CONTROLLO AMBIENTALE IN SITUAZIONE INVERNALE
L’isolamento termico in periodo invernale permette di limitare
la dispersione del calore verso l’esterno
e di mantenere le condizioni microclimatiche a livelli accettabili
L
o scopo principale del controllo ambientale nei ricoveri zootecnici è quello di mantenere le condizioni microclimatiche e ambientali interne (temperatura, umidità, velocità dell’aria, concentrazione di gas) a livelli accettabili per gli animali allevati, nonostante le va- riazioni meteorologiche esterne. Per otte- nere questo risultato sono disponibili al- cune tecniche che si possono mettere in atto in fase di costruzione/ristrutturazio- ne dei fabbricati o durante la fase d'alleva- mento. Nel presente lavoro si tratta in particolare dell'isolamento termico (coi- bentazione), che riveste un ruolo deter- minante nel limitare la dispersione di ca- lore attraverso gli elementi di chiusura dell'edificio.La coibentazione degli edifici zootecnici è uno degli interventi fondamentali del con-
trollo ambientale. In situazione invernale e per ricoveri che ospitano soggetti che te- mono le basse temperature (sale parto, lo- cali per svezzamento o per accrescimento), l'isolamento termico è in grado di limitare la dispersione di calore verso l'esterno in modo da ridurre le richieste di calore artifi- ciale per il mantenimento delle temperatu- re di benessere. Il livello della coibentazio- ne da adottare, che non può essere quello massimo possibile, richiede l'analisi di una serie di fattori, fra i quali i parametri micro- climatici dell'ambiente d'allevamento, le condizioni climatiche esterne, il bilancio termico dell'edificio, il costo di costruzione e i costi energetici per il riscaldamento.
L’isolamento termico
Il ruolo svolto dalla coibentazione dell'edi- ficio è quello di ridurre l'effetto delle varia-
zioni della temperatura esterna sulla tempe- ratura dell'aria all'interno del locale di alle- vamento.
Durante il periodo invernale il compito principale è quello di limitare la dispersione di calore attraverso le pareti, il soffitto e il pavimento del ricovero e rendere possibile, perciò, l'utilizzazione del calore prodotto dagli animali per assicurare un certo livello di temperatura interna.
La quantità di calore dispersa dipende:
dalla differenza di temperatura (Dt) fra in- terno ed esterno;
dalla superficie degli elementi di chiusura;
dalle caratteristiche termiche degli elementi di chiusura e, in particolare, dalla loro tra- smittanza unitaria U (box 1).
Un altro compito dell'isolamento termico è quello di controllare la condensazione su- perficiale del vapore acqueo. Con U parti- diPaolo Rossi e Alessandro Gastaldo*
*Crpa - Reggio Emilia
g FOTO 1 Controsoffitto in lastre di polistirene espanso.
colarmente basso, infatti, la temperatura della faccia interna delle pareti non si disco- sta molto dalla temperatura dell'aria am- biente, per cui sono ostacolati i fenomeni di condensa, causa di deterioramento del rico- vero e delle attrezzature e minaccia per lo stato sanitario degli animali.
La coibentazione dell'edificio dovrebbe es- sere definita in fase di progettazione di una nuova costruzione, ma è anche possibile intervenire su fabbricati esistenti con parti- colari interventi di ristrutturazione.
Il mercato edile mette oggi a disposizione una vastissima gamma di materiali isolanti,
con prestazioni, campi d'impiego e costi anche molto diversi. Fra i mate- riali più comuni si ricordano quelli ot- tenuti da lavorazioni industriali di taluni prodotti minerali o sintetici (vermiculi- te, argilla espansa), utilizzati soprattut- to per la fabbrica- zione dei blocchi termoisolanti di cal- cestruzzo, le fibre minerali (lana di ve- tro, lana di roccia), il vetro cellulare espanso e le materie plastiche alveolari, quali il polistirolo espanso in lastre, il poliu- retano espanso in lastre o a spruzzo e il polistirene espanso in lastre (foto 1).
La ventilazione
La ventilazione delle porcilaie in periodo in- vernale ha le seguenti fondamentali funzioni: apportare l'ossigeno necessario agli animali e all'uomo;
allontanare i gas nocivi (anidride carbonica, ammoniaca, acido solfidrico, etc.) prodotti nel corso dei processi metabolici e origina- tisi dalla fermentazione delle deiezioni;
eliminare il vapore acqueo prodotto dai sui- ni o da altre fonti;
eliminare le polveri e il microbismo atmo- sferico.
