Autore: reparto tecnico Mycond.
La creazione di un microclima ottimale negli ambienti museali e archivistici è fondamentale per la conservazione del patrimonio culturale. Particolare attenzione va rivolta al controllo dell’umidità relativa, poiché questo parametro influisce maggiormente sulla durabilità dei reperti. In questo articolo esamineremo un approccio ingegneristico alla progettazione di sistemi di deumidificazione efficaci, che consentono di mantenere un regime termoigrometrico stabile negli ambienti museali e d’archivio.
Requisiti normativi per il microclima di musei e archivi
Tipologie diverse di reperti richiedono parametri microclimatici specifici per una conservazione ottimale. I requisiti normativi per il regime termoigrometrico dei vari materiali includono:
- Carta, documenti: 18-22°C, 50-55% RH
- Legno, arredi: 18-22°C, 45-55% RH
- Metalli, armi: 15-20°C, 35-45% RH
- Tessili, stoffe: 18-20°C, 50-55% RH
- Dipinti, tela: 18-22°C, 50-55% RH
- Fotografie, pellicole: 15-18°C, 30-40% RH
Il range di umidità ammesso per la maggior parte dei materiali è 40-55% RH, ma per i reperti particolarmente sensibili i requisiti sono ancora più rigorosi. Un aspetto cruciale è la stabilità dei parametri: le oscillazioni giornaliere della temperatura non devono superare 2-3°C, mentre quelle dell’umidità 5-7% RH, per evitare deformazioni termiche e danni ai reperti.
È inoltre importante la gradualità delle variazioni durante i passaggi stagionali – non oltre 3-5% RH a settimana. Per definire i parametri obiettivo si utilizzano i diagrammi psicrometrici, che consentono di individuare la zona ottimale per i diversi tipi di reperti.
I principali documenti normativi includono ISO 11799 per gli archivi, ASHRAE Capitolo 24 per i musei ed EN 15757 per il patrimonio culturale.
Specificità dei depositi d'archivio rispetto alle sale espositive
I depositi d’archivio presentano differenze significative rispetto alle sale espositive, che influenzano l’approccio alla progettazione dei sistemi di deumidificazione. In primo luogo, il regime di utilizzo: negli archivi l’accesso ai locali è sporadico, mentre nelle sale espositive vi è un flusso costante di visitatori.
Nei depositi d’archivio le temperature sono di norma più basse (15-18°C), il che contribuisce a rallentare la degradazione dei materiali. I requisiti di umidità per i documenti d’archivio sono spesso più bassi (40-50% RH) rispetto a quelli per i reperti esposti.
Nei depositi non sono presenti apporti di umidità da parte dei visitatori, il che semplifica i calcoli del bilancio dell’umidità. Al contempo, i requisiti di stabilità dei parametri nei depositi sono più stringenti – sono ammessi scostamenti di umidità non superiori a ±3% RH.
Per gli archivi è fondamentale la ridondanza dei sistemi, poiché custodiscono documenti unici. L’infiltrazione di aria esterna nei locali d’archivio è generalmente minore grazie a una migliore tenuta, sebbene i locali seminterrati siano caratterizzati da umidità elevata.
Nella scelta del sistema di deumidificazione per archivi freddi (con temperatura inferiore a 15°C) risultano più efficaci i sistemi ad adsorbimento, poiché i deumidificatori a condensazione in tali condizioni perdono sensibilmente prestazioni.
Componenti del bilancio dell'umidità di un ambiente museale
Una fase chiave della progettazione del sistema di deumidificazione è la determinazione del bilancio dell’umidità dell’ambiente, composto dai seguenti elementi:
Infiltrazione – penetrazione di umidità attraverso le strutture di involucro, finestre, porte, giunti e fessure, particolarmente critica negli edifici storici. Il calcolo si esegue in base alla differenza di contenuto assoluto di umidità tra aria esterna e interna, tenendo conto dei ricambi d’aria.
Apporti di umidità dei visitatori – fattore rilevante per le sale espositive. La metodologia di calcolo considera il numero di persone, il tempo di permanenza (30-90 minuti) e il livello di attività (camminata tranquilla). Le emissioni specifiche di umidità di un adulto sono 40-80 g/h a seconda dell’attività e della temperatura.
Scambio di umidità dei reperti – i materiali igroscopici (legno, carta, tessili) possono assorbire umidità all’aumentare dell’umidità dell’aria (sorbimento) e rilasciarla al diminuire (desorbimento). Questi processi hanno notevole inerzia e possono durare ore, creando un effetto tampone.
Scelta del tipo di sistema di deumidificazione per ambienti museali
Nella scelta del sistema di deumidificazione per ambienti museali occorre considerare diversi criteri: temperatura del locale, umidità obiettivo ed efficienza energetica. Di seguito i principali tipi di sistemi:
Deumidificazione a condensazione basata sul principio di raffreddare l’aria al di sotto del punto di rugiada, condensare l’umidità e quindi riscaldare nuovamente l’aria. L’efficienza di tali sistemi cala bruscamente a temperature inferiori a 15°C, e a temperature inferiori a 5°C esiste il rischio di brinamento dello scambiatore di calore. I vantaggi includono elevata efficienza energetica a temperature moderate (COP 2-4) e costo relativamente basso.
