Ventilazione e aerazione delle cucine

Criteri semplificati per il dimensionamento dei sistemi di evacuazione dei fumi dalle cucine

Questo articolo tratta l’annosa questione del corretto dimensionamento dei sistemi di evacuazione dei prodotti della combustione, dei vapori di cottura e degli apparecchi di cottura. L’attenzione ricade sulle grandi cucine e a riguardo, l’argomento trattato completo di esempi e tabelle, riporterà dati ricavati dalle diverse norme e leggi che ne regolano la progettazione e l’esecuzione; oltre la nota UNI CIG 7129:2008 sono da considerare:

UNI 8723:2010 – Impianti a gas per l’ospitalità di comunità e similare (grandi cucine);
D.M. 12/04/1996 – Approvazione della regola tecnica di prevenzione incendi per la progettazione, la costruzione e l’esercizio degli impianti termici alimentati da combustibile gassoso;
UNI EN 13779:2008 – Ventilazione degli edifici non residenziali;
UNI 10339:1995 – Impianti aeraulici ai fini del benessere;
CEI 31-35/A.

Ventilazione e aerazione delle cucine

L’aerazione e la ventilazione dei locali cucina, pur essendo elementi importanti al fine di garantire un ambiente di lavoro confortevole e sicuro agli operatori sono spesso trascurate e affidate alla semplice installazione di una cappa aspirante. Al contrario, specie nelle grandi cucine, la realizzazione di un impianto che garantisca un ambiente di lavoro salubre che eviti la diffusione degli odori nella sala di somministrazione ed evacui le fumane senza disturbare il vicinato, costituisce un aspetto impiantistico problematico (per quanto sopra appare chiaro che un impianto di ventilazione di una cucina professionale dovrebbe essere accuratamente progettato).
L’impianto di ventilazione ha il compito di:

immettere ed aspirare i necessari flussi d’aria al fine di evacuare gli odori ed i prodotti della combustione;
mantenere la temperatura e l’umidità a valori tollerabili per il personale evitando la presenza di correnti d’aria fastidiose;
evitare la contaminazione dei cibi attraverso il controllo della qualità dell’aria immessa, con particolare attenzione al posizionamento dei punti di presa di aria dall’esterno;
evitare l’inquinamento odorigeno della sala di somministrazione;
evitare che possano crearsi miscele con un tenore pericoloso di gas non combustibili.

In base alle caratteristiche della ventilazione gli impianti si possono dividere in:

Ventilazione naturale
Consiste nel sistemare sopra le apparecchiature “emittenti” una cappa collegata ad una canna fumaria che per tiraggio naturale evacua le fumane. Ad oggi è una tecnica completamente abbandonata.

Ventilazione meccanica con cappa senza reintegro
L’aria calda prodotta dalle apparecchiature è aspirata da un sistema di estrazione e reintegrata conseguentemente attraverso le aperture di ventilazione.

Ventilazione meccanica con cappa e reintegro di aria
L’aria calda prodotta dalle apparecchiature è aspirata da un sistema di estrazione, mentre
il reintegro avviene per mezzo di un sistema meccanico più o meno complesso che consente di controllare la quantità e la qualità dell’aria insufflata.
A causa delle portate di aria da evacuare, come apparirà chiaro nel proseguo, l’unico impianto funzionale per cucine di tipo professionale è quello che prevede il reintegro meccanico dell’aria espulsa, solo in questo modo infatti è possibile ottenere velocità dell’aria di immissione accettabili.
Nel proseguo saranno fornite delle indicazioni semplificate di progettazione/verifica di un impianto di ventilazione e alcuni esempi di impianti.