Per poter mantenere all'interno del ricove- ro un livello di umidità relativa non supe- riore ai massimi consigliati, si deve smaltire verso l'esterno il vapore acqueo in eccesso; in caso contrario questo si accumulerebbe sino a saturare l'atmosfera interna. Quindi, la ventilazione invernale dovrà essere com- misurata al vapore acqueo prodotto dagli animali, oltre a quello che proviene per evaporazione dalle deiezioni, dall'acqua di abbeverata e da altre possibili fonti (box 2). Poiché le perdite termiche dovute alla ven- tilazione sono direttamente proporzionali al volume d'aria ricambiato, gran parte degli allevatori è invogliata a ridurre la ventilazio- ne al di sotto del minimo consigliato, in modo da realizzare una temperatura suffi- cientemente alta all'interno dell'edificio. Ta- le comportamento, ovviamente, deve esse- re evitato, così come il fatto di dimensiona- re l'impianto di ventilazione in base a impressioni superficiali, con il rischio di ritrovarsi con portate minime assolutamen- te esuberanti rispetto alle reali esigenze.
Bilancio termico
e riscaldamento artificiale
All'interno della porcilaia si deve realizzare una condizione di equilibrio termico, ovvero Tab. 1 - Caratteristiche dimensionali
della porcilaia per accrescimento
Dati Valori
Superficie interna, al netto dei muri perimetrali
(m2) 372,9
Volume interno (m3) 1.286,60
Superficie disperdente (m2), di cui: 658,3
- pareti (%) 32,8
- tetto (%) 58,9
- finestre e porte (%) 8,3
Perimetro disperdente (m) 93,5
Tab. 2 - Dati climatici, produzione di calore e portata di ventilazione in situazione invernale
Dati Valori
Temperatura interna = Temperatura critica inferiore (°C) 17 Umidità relativa interna massima per periodi limitati (%) 80
Temperatura esterna (°C) -4
Umidità relativa esterna (%) 90
Massima concentrazione di CO2ammessa in ambiente
per periodi limitati (ppm) 2.360
Produzione totale di calore sensibile (W) 42.953 Produzione totale di calore latente (g/h di vapore
acqueo) 45.864
Ventilazione minima invernale (m3/h) 5.455
La conduttività (l, in W/m °C) è il flusso di calore che, nelle condizioni di regime stazionario, passa attraverso una parete di materiale omo- geneo dello spessore di 1 m, per 1 m2di superficie e per una differenza di temperatura 1 °C tra le due facce opposte e parallele della parete.
La conduttanza unitaria (C, in W/m2°C) è il flusso di calore che, nelle condizioni di regime stazionario, passa attraverso 1 m2di superficie, per una differenza di temperatura di 1 °C, tra due facce opposte di uno strato considerato, sia esso omogeneo o eterogeneo, solido, liquido o aeriforme.
La trasmittanza unitaria (U, in W/m2°C) è il flusso di calore che, nelle condizioni di regime stazionario, passa da un fluido a un altro, attra- verso una parete, per 1 m2 di superficie e per una differenza di temperatura 1 °C fra i due fluidi.
BOX 1 - CONDUTTIVITÀ,
CONDUTTANZA E TRASMITTANZA
CONTROLLO AMBIENTALE IN SITUAZIONE INVERNALE
L’isolamento termico in periodo invernale permette di limitare
la dispersione del calore verso l’esterno
e di mantenere le condizioni microclimatiche a livelli accettabili
L
o scopo principale del controllo ambientale nei ricoveri zootecnici è quello di mantenere le condizioni microclimatiche e ambientali interne (temperatura, umidità, velocità dell’aria, concentrazione di gas) a livelli accettabili per gli animali allevati, nonostante le va- riazioni meteorologiche esterne. Per otte- nere questo risultato sono disponibili al- cune tecniche che si possono mettere in atto in fase di costruzione/ristrutturazio- ne dei fabbricati o durante la fase d'alleva- mento. Nel presente lavoro si tratta in particolare dell'isolamento termico (coi- bentazione), che riveste un ruolo deter- minante nel limitare la dispersione di ca- lore attraverso gli elementi di chiusura dell'edificio.La coibentazione degli edifici zootecnici è uno degli interventi fondamentali del con-
trollo ambientale. In situazione invernale e per ricoveri che ospitano soggetti che te- mono le basse temperature (sale parto, lo- cali per svezzamento o per accrescimento), l'isolamento termico è in grado di limitare la dispersione di calore verso l'esterno in modo da ridurre le richieste di calore artifi- ciale per il mantenimento delle temperatu- re di benessere. Il livello della coibentazio- ne da adottare, che non può essere quello massimo possibile, richiede l'analisi di una serie di fattori, fra i quali i parametri micro- climatici dell'ambiente d'allevamento, le condizioni climatiche esterne, il bilancio termico dell'edificio, il costo di costruzione e i costi energetici per il riscaldamento.