Deumidificazione ad adsorbimento funziona secondo il principio dell’assorbimento dell’umidità da parte di un adsorbente con successiva rigenerazione tramite aria riscaldata. Tali sistemi sono indicati per archivi freddi (sotto 15°C) e quando l’umidità obiettivo è molto bassa (inferiore al 35% RH). Le loro prestazioni restano stabili indipendentemente dalla temperatura, ma il consumo energetico è più elevato (COP 0,5-1,5).
Per quanto riguarda la configurazione, la scelta tra deumidificatori autonomi e sistema centralizzato dipende dal volume del locale (valore limite 500-1000 m³ per i sistemi autonomi), dal numero di zone e dall’accessibilità per la manutenzione.
I sistemi autonomi garantiscono semplicità di installazione, zonizzazione precisa e ridondanza (il guasto di un’unità non compromette l’intero sistema). I sistemi centralizzati offrono il vantaggio di un unico punto di manutenzione, possibilità di recupero del calore e integrazione con il sistema di gestione dell’edificio (BMS).
Calcolo della capacità del sistema di deumidificazione
Il calcolo della capacità del sistema di deumidificazione è una fase fondamentale della progettazione. La capacità è definita come la quantità massica di umidità da rimuovere per unità di tempo e si misura in kg/h o L/giorno (1 L di acqua ≈ 1 kg).
Formula in parole: la capacità è pari alla somma degli apporti di umidità dovuti a infiltrazione, visitatori, ventilazione e altre sorgenti.
Nel calcolo occorre considerare il regime di funzionamento del sistema: continuo (24/7) per gli archivi o periodico (durante l’orario di apertura del museo). È importante applicare un coefficiente di riserva della capacità, tipicamente 1,15-1,25, per compensare fattori imprevisti, irregolarità del carico e riduzione delle prestazioni nel tempo.
Il calcolo di verifica si esegue tramite il diagramma psicrometrico, dove si determinano i punti di stato iniziale e finale dell’aria, si verifica la differenza di contenuto assoluto di umidità e la raggiungibilità dei parametri obiettivo alla temperatura data.
A titolo di esempio, calcoliamo la capacità per una sala espositiva di 500 m³ a 20°C, umidità obiettivo 50% RH e condizioni esterne estive 26°C, 70% RH:
- Infiltrazione: con tasso di ricambio d’aria di 0,5 ricambi/ora e differenza di contenuto assoluto tra aria esterna (15 g/kg) e interna (7,3 g/kg).
- Apporti di umidità dei visitatori: 50 persone contemporaneamente, tempo di permanenza 1 ora, emissione specifica 60 g/h per persona.
Capacità finale: somma di infiltrazione e apporti di umidità, moltiplicata per il coefficiente di riserva 1,2.
Bilancio termico del locale durante il funzionamento della deumidificazione
Durante il funzionamento del sistema di deumidificazione è importante considerare il bilancio termico del locale. Le principali sorgenti di apporti termici includono:
Calore di condensazione dell’umidità – il processo di condensazione è accompagnato dal rilascio del calore latente di evaporazione (circa 2500 kJ/kg di umidità ovvero 0,7 kWh/kg). Questo carico termico si calcola come prodotto della capacità di deumidificazione per il calore specifico di evaporazione.
Apporti termici dal compressore – nei deumidificatori a condensazione la potenza elettrica del compressore si trasforma interamente in calore.
Apporti termici dal riscaldatore – nei deumidificatori ad adsorbimento il calore di rigenerazione dell’adsorbente è in parte trasferito all’aria del locale.
Apporti termici aggiuntivi includono il calore dei visitatori (80-120 W per persona), dell’illuminazione e attraverso le strutture di involucro. Il carico termico complessivo durante un’intensa deumidificazione estiva può raggiungere 5-10 kW per una sala di medie dimensioni.
Per mantenere condizioni confortevoli è necessaria l’integrazione del sistema di deumidificazione con il condizionamento e la coordinazione dei rispettivi regimi di funzionamento. Un funzionamento non coordinato (il deumidificatore riscalda l’aria e il condizionatore la raffredda) comporta doppi consumi energetici.
Posizionamento delle apparecchiature e organizzazione della distribuzione dell'aria
Il corretto posizionamento delle apparecchiature di deumidificazione è critico per l’efficacia del sistema. I requisiti per il luogo di installazione del deumidificatore includono la libera circolazione dell’aria, l’accessibilità per la manutenzione e la minimizzazione del rumore per i visitatori.
La distanza da pareti e altri ostacoli deve essere di almeno 0,5-1,0 m per garantire l’accesso dell’aria all’apertura di aspirazione. Gli apparecchi autonomi sono solitamente installati a pavimento, mentre i sistemi centralizzati – a soffitto.
L’organizzazione della circolazione dell’aria nell’ambiente deve evitare zone di ristagno e garantire una distribuzione uniforme dell’aria deumidificata. Errori tipici includono il posizionamento del deumidificatore in un angolo senza circolazione o la presenza di una parete/divisorio che blocca il flusso d’aria.