Impianti di Estrazione

Cappe
In linea di massima la dimensione della cappa deve superare la dimensione dell’apparecchio alla quale è dedicato, è inoltre opportuno che la cappa debordi tanto quanto è grande la distanza verticale dall’apparecchiatura. Una regola empirica universalmente impone che la cappa debordi di un valore k*h, dove h è la distanza in metri dall’apparecchio al bordo inferiore della cappa e k una costante che vale 0,35-0,40. Salvo casi particolari, è opportuno che la cappa sia installata ad una altezza da terra compresa tra 1,9 m e 2 m. Naturalmente, anche la velocità di captazione dipende dalla distanza h, tanto più la cappa dista dall’apparecchiatura, tanto più è necessario avere una velocità di captazione elevata al fine di catturare la maggior parte delle fumane prodotte. E’ buona regola che la velocità dell’aria sul bordo perimetrale della cappa sia compresa tra 0,35 m/s e 0,60 m/s secondo la tabella seguente:Regole di dimensionamento delle cappe
Sulla base delle indicazioni fornite nei paragrafi precedenti, è possibile fornire un sistema semplice per ricavare il quantitativo d’aria necessario per l’aerazione del locale cucina. Supponendo che su ogni superficie calda venga installata una cappa di aspirazione e che esista un impianto di estrazione centralizzato e che la distanza verticale della cappa dal piano cottura sia di 1m (h=1m), si ottiene dalla tabella sopra, che la velocità minima di estrazione vale 0,35 m/s. In via cautelativa attribuiamo alla velocità dell’aria a bordo cappa, il valore di 0,5m/s, per tenere in conto degli inevitabili decadimenti del sistema dovuti al passare del tempo. In tal modo la portata P dell’aria all’aspiratore sarà:

S = A (m) x B (m)

P (mc/h) = S (mq ) x V (m/s) x 3600 = S (mq ) x 0,5 (m/s) x 3600

E’ inoltre opportuno, che la velocità frontale sui filtri non sia troppo elevata per evitare che le particelle grasse non siano trattenute dai filtri meccanici e si depositino nelle condutture.
E’ consigliabile fare in modo che la velocità di attraversamento della prima sezione filtrante, di tipo meccanico, sia inferiore a 1,75÷2 m/s. Pertanto i filtri possono avere una sezione ridotta rispetto alla superficie di captazione al massimo di un fattore 4. Altri tipo di filtro, come indicato successivamente richiedono velocità di attraversamento inferiori.

Regole di dimensionamento delle canalizzazioni
Le canalizzazioni dovrebbero essere realizzate in materiali non porosi al fine di minimizzare le perdite di carico e la sporcizia. E’ opportuno che i canali siano smontabili o almeno pulibili con facilità sia all’interno che all’esterno se in vista. Se l’evacuazione prevede delle canne attraversanti lo stabile soprastante o comunque locali abitati, è opportuno limitare le velocità dell'aria secondo lo schema empirico sotto:

canali verticali attraversanti locali abitati Vmax = 8 m/s
canali verticali attraversanti locali non abitati Vmax = 12/15 m/s
canali di esalazione Vmax = 10 m/s

Sulla base di quanto sopra la sezione della canalizzazione sarà:

S (mq ) = P (mc/h) / (V (m/s) x 3600)

La silenziosità dell’impianto viene quindi ottenuta sia grazie alla bassa velocità dell’aria, sia dall’isolamento delle condotte; in taluni casi può rendersi necessario l’impiego di estrattori con basso numero di giri e giunti antivibranti per evitare la trasmissione di fastidiose vibrazioni. Va ricordato che le perdite di carico variano con il quadrato della velocità, pertanto, mantenere la velocità dell'aria entro i valori indicati in precedenza, oltre ad evitare fastidiosi sibili, limita le perdite per unità di lunghezza a valori accettabili. Esempio:

Apparecchiature installate: cucina a gas di ——> 2 x 1 m = 2 mq; lavapiatti di ——-> 0,8 x 0,6 m = 0,5 mq per un totale di 2,5 mq (totale superfice calda)

Superficie cappa aperta su 2 lati (con h=1 m e debordante 0,4 m su ogni lato libero), cappa aperta su 2 lati ——> 3,2 x 1,4 m = 4,48 mq

La portata in estrazione dovrà essere P = S(cappa) x 0,35 x 3600 = 4,48 x 0,35 x 3600 = 5600 mc/h