L’isolamento termico
Il ruolo svolto dalla coibentazione dell'edi- ficio è quello di ridurre l'effetto delle varia-
zioni della temperatura esterna sulla tempe- ratura dell'aria all'interno del locale di alle- vamento.
Durante il periodo invernale il compito principale è quello di limitare la dispersione di calore attraverso le pareti, il soffitto e il pavimento del ricovero e rendere possibile, perciò, l'utilizzazione del calore prodotto dagli animali per assicurare un certo livello di temperatura interna.
La quantità di calore dispersa dipende:
dalla differenza di temperatura (Dt) fra in- terno ed esterno;
dalla superficie degli elementi di chiusura;
dalle caratteristiche termiche degli elementi di chiusura e, in particolare, dalla loro tra- smittanza unitaria U (box 1).
Un altro compito dell'isolamento termico è quello di controllare la condensazione su- perficiale del vapore acqueo. Con U parti- diPaolo Rossi e Alessandro Gastaldo*
*Crpa - Reggio Emilia
g FOTO 1 Controsoffitto in lastre di polistirene espanso.
colarmente basso, infatti, la temperatura della faccia interna delle pareti non si disco- sta molto dalla temperatura dell'aria am- biente, per cui sono ostacolati i fenomeni di condensa, causa di deterioramento del rico- vero e delle attrezzature e minaccia per lo stato sanitario degli animali.
La coibentazione dell'edificio dovrebbe es- sere definita in fase di progettazione di una nuova costruzione, ma è anche possibile intervenire su fabbricati esistenti con parti- colari interventi di ristrutturazione.
Il mercato edile mette oggi a disposizione una vastissima gamma di materiali isolanti,
con prestazioni, campi d'impiego e costi anche molto diversi. Fra i mate- riali più comuni si ricordano quelli ot- tenuti da lavorazioni industriali di taluni prodotti minerali o sintetici (vermiculi- te, argilla espansa), utilizzati soprattut- to per la fabbrica- zione dei blocchi termoisolanti di cal- cestruzzo, le fibre minerali (lana di ve- tro, lana di roccia), il vetro cellulare espanso e le materie plastiche alveolari, quali il polistirolo espanso in lastre, il poliu- retano espanso in lastre o a spruzzo e il polistirene espanso in lastre (foto 1).
La ventilazione
La ventilazione delle porcilaie in periodo in- vernale ha le seguenti fondamentali funzioni:
apportare l'ossigeno necessario agli animali e all'uomo;
allontanare i gas nocivi (anidride carbonica, ammoniaca, acido solfidrico, etc.) prodotti nel corso dei processi metabolici e origina- tisi dalla fermentazione delle deiezioni;
eliminare il vapore acqueo prodotto dai sui- ni o da altre fonti;
eliminare le polveri e il microbismo atmo- sferico.
Per poter mantenere all'interno del ricove- ro un livello di umidità relativa non supe- riore ai massimi consigliati, si deve smaltire verso l'esterno il vapore acqueo in eccesso;
in caso contrario questo si accumulerebbe sino a saturare l'atmosfera interna. Quindi, la ventilazione invernale dovrà essere com- misurata al vapore acqueo prodotto dagli animali, oltre a quello che proviene per evaporazione dalle deiezioni, dall'acqua di abbeverata e da altre possibili fonti (box 2).
Poiché le perdite termiche dovute alla ven- tilazione sono direttamente proporzionali al volume d'aria ricambiato, gran parte degli allevatori è invogliata a ridurre la ventilazio- ne al di sotto del minimo consigliato, in modo da realizzare una temperatura suffi- cientemente alta all'interno dell'edificio. Ta- le comportamento, ovviamente, deve esse- re evitato, così come il fatto di dimensiona- re l'impianto di ventilazione in base a impressioni superficiali, con il rischio di ritrovarsi con portate minime assolutamen- te esuberanti rispetto alle reali esigenze.
Bilancio termico
e riscaldamento artificiale
All'interno della porcilaia si deve realizzare una condizione di equilibrio termico, ovvero Tab. 1 - Caratteristiche dimensionali
della porcilaia per accrescimento
Dati Valori
Superficie interna, al netto dei muri perimetrali
(m2) 372,9
Volume interno (m3) 1.286,60
Superficie disperdente (m2), di cui: 658,3
- pareti (%) 32,8
- tetto (%) 58,9
- finestre e porte (%) 8,3
Perimetro disperdente (m) 93,5
Tab. 2 - Dati climatici, produzione di calore e portata di ventilazione in situazione invernale
Dati Valori
Temperatura interna = Temperatura critica inferiore (°C) 17 Umidità relativa interna massima per periodi limitati (%) 80
Temperatura esterna (°C) -4
Umidità relativa esterna (%) 90
Massima concentrazione di CO2ammessa in ambiente
per periodi limitati (ppm) 2.360
Produzione totale di calore sensibile (W) 42.953 Produzione totale di calore latente (g/h di vapore
acqueo) 45.864
Ventilazione minima invernale (m3/h) 5.455
La conduttività (l, in W/m °C) è il flusso di calore che, nelle condizioni di regime stazionario, passa attraverso una parete di materiale omo- geneo dello spessore di 1 m, per 1 m2di superficie e per una differenza di temperatura 1 °C tra le due facce opposte e parallele della parete.
