Come calcolare il numero di ricambi d'aria all'ora (ACH) per la ventilazione industriale

L'accumulo di calore sotto il tetto di una fabbrica è spesso il primo segno visibile di una scarsa ventilazione. I problemi di circolazione dell'aria rimangono più spesso nascosti. In un'officina possono essere in funzione contemporaneamente più aspiratori. I fumi di saldatura possono comunque aleggiare sopra le postazioni di lavoro. La temperatura di solito aumenta ogni pomeriggio.

Il ricambio d'aria orario (ACH) rappresenta un utile punto di partenza per la valutazione della ventilazione industriale. Questa misura collega le dimensioni dell'edificio al flusso d'aria necessario e aiuta a stimare il numero e le dimensioni dei ventilatori necessari.

Che cos'è il numero di ricambi d'aria all'ora nella ventilazione industriale?

Il valore ACH indica il numero di volte in cui l'intero volume d'aria presente all'interno di un edificio viene ricambiato in un'ora. Un valore di 10 ACH significa che il sistema aspira o sposta un volume d'aria pari a quello dell'intero edificio dieci volte all'ora.

Questo processo rappresenta un vero e proprio scambio d'aria, non un semplice movimento d'aria all'interno dello spazio. Un ventilatore di circolazione crea un forte flusso d'aria in un'officina, ma può disperdere calore, umidità e contaminanti. Una buona ventilazione industriale necessita di aspiratori, di adeguate aperture per l'aria fresca e di un percorso rettilineo tra le due.

L'ACH è utile in molte situazioni. Tuttavia, da solo non copre l'intero piano di ventilazione.

Perché l'ACH è importante per fabbriche ed edifici industriali?

Nelle aree industriali è raro trovare temperature uniformi o livelli di contaminazione costanti. Forni, compressori, motori, operai e tetti riscaldati dal sole contribuiscono al calore. Le fasi di produzione possono rilasciare polvere, umidità, odori, nebbie oleose e fumi.

Un ricambio d'aria adeguato elimina questi accumuli prima che raggiungano livelli più elevati. Il ricambio migliora le condizioni di lavoro, riduce i rischi di condensa e supporta i sistemi di raffreddamento evaporativo e a pressione negativa.

Il calcolo elimina le congetture. Un flusso d'aria insufficiente lascia zone calde e stagnanti. Un flusso d'aria elevato aumenta i costi delle apparecchiature, la rumorosità e il consumo energetico senza migliorare significativamente le condizioni.

Come calcolare il ricambio d'aria orario

I calcoli matematici rimangono semplici. Trovare i numeri di input precisi richiede più lavoro.

Fase 1 — Calcolare il volume dell'edificio

Misurare la lunghezza interna, la larghezza e l'altezza libera media dello spazio.

Calcolo metrico:

Volume dell'edificio (m³) = Lunghezza × Larghezza × Altezza

Calcolo imperiale:

Volume dell'edificio (piedi cubi) = Lunghezza × Larghezza × Altezza

Una fabbrica lunga 50 m, larga 30 m e con un'altezza del soffitto di 6 m ha un volume di 9.000 m³. Molti considerano solo la superficie calpestabile, il che porta a un errore comune. Un magazzino alto contiene un volume d'aria significativamente maggiore rispetto a un'officina bassa con la stessa superficie.

Fase 2 — Determinare il flusso d'aria di ventilazione totale

Aggiungi il flusso d'aria reale proveniente da ogni ventilatore di aspirazione o di immissione funzionante.

Le lavorazioni in unità metriche solitamente misurano i metri cubi all'ora, indicati con m³/h o CMH. Le lavorazioni in unità imperiali, invece, misurano i piedi cubi al minuto o CFM.

Le valutazioni di portata d'aria riportate nei cataloghi richiedono un'attenta interpretazione. Una ventola con una portata di 18.000 m³/h in condizioni di aria libera potrebbe erogare una portata inferiore una volta aggiunti alette, condotti, filtri, curve o pannelli di raffreddamento. Questi componenti, infatti, creano pressione statica. Utilizzare il valore di portata d'aria alla pressione di esercizio effettiva, ove disponibile.

Passaggio 3: applicare la formula ACH

Per le unità metriche, la formula è espressa come segue.

ACH = Flusso d'aria totale (m³/h) ÷ Volume dell'edificio (m³)

Le unità imperiali richiedono un piccolo aggiustamento.

ACH = Flusso d'aria totale (CFM) × 60 ÷ Volume dell'edificio (ft³)

Torniamo alla fabbrica da 9.000 m³. Un obiettivo di 10 ACH richiede questo flusso d'aria.

9,000 × 10 = 90,000 m³/h

Per aspiratori con una capacità effettiva di 18.000 m³/h ciascuno, si suggerirebbero inizialmente cinque unità.

