Nell’epoca della Covid-19 la stagnazione dell’aria dei locali cui in cui si studia è diventata una questione sanitaria centrale. Non è più procrastinabile la necessità di provvedere a una corretta aerazione delle stanze: non solo per aumentare il benessere degli occupanti ma per salvaguardarne la salute. Alla Facoltà di Scienze e Tecnologie, il gruppo di ricerca in Fisica tecnica ambientale si occupa da anni di analizzare la qualità dell’aria negli edifici scolastici. Ora i ricercatori sono impegnati a capire come minimizzare i rischi di contagio tramite gli impianti di ventilazione. I primi esperimenti hanno prodotto risultati incoraggianti.

Pareti divisorie di plexiglas in classe: sì o no? Prima dell’avvio del nuovo anno scolastico, questo dilemma ha affannato per qualche giorno i media e l’opinione pubblica. Quindi, come spesso succede, ha ceduto il posto ad altre urgenze. La domanda sull’opportunità di impiegare le pareti trasparenti ha però oscurato la questione fondamentale: quella della qualità dell’aria che gli scolari, gli studenti e i docenti italiani, quotidianamente, si trovano a respirare.

L’estate scorsa, il prof. Andrea Gasparella e la sua équipe di ricerca in Fisica tecnica ambientale, avevano pubblicato uno studio - condotto prima dell’emergenza coronavirus - che ha confermato i peggiori timori. Il rapporto scaturito dal progetto di ricerca “Il cambiamento è nell’aria” - promosso dalla Libera Università di Bolzano e Agorà, con la collaborazione di ricercatori e dottorandi dell’Università IUAV di Venezia e degli atenei di Trento e Padova – ha scattato una fotografia allarmante della qualità dell’aria a scuola. Dalle misurazioni effettuate è affiorato che i valori massimi di concentrazione di CO2 (900 ppm) sono superati per il 75% del tempo mentre la portata di ventilazione registrata si è attestata sotto la soglia minima prescritta per oltre il 95% del tempo di esposizione. E la pandemia, con tutti i problemi legati alla purificazione dell’aria, ha comprensibilmente aggravato una situazione già difficile.

“Oltra al nostro, diversi altri studi riportano criticità in relazione alla qualità dell’aria negli edifici scolastici”, afferma Andrea Gasparella, “sebbene riscontrabile anche fuori d’Italia, questa problematica è particolarmente rilevante per il parco edilizio scolastico del nostro Paese, spesso datato e in diversi casi soggetto a tutela per vincoli storici e architettonici”. Frequentemente le scuole italiane sono dotate solo di impianti di riscaldamento centralizzato, senza alcuna possibilità di regolare le temperature a seconda degli ambienti. Di rado sono installati sistemi di ventilazione meccanica che facilitano il ricambio d’aria, per non parlare poi dei sistemi di condizionamento estivo, generalmente limitati ai soli uffici amministrativi.

Nell’attuale contesto, in cui i rischi di contagio da Covid-19 sono concreti, la prevenzione può fare la differenza, impedendo l’accensione di focolai di infezione a scuola e la messa in quarantena di classi intere. Secondo Gasparella la strada da seguire per il controllo della concentrazione e distribuzione della carica virale nelle aule è “il corretto ricambio d’aria”. Questo però come dovrebbe avvenire? È sufficiente spalancare le finestre? La risposta è molto chiara. “La sola ventilazione naturale può essere insufficiente se non addirittura controproducente”, precisa il docente.

Da sinistra a destra: i proff. Andrea Gasparella, Michele Larcher, Maurizio Righetti.

Perché la ventilazione naturale è insufficiente?
Diverse sono le ragioni che inducono a ritenere che la semplice apertura delle finestre per cambiare l’aria stagnante sia una falsa soluzione anche se, in mancanza di altre opzioni, la sola praticabile. Con la ventilazione naturale non è possibile garantire in modo costante ed affidabile l’elevato numero necessario di ricambi orari della qualità dell’aria ma, soprattutto, può paradossalmente favorire il trasporto delle cariche virali a postazioni lontane da quelle occupate dai contagiati.

“Tutto, infatti, dipende dalle correnti che si vengono a creare all’interno della classe”, spiega Maurizio Righetti, coordinatore delle attività di ricerca del laboratorio di Termo-FluidoDinamica (LTFD) di unibz, che ha collaborato con il team di Gasparella. “Oltre a questi svantaggi e potenziali pericoli per la salute, dovuti alla possibile circolazione del virus, va considerato che l’aria che entra influisce negativamente sul comfort termo-igrometrico e può causare un aumento del consumo energetico dell’edificio”, aggiunge il prof. Michele Larcher, di LTFD.