La conduttanza unitaria (C, in W/m2°C) è il flusso di calore che, nelle condizioni di regime stazionario, passa attraverso 1 m2di superficie, per una differenza di temperatura di 1 °C, tra due facce opposte di uno strato considerato, sia esso omogeneo o eterogeneo, solido, liquido o aeriforme.
La trasmittanza unitaria (U, in W/m2°C) è il flusso di calore che, nelle condizioni di regime stazionario, passa da un fluido a un altro, attra- verso una parete, per 1 m2di superficie e per una differenza di temperatura 1 °C fra i due fluidi.
BOX 1 - CONDUTTIVITÀ,
CONDUTTANZA E TRASMITTANZA
il calore prodotto dai suini (Fs) deve egua- gliare le perdite termiche dell'edificio (box 3):
Fs = Fe + Fp + Fv
Se ciò non accade può rendersi necessario il ricorso a fonti di calore artificiale (Fa) o, in alternativa, si può accettare un decremento delle performance produttive degli animali, in particolare dell'incremento ponderale giornaliero, evitando però le ripercussioni
sullo stato sanitario, oppure si può fornire energia supplementare aumentando il livel- lo energetico della razione.
La convenienza ad adottare un impianto per il riscaldamento artificiale deve essere attentamente valutata dal punto di vista economico, ponendo a confronto i costi energetico e impiantistico necessari a man- tenere certe condizioni microclimatiche
con il maggior costo per l'alimentazione e/o con il peggioramento delle prestazioni zootecniche.
Il riscaldamento artificiale nelle porcilaie può essere di tipo diffuso, oppure di tipo localizzato (foto 2); le fonti energetiche normalmente usate sono i combustibili (ga- solio, metano, olio combustibile, etc.) e l'energia elettrica.
In condizioni invernali, si può ritenere che circa il 20% del calore sensibile prodotto dagli animali sia utilizzato per l'evaporazione di acqua all'interno dell'ambiente, trasformandosi così in calore latente che si va a sommare a quello prodotto direttamente sotto tale forma. Quindi, nel calcolo della produzione totale di vapore acqueo (XaTotin g/h) si potrà tenere conto di questa quota aggiuntiva considerando che per ogni W di calore sensibile
“convertito” in calore latente si ha la produzione di 1,48 g/h di vapore.
Il volume unitario minimo di aria da ricambiare (Vminin m3/h) sarà pertan- to:
Vmin= Xatot/Dx
dove Dx è la differenza di umidità assoluta (in g/m3) fra aria interna e aria esterna (xi - xe).
Il valore di xi è quello corrispondente alla temperatura interna di riferi- mento e al livello massimo accettabile di umidità relativa; il valore di xe,
invece, deve fare riferimento alla temperatura esterna minima di proget- to per quella zona climatica e alla rispettiva umidità relativa media.
Il metodo di calcolo basato sulla rimozione del vapore acqueo presenta una notevole variabilità in relazione alla temperatura am- biente, alla temperatura esterna e al contenuto di umidità dell'aria.
In alternativa, la portata minima di ventilazione può essere commisurata all'esigenza di espellere l'anidride carbonica in eccesso. Una formula utilizzabile a tale scopo è la seguente:
Vmin= Pac/(Ci- Ce)
dove Pacè la produzione di anidride carbonica dei suini (in l/h), Ciè la concentrazione massima tollerabile di anidride carbonica all'interno del ricovero (da 2 a 3 l/m3d'aria) e Ceè la concentrazione media dello stesso gas nell'aria esterna (pari a 0,35 l/m3).
È bene eseguire i calcoli della ventilazione minima con entrambi i sistemi proposti e quindi optare per il valore risultante più alto.
BOX 2 - VENTILAZIONE INVERNALE E PRODUZIONE DI VAPORE ACQUEO
Se indichiamo con A la superficie in metriquadi di un elemento di chiusura, il flusso di calore che lo attraversa (Fe) è dato dalla seguente formula:
Fe = A * U * Dt
dove U è la trasmittanza unitaria e Dt è la differenza di temperatura fra interno ed esterno. Poiché un ricovero è delimitato da elementi di chiusura di tipo diverso (pareti, tetto, serramenti), la trasmittanza da inserire nella formula deve essere quella media dell'edificio (Umed), ovvero la media ponderale degli U relativi a ciascun elemento.