Supponendo che il condotto di estrazione attraversi locali abitati questo dovrà avere sezione: S(condotto) = P /( Vx3600) = 5600 / (8×3600) = 0,20 mq

Perdite di carico
Si indica con perdite di carico, la quantità di lavoro che l’estrattore deve compiere per spostare le fumane con una data portata da un punto ad un altro del sistema di evacuazione, vincendo l’attrito. Le perdite di carico (espresse in mm di colonna di acqua [mm di H2O] od in Pascal [Pa]) sono in genere divise in perdite di carico distribuite ed in perdite di carico localizzate. Le perdite di carico distribuite rappresentano la resistenza che il fluido incontra per ogni metro lineare di tubo percorso. Le perdite di carico concentrate rappresentano invece la resistenza che l’aria incontra quando attraversa i cosiddetti pezzi speciali (curve, restringimenti etc.). Esistono formule che consentono di ricavare le perdite di carico ma è certamente più agevole utilizzare le tabelle, generalmente fornite dai costruttori, che in funzione dei parametri dell'impianto (sezione canale, velocità dell’aria, numero dei pezzi speciali,…) consentono di calcolarle. La conoscenza delle perdite di carico consente di scegliere un estrattore in grado di garantire la portata del progetto.

Perdite di carico distribuite
Il diagramma successivo consente di ricavare le perdite di carico distribuite per un canale a sezione circolare: sulle ascisse sono indicate le portate volumetriche, sulle ordinate le perdite per attrito, mentre i due fasci di rette parallele hanno come parametro la velocità dell'aria ed il diametro del condotto.

Note la dimensione del canale e le caratteristiche del flusso è possibile ricavare le perdite di carico distribuite.

Perdite di carico localizzate
Il valore delle perdite di carico localizzate si ricava procedendo come segue:

noto il numero ed il tipo di pezzi speciali che compongono il sistema si calcola la sommatoria dei coefficienti ξ utilizzando la tabella 1;
nota la sommatoria dei coefficienti ξ e la velocità dell'aria nel condotto si ricavano le
perdite di carico utilizzando la tabella 2.

Esempio: V aria condotto = 9 m/s ; ∑ξ = 3
Perdite localizzate = 12 mm di colonna di acqua/ metro

Aperture di ventilazione

Le aperture di ventilazione sono necessarie per consentire di reintegrare l’aria espulsa dal sistema di estrazione, anzi più propriamente, le aperture di ventilazione sono parte del sistema di estrazione. In loro assenza (o di reintegro meccanico) l’evacuazione è insufficiente, il ventilatore aumenta la propria rumorosità, il locale va in depressione e tenta di aspirare aria da qualunque locale vicino, con la creazione di fastidiosi spifferi.
A titolo di esempio consideriamo la ventilazione che si ottiene in maniera naturale per effetto della spinta del vento (trascuriamo la ventilazione dovuta alla differente temperatura tra interno ed esterno a causa dell'incertezza sul salto di temperatura) ed otteniamo che in condizioni standard la portata P in un ambiente con una sola apertura di ventilazione, come in fig. III.2-9 (vedi norma CEI 31-35), considerando come velocità di riferimento dell'aria esterna = 0,5 m/s, vale: P (mc/h ) = 45 x A dove A è la superficie dell'apertura in mq

Appare evidente che le portate ottenibili per via naturale non sono sufficienti a fornire l’aria di reintegro, ovvero, in assenza di un mezzo che forzi l’ingresso di aria nel locale da ventilare, le portate ricavabili per via naturale sono insufficienti a reintegrare i flussi di aria in uscita.
Viceversa se l’afflusso di aria è forzato da un ventilatore e consideriamo accettabile una velocità dell’aria di 0,5 m/s, per garantire le portate necessarie normalmente in una cucina occorrono aperture di dimensioni irrealizzabili.