L’unico modo per aggirare i problemi elencati è ricorrere a sistemi di ventilazione meccanica controllata di nuovo tipo: quelli designati come di “personal ventilation”. Si tratta di un nuovo concetto di aerazione, già presente nella letteratura scientifica, e che si differenzia notevolmente dalla ventilazione meccanica tradizionale. È proprio su queste tipologie di intervento che si è concentrata l’attenzione dei ricercatori che ad agosto 2020 hanno effettuato esperimenti e raccolta di dati nelle aule del campus di Bolzano di unibz.

I due ricercatori Giovanni Pernigotto e Giuseppe Pisaturo.

Le potenzialità dei sistemi di “personal ventilation”
Diversamente dai sistemi di ventilazione tradizionali, che si affidano a una diluzione degli inquinanti nell’intero volume dell’ambiente attraverso tubazioni che convogliano grandi quantità di aria, i sistemi di ventilazione personalizzata consentono di indirizzare verso ciascun occupante solo l’aria fresca strettamente necessaria. In pratica, per mezzo di un sistema intelligente di ventilazione e aspirazione calibrato sulla posizione precisa dello studente, è possibile fargli giungere aria di buona qualità e con un ricambio limitato al suo fabbisogno, quindi con anche un risparmio energetico. Nel contesto delle aule scolastiche, i sistemi di “personal ventilation” potrebbero venire parzialmente integrati nei banchi stessi. In tal modo, le bocchette di immissione e ripresa dell’aria servirebbero a produrre una vera e propria barriera di aria corrente, limitando la circolazione incontrollata dell’aria tra postazioni adiacenti e, di conseguenza, anche la propagazione del virus.

Durante l’estate di quest’anno, gli ingegneri del gruppo di Fisica tecnica ambientale, assieme ai colleghi di LTFD, hanno effettuato diverse misurazioni nel campus di Bolzano ed hanno anche realizzato, grazie a Maurizio Tavelli, ricercatore afferente ai LTFD, le simulazioni fluidodinamiche al computer. L’aula dove è avvenuta la raccolta dei dati può essere presa ad esempio della situazione ideale descritta in precedenza: di fronte ad ogni banco, sono posizionate bocchette di emissione per l’aria di rinnovo. Attraverso un raggio laser e un generatore di aerosol, i ricercatori sono riusciti a riprendere, per poi misurare e analizzare in 2D al computer, l’interazione tra flusso di aria espirato dal generatore e quello proveniente dalle griglie di ventilazione. I risultati provvisori hanno dimostrato che quando il sistema di “personal ventilation” non veniva azionato, l’aerosol si disperdeva oltre la fila da cui era stato posizionato il generatore, investendo in pieno la persona seduta davanti. Viceversa, quando la “lama” di aria veniva attivata, le minuscole gocce venivano deviate verso l’alto. Ciò lascia intendere che, per prevenire lo scambio di contaminanti tra occupanti seduti in file successive, si potrebbe impiegare anche un sistema di aspirazione, installato sopra le loro teste. Ciò consentirebbe di rimuovere eventuali cariche virali contenendo il rischio di propagazione incontrollata nell’ambiente.

L’incognita di costi e i tempi
Dopo i primi test, il gruppo di ricerca continuerà le analisi sperimentali integrandole con ulteriori simulazioni al computer. “Attraverso di esse miriamo alla valutazione dettagliata del sistema”, spiegano Giovanni Pernigotto e Giuseppe Pisaturo, entrambi ricercatori dell’équipe, “l’obiettivo è studiare l’impatto di diverse configurazioni di immissione e aspirazione delle portate d’aria, prioritarie in questo particolare momento, ma vogliamo anche approfondire l’interazione con l’occupante e il suo comfort”. Rimane aperto l’interrogativo ineludibile dei costi e dei tempi per adeguare le aule scolastiche a nuovi sistemi di aerazione. Il Recovery Fund dall’UE forse potrà finalmente mettere a disposizione del nostro Paese le risorse economiche per provvedere a un adeguamento strutturale delle scuole: un’occasione da non perdere. “Un sistema di personal ventilation potrebbe rivelarsi un intervento non eccessivamente invasivo e, potenzialmente, anche concorrenziale dal punto di vista dei costi rispetto ai tradizionali sistemi di ventilazione meccanica con cui si pensava di intervenire fino a poco prima della pandemia”, concludono i membri del gruppo di ricerca.

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