È sempre consigliabile che gli U dei vari elementi non si discostino troppo da Umed; in caso contrario potrebbe formarsi, sugli elementi meno coibenti e quindi più freddi, un'abbondante condensa, con tutti gli incon- venienti del caso. Inoltre, bisogna considerare che l'animale avverte non solo la temperatura dell'aria ambiente, ma anche quella degli elementi di chiusura dell'edificio o dei corpi in esso contenuti (temperatura radian- te), per cui è importante evitare la formazione di zone fredde che, accentuando gli scambi energetici per irraggiamento, possono accre-
scere la situazione di disagio dei suini.
Per quanto riguarda il calore disperso dal pavimento (Fp), si considera convenzionalmente il perimetro anziché la superficie, perché i maggiori scambi termici interessano il metro più esterno.
La ventilazione in periodo invernale non deve eccedere il volume neces- sario per l'eliminazione dell'umidità interna; il ricambio dell'aria, infatti, ha come contropartita una asportazione di calore (Fv) calcolabile con la seguente formula:
Fv = V * c * Dt
dove V è la portata di ventilazione in m3/h, c è il calore specifico dell'aria (mediamente pari a 0,36 W/m3°C) e Dt è la differenza di temperatura fra aria interna e aria esterna.
Risulta evidente l'importanza del corretto dimensionamento del volume di ventilazione, che è strettamente connesso con le perdite energetiche dell'edificio. Nel caso di iperventilazione, infatti, si incorre in gravi spre- chi energetici, che risulteranno molto più marcati in edifici in cui è necessario garantire un ambiente termico costante (porcilaie da parto o da svezzamento).
BOX 3 - CALCOLO DELLA DISPERSIONE DI CALORE DA UNA PORCILAIA
Porcilaia per la fase di accresci- mento
Di seguito si riporta un caso pratico di studio, al fine di esemplificare alcuni dei concetti esposti in precedenza, con partico- lare riferimento all’influenza dell’isolamen- to termico sull'entità delle dispersioni ter- miche dell'edificio. In un successivo artico-
lo saranno illustrati gli effetti sul costo di costruzione della porcilaia e sul costo energetico per il ri- scaldamento. L’edificio ipotizzato è una porcilaia per 540 suini in accresci- mento, da 30 a 50 kg di peso vivo, con box a pavimento parzial- mente fessurato di- sposti su due file (fi- gura 1). La lunghezza interna dell'edificio è di 36,56 m e la lar- ghezza interna è di 10,2 m; il tetto è a due falde con pen- denza del 29% e le pareti laterali hanno altezza interna di 2,74 m. L'asse princi- pale della porcilaia ha orientamento Est-Ovest. La ventilazione è naturale, con ingresso dell’aria dalle finestre e uscita dal cupolino di colmo. Su ogni lato lungo sono previste 9 finestre delle dimensio- ni di 2,4x1,2 m; la larghezza del cupolino, dotato di deflettore di regolazione, è di 0,5 m.
Nella tabella 1 sono riportate le principali
caratteristiche dimensionali dell’edificio ai fini del bilancio termico.
Il confronto è basato sul diverso livello di isolamento termico dell’edificio, ottenuto con l’impiego di materiali più coibenti nelle diverse soluzioni ipotizzate.
È bene chiarire che in questa simulazione, per semplicità, non sono stati considerati gli effetti dei ponti termici che, pure, in molte situazioni, possono avere una notevole rile- vanza.
Le caratteristiche edili della soluzione base (T1) sono le seguenti:
n pareti di tamponamento in blocchi di calcestruzzo, spessore 0,2 m (C=4);
n intonaco interno (malta bastarda), spes- sore 15 mm (l=0,9);
n manto di copertura in lastre ondulate di fibrocemento, spessore 7 mm (l=0,3);
n controsoffitto in lastre piane di fibroce- mento, spessore 7 mm (l=0,3);
n finestre con vetroresina traslucida, spes- sore 1 mm (l=0,5);
porte di vetroresina, spessore 5 mm (l=0,5). Nelle ipotesi successive (da T2 a T6) sono state migliorate via via le caratteristiche ter- miche della struttura, allo scopo di abbassa- re progressivamente il valore di Umed. Ogni soluzione mantiene le migliorie delle solu- zioni precedenti e ne aggiunge di nuove.
Ipotesi di miglioramento
Nella soluzione T2 il controsoffitto è realiz- g FOTO 2 Impianto di riscaldamento a tubi alettati.