90,000 ÷ 18,000 = 5 fans

Cinque ventilatori possono sembrare la soluzione ideale sulla carta. Tuttavia, le prestazioni di ventilazione effettive all'interno dell'edificio potrebbero risultare comunque inadeguate. Tutti i ventilatori raggruppati vicini tra loro con piccole prese d'aria lasciano alcune zone dell'officina prive di aria fresca. La distanza tra i ventilatori, la posizione delle prese d'aria, la direzione del vento, la disposizione dei macchinari e l'altezza del tetto sono fattori di fondamentale importanza.

Di quanti ricambi d'aria all'ora ha bisogno una fabbrica?

Non esiste un singolo valore ACH adatto a tutte le fabbriche.

Un magazzino con capienza limitata potrebbe richiedere solo una ventilazione di base. Un'officina metallurgica con postazioni di saldatura e macchinari ad alta temperatura ha esigenze di ventilazione diverse. La lavorazione degli alimenti, la verniciatura, le operazioni chimiche, la produzione di batterie e i processi polverosi spesso richiedono sistemi di aspirazione speciali. La sola ventilazione generale degli ambienti potrebbe non essere sufficiente a garantire un controllo adeguato.

Il valore ottimale dipende dal carico termico, dagli agenti inquinanti, dai livelli di umidità, dall'altezza dell'edificio, dal numero di lavoratori, dal clima locale e dalle ore di lavoro giornaliere. Occorre inoltre tenere conto delle normative sul luogo di lavoro e degli standard di ventilazione.

I fumi pericolosi o le polveri combustibili richiedono più di un semplice valore ACH. La velocità di aspirazione, la progettazione della cappa, la velocità del condotto, la filtrazione e il punto di scarico necessitano di verifiche ingegneristiche specifiche.

Trasformare il calcolo ACH in selezione del ventilatore

La portata d'aria richiesta aiuta a restringere le opzioni disponibili, ma non determina da sola la scelta esatta della ventola.

Assiale e ventilatori di scarico a parete Sono adatti a molti lavori ad alto volume e bassa pressione. I ventilatori da tetto aspirano l'aria calda che sale verso il soffitto. I ventilatori centrifughi funzionano meglio quando condotti, filtri o altri componenti creano una pressione statica più elevata.

Anche la scelta del materiale è un aspetto importante da considerare. Un ventilatore metallico standard potrebbe non durare a lungo in un allevamento umido o in un ambiente corrosivo. Ventola di scarico in FRP spesso si comporta meglio in quei punti.

L'efficienza del motore, lo stile di azionamento, il livello di rumorosità, l'accessibilità per la manutenzione e le ore di funzionamento influenzano tutti la selezione finale. Molte fabbriche utilizzano anche ventilatori di circolazione, raffreddatori evaporativi, cuscinetti rinfrescanti o deumidificatori. Questi elementi dovrebbero formare un sistema di circolazione dell'aria completo anziché essere componenti separati.

Errori comuni nel calcolo ACH

La maggior parte dei problemi deriva da presupposti errati piuttosto che da errori di calcolo.

• Gli errori più comuni includono questi punti.
• Utilizzo della superficie calpestabile anziché del volume totale dell'edificio.
• Combinazione di valori CFM e m³/h.
• A seconda della potenza del ventilatore a flusso libero.
• Tralasciando la resistenza offerta da condotti, griglie, filtri e pannelli di raffreddamento.
• Consentendo un'area di ingresso dell'aria fresca troppo ridotta.
• Posizionare le ventole in modo che il flusso d'aria sia breve e non attraversi le zone di lavoro.
• Credendo che un ACH più elevato garantisca sempre un raffreddamento migliore.

Un sistema di aspirazione sovradimensionato può aspirare aria attraverso le porte vicine. Le aree di produzione più distanti potrebbero quindi rimanere calde. Test con fumo o verifiche dirette del flusso d'aria spesso evidenziano rapidamente questo problema.

Domande frequenti

D: ACH è la stessa cosa di CFM?

No. CFM misura il volume del flusso d'aria al minuto. ACH indica con quale frequenza tale flusso d'aria sostituisce il volume totale d'aria in un ambiente. Per convertire un valore nell'altro è necessario il volume dell'edificio.

D: È possibile utilizzare ACH per determinare il numero di ventilatori di scarico?

Sì, come prima stima. Il numero finale di ventilatori dipende dal flusso d'aria effettivo alla pressione di esercizio, dalla posizione dei ventilatori, dall'aria in ingresso disponibile, dalle fonti di calore e dal modello di flusso d'aria desiderato.

D: Un ACH più elevato migliora sempre il raffreddamento di fabbrica?

No. Un maggiore ricambio d'aria può aiutare a dissipare il calore. Una distribuzione non ottimale potrebbe comunque lasciare zone di ristagno d'aria. Quando l'aria esterna è già calda, la sola ventilazione potrebbe non essere sufficiente. Potrebbero essere necessari il raffreddamento evaporativo, il raffreddamento localizzato o altri metodi.

Conclusione

ACH fornisce una base utile per i calcoli di ventilazione industriale. Risultati precisi dipendono comunque da misurazioni esatte dell'edificio, dalle reali prestazioni dei ventilatori, da un bilanciamento delle immissioni d'aria e da una buona comprensione delle fonti di calore o di contaminazione.

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