L’effetto Stack: come funziona e il suo impatto sull’efficienza energetica

Di Patti Dees

L’effetto stack, chiamato anche effetto camino, guida il flusso d’aria attraverso gli edifici. Controllare il movimento dell’aria dentro e attraverso un edificio può aumentare l’efficienza energetica e risparmiare denaro.

Che cos’è l’effetto Stack?

L’effetto stack è il movimento dell’aria causato da differenze termiche. L’aria a temperatura più elevata è meno densa dell’aria più fredda. Quando l’aria più calda sale, crea una differenza di pressione, con una pressione più bassa sotto e una pressione più alta sopra. Negli edifici durante l’inverno, la pressione più bassa consente all’aria più fredda dall’esterno di spostarsi nei piani inferiori. La temperatura dell’aria più fredda inizia ad aumentare, continuando il ciclo. Durante l’estate o nei climi più caldi, l’effetto pila è invertito. L’aria calda esterna entra nella parte superiore dell’edificio più fresco e crea un progetto verso il basso.

Ogni edificio ha un livello di pressione neutro (NPL), dove la differenza di pressione tra l’edificio e il suo ambiente è la stessa. Il movimento dell’aria dentro o fuori l’edificio è ridotto lungo questo piano e aumenta ulteriormente da esso. Le apparecchiature che spostano attivamente l’aria all’interno o all’esterno dell’edificio, come i sistemi di scarico, sposteranno la posizione NPL nell’edificio. Conoscere l’NPL di un edificio consente ai progettisti e ai responsabili degli edifici di concentrarsi sulle misure di controllo dove sono più necessarie.

Quando lo stack è contro di te

L’effetto stack può essere utile, ma solo se i progetti hanno pianificato i suoi effetti. Senza pianificazione, effetto pila può causare alcuni problemi gravi, soprattutto negli edifici alti. Gli esempi includono:

• Ceppo su apparecchiature HVAC come si lotta per affrontare perdite d’aria o carico aggiuntivo. I sistemi HVAC inefficienti aumentano i costi energetici e di manutenzione e una regolazione inadeguata della temperatura riduce il comfort degli occupanti.
• L’umidità entra nell’edificio, ponendo le basi per la crescita di muffe e batteri. L’intrusione di umidità è un problema serio che danneggia gli edifici e causa problemi di salute degli occupanti.
• Porte e ascensori possono richiedere più forza per aprire o chiudere, o il contrario può essere il caso e possono sbattere facilmente.
• L’aria che passa attraverso le fessure crea rumore.
• Il movimento dell’aria può influire sulla prevenzione degli incendi, diffondendo fiamme e fumo. In alcuni casi, le aree di costruzione esposte al flusso d’aria più freddo possono avere tubazioni del sistema sprinkler congelate.

Progettisti, costruttori e facility manager possono adottare misure per mitigare l’impatto dell’effetto stack. Alcune sono misure di efficienza energetica di base, come sigillare correttamente e isolare le aperture dei tubi nell’involucro dell’edificio per fermare le perdite o progettare pareti esterne strette. Determinare dove è più probabile che l’aria entri nell’edificio, attraverso aperture o tramite perdite, è il primo passo per controllare l’effetto stack. Modellazione e valutazione di scenari con pressione del vento e temperature estreme sono anche strumenti importanti che i professionisti utilizzano per impostare un piano per specifiche esigenze di costruzione.

Impilare i tuoi vantaggi

La ventilazione naturale può far risparmiare denaro a proprietari e gestori di edifici, fino al 30% in alcuni casi. Le caratteristiche del progetto dovrebbero concentrarsi sulla miscelazione dell’aria fresca con l’aria corrente e sul controllo dell’effetto stack all’interno dell’edificio.

Finestre di poppa interne e pareti interne reindirizzano il flusso attraverso le aree occupate. Un percorso indiretto consente al movimento di aria più fresca di mescolarsi e rimuovere l’aria viziata. Le aperture di scarico interne devono essere al di sopra delle aperture di alimentazione in modo che l’effetto pila spazza aria viziata su e fuori. I nuovi edifici progettati per la ventilazione naturale dovrebbero essere posizionati per catturare il vento durante l’estate e bloccare l’esposizione durante l’inverno.

Prima di affidarsi a stack effect per fornire una ventilazione naturale, considerare alcuni dei limiti. La ventilazione naturale non include il controllo dell’umidità. L’altezza e la larghezza dell’edificio contano. Le aree centrali di edifici molto ampi non beneficeranno solo degli sforzi di ventilazione naturale. Inoltre, gli edifici con soffitti bassi non vedranno un flusso d’aria significativo dall’effetto stack. Può essere necessaria una ventilazione assistita. I moderni codici di sicurezza e antincendio possono anche limitare alcune opzioni di progettazione storicamente utilizzate in luoghi come le scale.

Poiché l’effetto stack è inevitabile, i progetti di costruzione possono limitare gli effetti indesiderati sfruttando i modelli di flusso d’aria.

Biografia:

Patti Dees è un ingegnere chimico diventato scrittore. Gira la sua natura polimatica per produrre pezzi chiari e informativi su argomenti tecnici.

Ulteriori letture:

• https://global.ctbuh.org/resources/papers/download/3084-stack-effect-in-high-rise-buildings-a-review.pdf
• https://www.trane.com/content/dam/Trane/Commercial/global/products-systems/education-training/engineers-newsletters/airside-design/admapn003en_0502.pdf
• https://www.buildingscience.com/documents/digests/bsd-014-air-flow-control-in-buildings