Per esempio, per ottenere una portata pari a 1800 mc/h e una velocità dell'aria attraverso l'apertura pari a 0,5 m/s, l’apertura necessaria sarà data dalla relazione:

A = P (mc/h) / 3600 x v (m/s) = 1800 / (3600 x0,5) = 1 mq

In conclusione, la necessità di mantenere le velocità dell’aria a livelli accettabili comportano le portate tipiche necessarie per una cucina professionale e la necessità di aperture di notevoli dimensioni. Tali aperture sono difficilmente realizzabili in ambienti come le cucine dove lo spazio è necessario per l’installazione delle attrezzature. Va inoltre ricordato, che la climatizzazione di un ambiente con un’apertura diretta sull'esterno, comporta notevoli problemi la cui soluzione è direttamente collegata al benessere degli operatori.
Sulla base di quanto sopra è possibile concludere che per le cucine professionali, dove le portate superano le migliaia di metri cubi all’ora è praticamente obbligatorio, a meno di casi particolari, ricorrere ad un reintegro dell'aria espulsa mediante un impianto di ventilazione meccanica eventualmente associato ad un impianto di trattamento (riscaldamento e/o raffrescamento) dell’aria immessa.

Cucine professionali e di comunità

Un impianto d’estrazione efficiente, controllando opportunamente le modalità ed il punto di emissioni minimizza il disturbo causato dagli odori prodotti in cucina. Spesso, il fastidio al vicinato deriva dal fatto che le fumane non vengono catturate dall’impianto di estrazione, pertanto si diffondono in maniera incontrollata attraverso le finestre tenute aperte (ciò non sarebbe necessario se l’impianto fosse correttamente dimensionato). Quindi, condizione necessaria anche se non sufficiente per evitare molestie, è la presenza di un impianto di estrazione che rispetti le normative e le regole di buona tecnica citate in precedenza. Le norme applicabili agli impianti di estrazione sono molteplici e riguardano diversi aspetti che vanno dalla sicurezza al benessere delle persone.
Le modalità, per ventilare ed aerare i locali contenenti impianti a gas per apparecchi utilizzati in cucine professionali e di comunità, sono indicate nella norma UNI 8723:2010.
Alcune delle prescrizioni fondamentali contenute in suddetta norma sono riassunte nel seguito.
La norma prescrive che nei locali dove sono installati apparecchi a gas deve essere garantito un sufficiente afflusso di aria ed una adeguata evacuazione dei fumi prodotti dalla combustione. Per assicurare tale ricambio d‟aria per via naturale, devono essere realizzate delle aperture, le quali devono avere una sezione netta non inferiore a 6 cmq/kW (in analogia alla norma UNI 7129:2008) con un minimo di 100 cmq, mentre in presenza di condotti di ventilazione, gli stessi devono aver sezione non minore di 9 cmq/kW con un minimo di 150 cm.
Tali aperture devono avere le seguenti caratteristiche:

essere posizionate in modo da non creare correnti d'aria;
essere realizzate in modo che non possano essere ostruite;
per gli impianti GPL almeno 1/5 della superficie d'areazione naturale, con un minimo di 100 cm, deve essere ricavata a filo del pavimento.

Nel caso in cui il sistema di aerazione ovvero il sistema di ventilazione sia di tipo meccanico, la portata oraria del sistema deve essere almeno pari a 1,72 mc/h per ogni kW di potenza nominale installata. In questo caso l’erogazione del gas deve essere interrotta automaticamente (tramite ad esempio flusso stati di controllo) se la portata di aria scende sotto il valore previsto.
La velocità dell’aria movimentata dal sistema deve avere le seguenti caratteristiche:

velocità dell’aria a bordo cappa deve essere compresa tra 0,25 m/s e 0,50 m/s;
velocità dell’aria di reintegro minore o uguale a 0,15 m/s fino a 2 m dal piano di
calpestio.

Non è consentito il funzionamento del sistema di evacuazione forzata nello stesso locale dove si trovano apparecchiature collegate a tiraggio naturale onde evitare possibili riflussi degli scarichi degli apparecchi a tiraggio naturale.

