Uno dei parametri più importanti della meccanica dei fluidi è la portata. La portata può essere definita come la quantità di fluido che scorre attraverso una sezione per unità di tempo. Questa definizione è valida per qualsiasi tipo di fluido, anche se il fluido utilizzato nel campo della ventilazione è l'aria.
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Calcolo della portata d’aria senza regolazioni
La formula per calcolare la portata di qualsiasi fluido è sempre la stessa…
Q = v x S
… dove v è la velocità del fluido che passa attraverso una sezione trasversale S.
Nelle unità SI, dobbiamo esprimere la velocità in m/s, mentre la sezione trasversale sarebbe specificata in m2. Pertanto, la portata Q sarebbe espressa in m3/s.
Nel settore della ventilazione è più comune offrire la portata in m3/h (tranne nei casi di ventilazione industriale, dove sono richieste grandi portate), quindi il risultato della formula precedente va moltiplicato per 3600, ottenendo così la portata Q espressa in m3/h.
Per calcolare la portata necessaria, è necessario conoscere la velocità del flusso d’aria e la sezione trasversale attraverso la quale l’aria circolerà. La sezione trasversale è un parametro facile da misurare, ma la velocità dell’aria è più difficile da determinare. In genere si stabiliscono diversi intervalli di velocità a seconda dell’applicazione del sistema di ventilazione.
Flusso d’aria e livello di rumore
È importante sapere che la velocità dell’aria influisce direttamente sul rumore prodotto quando il fluido circola in una sezione chiusa. Pertanto, nei luoghi in cui il livello acustico è importante, la velocità dell’aria dovrebbe essere limitata a un intervallo compreso tra 4 e 6 m/s, come di solito avviene nelle abitazioni (4 m/s, contrassegnati da CTE), negli uffici o negli ospedali, mentre negli ambienti industriali può essere aumentata fino a 10 m/s. In applicazioni industriali specifiche, è possibile raggiungere velocità dell’aria superiori a 25 m/s.
Rinnovo dell’aria all’ora
In molti casi non disponiamo di una sezione trasversale specifica, ma il progetto è nuovo e occorre determinare una portata specifica. In questi casi, l’esperienza e le tabelle servono da guida per determinare la portata, senza tenere conto della velocità del flusso o della sezione trasversale, che possono essere calcolate successivamente. Il parametro utilizzato è il numero di ricambi d’aria all’ora, cioè la portata necessaria per sostituire tutta l’aria di un locale chiuso con aria nuova e pulita proveniente dall’esterno e garantire una buona qualità dell’aria interna.
La tabella abituale dei ricambi d’aria all’ora è quella del rinnovo dell’aria nei locali chiusi:
| Rinnovo dell’aria nei locali abitati | Rinnovi/ora N |
| Cattedrali | 0,5 |
| Chiese moderne (soffitti bassi) | 1 – 2 |
| Officine di lavorazione | 5 – 10 |
| Fabbriche in generale | 5 – 10 |
| Lavanderie | 20 – 30 |
| Fonderie (senza estrazione localizzata) | 20 – 30 |
| Lavanderie a secco | 20 – 30 |
| Operatori di panetteria | 25 – 35 |
| Edifici industriali con forni e bagni (senza cappe) | 30 – 60 |
| Negozi di verniciatura (meglio se per installare la cappa) | 40 – 60 |
Per calcolare la portata d’aria in questi casi, il numero impostato di ricambi d’aria all’ora viene moltiplicato per il volume totale del locale da ventilare.
Calcolare la portata d’aria in base agli standard
In Italia, le norme sui flussi d’aria di ventilazione sono regolate dal DPR 412/1993 e dai suoi aggiornamenti, che stabiliscono i requisiti minimi in base al tipo di edificio. Per le abitazioni sono specificate le portate minime per stanza, mentre per uffici, scuole, alberghi e musei le portate sono definite in base all’occupazione e all’attività dello spazio.
Il rispetto di queste norme garantisce una buona qualità dell’aria e migliora l’efficienza energetica degli edifici.
Principali metodi di misurazione del flusso d’aria
La portata d’aria attraverso un condotto è proporzionale alla sezione trasversale del condotto e alla velocità dell’aria che lo attraversa. In altre parole:
Q (portata) = S (sezione del condotto) x V (velocità dell’aria)
Quindi, in un condotto con sezione nota, per misurare la portata è sufficiente misurare la velocità dell’aria. Per misurare la velocità dell’aria, descriveremo i tre metodi più comunemente utilizzati.
Tubo di Pitot
Il tubo di Pitot è costituito da un doppio tubo concentrico di piccolo diametro (vedi figura seguente) in cui il tubo centrale è aperto all’estremità (punto A) e l’aria vi confluisce direttamente, cosicché in A avremo la pressione totale, cioè la pressione statica (all’interno del condotto dell’aria) più la pressione dinamica (esercitata dalla velocità dell’aria), mentre negli orifizi laterali del tubo esterno del tubo di Pitot (B) si esercita solo la pressione statica (la pressione all’interno del condotto dell’aria) più la pressione dinamica (la pressione esercitata dalla velocità dell’aria), poiché gli orifizi sono paralleli alla direzione del flusso d’aria e la pressione dinamica non agisce su di essi.
La differenza di pressione tra A (totale) e B (statica) è la pressione dinamica, indicata dalla differenza dei livelli h nelle due colonne rosse della figura:
Se il liquido indicato in rosso è acqua, per determinare la velocità dell’aria si utilizza la seguente formula:
Dove:
h è la differenza di livello nell’acqua.
g è l’accelerazione di gravità.
δh è la densità dell’acqua.
δa è la densità dell’aria.
Per misurare la pressione dinamica, al posto delle colonne d’acqua si utilizza un micromanometro (vedi figura) collegato a un Pitot. In questo caso si utilizza la seguente formula:
Dove:
P è la pressione dinamica misurata dal micromanometro.
Una volta ottenuta la velocità, basta moltiplicarla per la sezione del condotto per ottenere la portata. Si può affermare che questo metodo è il migliore e più accurato per la misurazione della portata.
L’anemometro è ampiamente utilizzato per misurare la velocità dell’aria nei condotti grazie alla sua praticità.
L’anemometro ci informa sulla velocità dell’aria e, come nel caso precedente, basta moltiplicarla per la sezione del condotto per ottenere la portata.
Filo caldo
Questo metodo consiste in una sonda con un filo caldo che viene introdotta nel condotto dell’aria. A seconda della velocità dell’aria, il filo della sonda sarà sottoposto a un raffreddamento maggiore o minore. Se la sonda è calibrata correttamente, a seconda di quanto si raffredda il filo, saremo in grado di conoscere la velocità dell’aria nel condotto. Come sempre, moltiplicandola per la sezione otterremo la portata.