Tab. 3 - Bilancio termico dell’edificio nelle diverse soluzioni costruttive ipotizzate
Dati Unità di
misura T1 T2 T3 T4 T5 T6
Umed W/m2°C 4,54 1,97 1,7 1,21 1,03 0,73
Fe, di cui: W 62.808 27.185 23.544 16.734 14.200 10.038
pareti % 18,6 42,9 49,6 29 16,4 23,2
tetto % 69,4 29,3 18,4 25,9 30,5 43,2
finestre e porte % 12 27,8 32 45,1 53,1 33,6
Fp W 1.964 1.964 1.964 1.964 1.964 1.964
Fv W 41.238 41.238 41.238 41.238 41.238 41.238
Fa W 63.056 27.434 23.793 16.982 14.449 10.287
Fa=calore richiesto per il pareggio del bilancio termico (deficit termico)
il calore prodotto dai suini (Fs) deve egua- gliare le perdite termiche dell'edificio (box 3):
Fs = Fe + Fp + Fv
Se ciò non accade può rendersi necessario il ricorso a fonti di calore artificiale (Fa) o, in alternativa, si può accettare un decremento delle performance produttive degli animali, in particolare dell'incremento ponderale giornaliero, evitando però le ripercussioni
sullo stato sanitario, oppure si può fornire energia supplementare aumentando il livel- lo energetico della razione.
La convenienza ad adottare un impianto per il riscaldamento artificiale deve essere attentamente valutata dal punto di vista economico, ponendo a confronto i costi energetico e impiantistico necessari a man- tenere certe condizioni microclimatiche
con il maggior costo per l'alimentazione e/o con il peggioramento delle prestazioni zootecniche.
Il riscaldamento artificiale nelle porcilaie può essere di tipo diffuso, oppure di tipo localizzato (foto 2); le fonti energetiche normalmente usate sono i combustibili (ga- solio, metano, olio combustibile, etc.) e l'energia elettrica.
In condizioni invernali, si può ritenere che circa il 20% del calore sensibile prodotto dagli animali sia utilizzato per l'evaporazione di acqua all'interno dell'ambiente, trasformandosi così in calore latente che si va a sommare a quello prodotto direttamente sotto tale forma. Quindi, nel calcolo della produzione totale di vapore acqueo (XaTotin g/h) si potrà tenere conto di questa quota aggiuntiva considerando che per ogni W di calore sensibile
“convertito” in calore latente si ha la produzione di 1,48 g/h di vapore.
Il volume unitario minimo di aria da ricambiare (Vminin m3/h) sarà pertan- to:
Vmin= Xatot/Dx
dove Dx è la differenza di umidità assoluta (in g/m3) fra aria interna e aria esterna (xi - xe).
Il valore di xi è quello corrispondente alla temperatura interna di riferi- mento e al livello massimo accettabile di umidità relativa; il valore di xe,
invece, deve fare riferimento alla temperatura esterna minima di proget- to per quella zona climatica e alla rispettiva umidità relativa media.
Il metodo di calcolo basato sulla rimozione del vapore acqueo presenta una notevole variabilità in relazione alla temperatura am- biente, alla temperatura esterna e al contenuto di umidità dell'aria.
In alternativa, la portata minima di ventilazione può essere commisurata all'esigenza di espellere l'anidride carbonica in eccesso. Una formula utilizzabile a tale scopo è la seguente:
Vmin= Pac/(Ci- Ce)
dove Pacè la produzione di anidride carbonica dei suini (in l/h), Ciè la concentrazione massima tollerabile di anidride carbonica all'interno del ricovero (da 2 a 3 l/m3d'aria) e Ceè la concentrazione media dello stesso gas nell'aria esterna (pari a 0,35 l/m3).
È bene eseguire i calcoli della ventilazione minima con entrambi i sistemi proposti e quindi optare per il valore risultante più alto.
BOX 2 - VENTILAZIONE INVERNALE E PRODUZIONE DI VAPORE ACQUEO
Se indichiamo con A la superficie in metriquadi di un elemento di chiusura, il flusso di calore che lo attraversa (Fe) è dato dalla seguente formula:
Fe = A * U * Dt
dove U è la trasmittanza unitaria e Dt è la differenza di temperatura fra interno ed esterno. Poiché un ricovero è delimitato da elementi di chiusura di tipo diverso (pareti, tetto, serramenti), la trasmittanza da inserire nella formula deve essere quella media dell'edificio (Umed), ovvero la media ponderale degli U relativi a ciascun elemento.
È sempre consigliabile che gli U dei vari elementi non si discostino troppo da Umed; in caso contrario potrebbe formarsi, sugli elementi meno coibenti e quindi più freddi, un'abbondante condensa, con tutti gli incon- venienti del caso. Inoltre, bisogna considerare che l'animale avverte non solo la temperatura dell'aria ambiente, ma anche quella degli elementi di chiusura dell'edificio o dei corpi in esso contenuti (temperatura radian- te), per cui è importante evitare la formazione di zone fredde che, accentuando gli scambi energetici per irraggiamento, possono accre-
scere la situazione di disagio dei suini.