Lo scarico dei prodotti della combustione deve avvenire a tetto. In caso di impossibilità, deve essere consentito dalla legislazione vigente, è possibile scaricare a parete in conformità alle distanze di rispetto previste dalla UNI 7129-3:2008.
Se la potenza installata supera i 35 kW (Q >35 kW), è applicabile il DM 12/04/1996: “Approvazione della regola tecnica di prevenzione incendi per la progettazione la costruzione e l’esercizio degli impianti termici alimentati da combustibili gassosi” per cui le sezioni delle aperture non devono essere inferiori (con un minimo di 100 cmq) a:

locali fuori terra: S> Q x10 [cmq];
locali seminterrati ed interrati fino a quota –5 m dal piano di riferimento: S> Q x15 [cmq];
locali interrati a quota compresa tra –5 m e 10 m dal piano di riferimento: S> Q x20 [cmq].

Se il gas combustibile ha densità superiore a 0,8, gli apparecchi devono distare non meno di 5 m da cavità o depressioni poste al piano di installazione degli apparecchi, la prescrizione precedente, letta in associazione al fatto che almeno i 2/3 delle aperture devono essere realizzate a filo del piano di calpestio impedisce nella pratica la realizzazione di cucine a GPL in locali interrati.

Evacuazione dei prodotti della combustione/vapori

Di seguito vengono elencate le normative che possono essere utilizzate al fine di dimensionare e realizzare un sistema di evacuazione delle fumane.

UNI 7129:2008 – Lo scarico dei prodotti della combustione o dei vapori di una cucina di tipo domestico o similare deve avvenire a tetto, nel caso ciò non sia possibile è consentito lo scarico a parete a patto di rispettare almeno le distanze previste dalla norma UNI 7129-3:2008. Bisogna osservare che a rigori la norma UNI 7129:2008 si applica ai soli impianti di portata termica inferiore ai 35 kW e quindi assimilabili a quelli di civile abitazione.
UNI EN 13779:2008 – Le linee guida di buona pratica della norma UNI EN 13779:2008 consigliano di posizionare le aperture di espulsione dei sistemi di ventilazione meccanica sulla sommità del tetto, di regola nella sezione più alta dell’edificio e con l’espulsione dell’aria verso l’alto. E’ consentito l’espulsione a parete di aria estratta da sale da pranzo, cucine per la preparazione di bevande calde, negozi, locali magazzino, stanze di albergo, spogliatoi (classificazione EHA2) a patto che:

la distanza dell'apertura di scarico da un edificio adiacente sia pari almeno a 8 m;
la distanza dell'apertura di scarico da una bocchetta di immissione situata sulla stessa parete sia almeno 2 m;
la portata del flusso non sia maggiore 0,5 mc/s;
la velocità dell’aria nell'apertura di scarico sia pari almeno a 5 m/s.

Secondo la norma UNI EN 13779:2008 lo scarico a parete dell’aria di espulsione relativa a piani cottura e locali cucina (classificazione EHA4) non è consentito. L’unico modo per effettuare lo scarico a parete è la declassificazione dello scarico alla categoria EHA2 mediante filtrazione ed abbattimento degli inquinanti. Si possono ricavare utili indicazioni circa le distanze di rispetto delle bocchette di espulsione rispetto ai recettori sensibili dalla norma in questione (vedi prospetto A2 e fig. A1 UNI EN 13779:2008).
A margine delle indicazioni precedenti, vale la pena osservare che indipendentemente dal rispetto delle norme tecniche ritenute applicabili, resta applicabile l’art. 844 c.c.; tale articolo ha carattere dispositivo nei rapporti di vicinato allorquando un condomino dia luogo ad immissioni moleste o dannose materiali o immateriali, dirette od indirette nella proprietà degli altri condomini. Pertanto, è l’autorità giudiziaria che ha il potere di valutare quale sia il limite della normale tollerabilità delle immissioni, dovendosi contemperare le esigenze della produzione con quelle della proprietà.

UNI 10339:1995 – La norma fornisce indicazioni al fine di garantire livelli accettabili di benessere per gli occupanti, ed in particolare, prescrive che la portata di aria esterna/estratta valga per una cucina 59,4 mc/hmq perciò, l’impianto di estrazione per una cucina di 100 mq deve estrarre almeno 5940 mc/h di aria.