nei sistemi di ventilazione, permette di recuperare il calore dall'aria in uscita per riscaldare l'aria fresca in entrata.

• Quanta energia può risparmiare un sistema di ventilazione con recupero di calore?

  Questi sistemi possono ridurre l'uso di energia per riscaldamento e raffreddamento del 30-50% nelle applicazioni residenziali, specialmente dove viene utilizzata la ventilazione meccanica.

• Qual è la differenza tra HRV ed ERV?

  L'HRV recupera principalmente il calore sensibile ed è adatto a climi freddi e asciutti, mentre l'ERV gestisce sia il calore che il trasferimento di umidità, ideale per ambienti umidi e misti.

• Cosa influenza l'efficienza di un sistema di ventilazione con recupero di calore?

  L'efficienza è influenzata dal clima, dalla progettazione e dalla qualità dell'installazione. Un dimensionamento e un'installazione corretti riducono le perdite, mentre le perdite nei canali e un bilanciamento improprio del flusso d'aria possono compromettere l'efficienza.

• Dopo quanti anni si raggiunge il pareggio economico con questi sistemi?

  Il pareggio economico si verifica tipicamente entro 2-4 anni grazie alla riduzione del carico energetico degli impianti HVAC, con variazioni in base al clima.