Per quanto riguarda il calore disperso dal pavimento (Fp), si considera convenzionalmente il perimetro anziché la superficie, perché i maggiori scambi termici interessano il metro più esterno.
La ventilazione in periodo invernale non deve eccedere il volume neces- sario per l'eliminazione dell'umidità interna; il ricambio dell'aria, infatti, ha come contropartita una asportazione di calore (Fv) calcolabile con la seguente formula:
Fv = V * c * Dt
dove V è la portata di ventilazione in m3/h, c è il calore specifico dell'aria (mediamente pari a 0,36 W/m3°C) e Dt è la differenza di temperatura fra aria interna e aria esterna.
Risulta evidente l'importanza del corretto dimensionamento del volume di ventilazione, che è strettamente connesso con le perdite energetiche dell'edificio. Nel caso di iperventilazione, infatti, si incorre in gravi spre- chi energetici, che risulteranno molto più marcati in edifici in cui è necessario garantire un ambiente termico costante (porcilaie da parto o da svezzamento).
BOX 3 - CALCOLO DELLA DISPERSIONE DI CALORE DA UNA PORCILAIA
Porcilaia per la fase di accresci- mento
Di seguito si riporta un caso pratico di studio, al fine di esemplificare alcuni dei concetti esposti in precedenza, con partico- lare riferimento all’influenza dell’isolamen- to termico sull'entità delle dispersioni ter- miche dell'edificio. In un successivo artico-
lo saranno illustrati gli effetti sul costo di costruzione della porcilaia e sul costo energetico per il ri- scaldamento.
L’edificio ipotizzato è una porcilaia per 540 suini in accresci- mento, da 30 a 50 kg di peso vivo, con box a pavimento parzial- mente fessurato di- sposti su due file (fi- gura 1). La lunghezza interna dell'edificio è di 36,56 m e la lar- ghezza interna è di 10,2 m; il tetto è a due falde con pen- denza del 29% e le pareti laterali hanno altezza interna di 2,74 m. L'asse princi- pale della porcilaia ha orientamento Est-Ovest. La ventilazione è naturale, con ingresso dell’aria dalle finestre e uscita dal cupolino di colmo. Su ogni lato lungo sono previste 9 finestre delle dimensio- ni di 2,4x1,2 m; la larghezza del cupolino, dotato di deflettore di regolazione, è di 0,5 m.
Nella tabella 1 sono riportate le principali
caratteristiche dimensionali dell’edificio ai fini del bilancio termico.
Il confronto è basato sul diverso livello di isolamento termico dell’edificio, ottenuto con l’impiego di materiali più coibenti nelle diverse soluzioni ipotizzate.
È bene chiarire che in questa simulazione, per semplicità, non sono stati considerati gli effetti dei ponti termici che, pure, in molte situazioni, possono avere una notevole rile- vanza.
Le caratteristiche edili della soluzione base (T1) sono le seguenti:
n pareti di tamponamento in blocchi di calcestruzzo, spessore 0,2 m (C=4);
n intonaco interno (malta bastarda), spes- sore 15 mm (l=0,9);
n manto di copertura in lastre ondulate di fibrocemento, spessore 7 mm (l=0,3);
n controsoffitto in lastre piane di fibroce- mento, spessore 7 mm (l=0,3);
n finestre con vetroresina traslucida, spes- sore 1 mm (l=0,5);
porte di vetroresina, spessore 5 mm (l=0,5).
Nelle ipotesi successive (da T2 a T6) sono state migliorate via via le caratteristiche ter- miche della struttura, allo scopo di abbassa- re progressivamente il valore di Umed. Ogni soluzione mantiene le migliorie delle solu- zioni precedenti e ne aggiunge di nuove.
Ipotesi di miglioramento
Nella soluzione T2 il controsoffitto è realiz- g FOTO 2 Impianto di riscaldamento a tubi alettati.
Tab. 3 - Bilancio termico dell’edificio nelle diverse soluzioni costruttive ipotizzate
Dati Unità di
misura T1 T2 T3 T4 T5 T6
Umed W/m2°C 4,54 1,97 1,7 1,21 1,03 0,73
Fe, di cui: W 62.808 27.185 23.544 16.734 14.200 10.038
pareti % 18,6 42,9 49,6 29 16,4 23,2
tetto % 69,4 29,3 18,4 25,9 30,5 43,2
finestre e porte % 12 27,8 32 45,1 53,1 33,6
Fp W 1.964 1.964 1.964 1.964 1.964 1.964
Fv W 41.238 41.238 41.238 41.238 41.238 41.238
Fa W 63.056 27.434 23.793 16.982 14.449 10.287
Fa=calore richiesto per il pareggio del bilancio termico (deficit termico)
zato in lastre di polistirene espanso estruso (l=0,035) dello spessore di 30 mm, mentre nella soluzione T3 lo stesso tipo di lastre ha spessore di 60 mm.
La soluzione T4 prevede pareti in Leca- blocchi facciavista dello spessore di 0,3 m (C=1,16) e nella soluzione T5 è stato ag- giunto internamente alle pareti uno strato isolante di polistirene espanso estruso dello spessore di 40 mm (l=0,035).
Infine, nella soluzione T6 si sono fatte mi- gliorie ai serramenti, prevedendo finestre in pannelli di policarbonato alveolare a 3 stra- ti, spessore di 16 mm (C=4,1).
Il passo successivo è la verifica del bilancio termico dell’edificio in regime stazionario, cioè con riferimento a parametri costanti, per la situazione invernale. I calcoli sono riferiti ai suini all’inizio del ciclo d’alleva- mento, con peso medio unitario di 30 kg, e alle condizioni microclimatiche accettabili in ambiente per periodi limitati; questo per-
ché lo scopo del bi- lancio termico in re- gime stazionario è quello di ricercare il deficit termico, al fi- ne di dimensionare l’eventuale impianto di riscaldamento.
Quest’ultimo deve essere in grado di garantire almeno le condizioni interne impostate nei mo- menti più rigidi del- l’anno e nelle condi- zioni più critiche (animali a inizio ci- clo). Se i calcoli fos- sero fatti con riferi- mento alle condizio- ni ottimali per quella categoria zootecnica si otterrebbe un co- stoso sovradimen- sionamento dell’im- pianto termico, del tutto inutile dal pun- to di vista pratico, per i limitati periodi dell’anno durante i quali potrebbe servire una potenza così ele- vata. Per questa ragione la temperatura in- terna di riferimento viene posta pari alla temperatura critica inferiore (TCI) e l’umi- dità relativa interna di riferimento viene fissata pari a 10 punti percentuali in più rispetto a quella massima consigliabile per la categoria di suini in esame.
Nella tabella 2 si riportano i parametri climatici di riferimento e i dati calcolati relativi alla produzione di calore e alla ventilazione minima per la situazione in- vernale.
I principali dati relativi al bilancio termico delle 6 soluzioni messe a confronto sono riportati nella tabella 3.
Deficit termico
La soluzione T1 è ovviamente improponi- bile per l'allevamento di suini in accresci- mento, perché caratterizzata da una tra-
smittanza media elevatissima; ciò è da im- putarsi per la massima parte al tetto non coibentato. Il deficit termico di 117 W/ca- po richiederebbe una caldaia con potenza di 80 kW!
Già con la soluzione T2 le cose cambiano radicalmente: l'inserimento di un contro- soffitto di materiale isolante, benché di spessore modesto, fa scendere Umeda po- co meno di 2, valore ancora troppo alto, ma in grado di abbassare il deficit termico a 51 W/capo (meno della metà di T1). Se il controsoffitto in polistirene raddoppia di spessore (T3), il deficit termico cala a 44 W/capo (-14% rispetto a T2). Queste due soluzioni mostrano chiaramente l'impor- tanza della coibentazione della copertura dell'edificio; in T3 la quota di calore di- sperso attraverso il tetto ammonta al 18,4% di Fe, mentre era del 70% nella soluzione T1.
Nelle soluzioni T4 e T5 si interviene sulle pareti laterali di tamponamento, che in T3 sono responsabili della metà della disper- sione attraverso gli elementi di chiusura del- la porcilaia.
La sostituzione dei blocchi di calcestruzzo da 0,2 m di spessore con blocchi di calce- struzzo alleggerito (tipo Leca) dello spes- sore di 0,3 m abbassa nettamente il deficit termico (-29% rispetto a T3) e la cosa è ulteriormente migliorata con l'inserimen- to di un isolante termico sulla faccia inter- na delle pareti. A questo punto siamo arri- vati ad un valore di trasmittanza più che buono (circa 1 W/m2°C).
L'ultimo passo è quello di agire sui serra- menti, che nella T5 sono responsabili del 53% della dispersione (Fe); le finestre in policarbonato alveolare a 3 strati, dello spessore di 16 mm, sono in grado di ridurre il deficit termico a poco più di 19 W/capo.
Con una trasmittanza di 0,73 W/m2 °C, l'impianto di riscaldamento della porcilaia richiederebbe una caldaia con potenza non superiore a 14 kW.
(In un prossimo articolo si tratterà degli effetti del grado di coibentazione sul costo di costruzione della porcilaia e sul costo energetico per il riscaldamento).