I sensori di temperatura e umidità vanno collocati all’altezza dei reperti (1,0-1,5 m dal pavimento), in una zona di parametri stabili, lontano da porte e finestre. Per ambienti grandi si raccomanda di installare almeno un sensore ogni 100-150 m² di superficie.
Lo scarico della condensa deve garantire lo smaltimento per gravità verso la fognatura o, se necessario, avvalersi di una pompa di drenaggio. Per i sistemi centralizzati è importante organizzare l’allontanamento del calore del deumidificatore tramite la ventilazione del locale tecnico.
Sistemi di controllo e monitoraggio dei parametri microclimatici
Per il corretto funzionamento del sistema di deumidificazione sono necessari sensori affidabili di temperatura e umidità con precisione di misura ±2% RH per l’uso museale. Si raccomanda la calibrazione annuale dei sensori e, per applicazioni critiche, la verifica con strumenti campione.
I sistemi di raccolta e archiviazione dati devono garantire la registrazione dei parametri con un intervallo di 10-30 minuti e la conservazione della cronologia per anni. Ciò consente di analizzare le tendenze e ottimizzare il funzionamento del sistema.
Per la gestione del sistema di deumidificazione si utilizzano vari algoritmi; il più semplice è il regolatore a isteresi, che attiva il sistema quando si supera il limite superiore di umidità e lo disattiva al raggiungimento del limite inferiore. L’ampiezza di isteresi tipica è 3-5% RH per evitare commutazioni frequenti e usura delle apparecchiature.
Sistemi più evoluti utilizzano la regolazione PID per una modulazione continua della capacità e per aumentare la precisione del mantenimento dei parametri fino a ±1-2% RH.
L’integrazione con il sistema di supervisione dell’edificio (BMS) consente monitoraggio remoto, allarmi e analisi dei trend. L’allarme deve segnalare il superamento dei limiti ammessi, il guasto delle apparecchiature o il troppo pieno della vaschetta di condensa.
Modalità operative e regolazione stagionale
Le diverse stagioni richiedono differenti modalità di funzionamento del sistema di deumidificazione:
Modalità estiva caratterizzata da deumidificazione intensa a causa dell’elevata umidità esterna; può essere necessaria la continua operatività 24/7.
Modalità invernale consente di ridurre l’intensità o persino disattivare la deumidificazione per via della bassa umidità esterna. In questo periodo può rendersi necessaria l’umidificazione dell’aria a causa dell’essiccamento dovuto al riscaldamento.
Stagioni intermedie (primavera, autunno) richiedono una regolazione flessibile della capacità in funzione del carico variabile.
Per le sale espositive si può utilizzare una modalità notturna con intensità ridotta di deumidificazione in assenza di visitatori, mantenendo stabili i parametri. È inoltre opportuno adattare il funzionamento nei fine settimana e nelle ore di punta dell’affluenza.
Al cambio di stagione è importante rispettare la gradualità delle variazioni delle impostazioni – non oltre 3-5% RH a settimana, per evitare deformazioni dei reperti.
La manutenzione periodica include la pulizia mensile dei filtri, il controllo trimestrale del funzionamento del compressore e la sostituzione dell’adsorbente ogni 2-5 anni per i sistemi ad adsorbimento.
Efficienza energetica dei sistemi di deumidificazione per musei
L’efficienza energetica dei diversi tipi di deumidificatori varia sensibilmente. I deumidificatori a condensazione hanno un consumo specifico di 0,3-0,6 kWh/kg di umidità rimossa (COP 2-4), mentre quelli ad adsorbimento – 0,7-1,5 kWh/kg (COP 0,7-1,4).
L’efficienza dei sistemi a condensazione aumenta alle temperature più elevate, mentre i sistemi ad adsorbimento mostrano consumi stabili a qualsiasi temperatura.
Il consumo energetico annuo si calcola come prodotto tra capacità di deumidificazione, durata della stagione e consumo specifico. Ad esempio, per una sala museale di 200 m² con capacità di deumidificazione 2 kg/h, operativa 4000 ore all’anno con consumo di 0,5 kWh/kg, il consumo annuo sarà di 4000 kWh.
Per incrementare l’efficienza energetica si può utilizzare il recupero del calore di condensazione (riduzione dei costi di riscaldamento del 20-40%) e compressori inverter (riduzione dei consumi del 20-30% rispetto alla regolazione ON/OFF).
È inoltre opportuno ottimizzare le modalità operative, spegnendo la deumidificazione quando le condizioni esterne sono favorevoli (bassa umidità in inverno) e coordinandola con la ventilazione.
Errori progettuali tipici nella scelta dei sistemi di deumidificazione per musei
Nella progettazione dei sistemi di deumidificazione per musei si riscontrano spesso i seguenti errori:
- Uso di deumidificatori a condensazione in archivi freddi (temperatura inferiore a 15°C), che porta a un drastico calo delle prestazioni, brinamento dell’evaporatore e arresti di emergenza.
- Sottovalutazione degli apporti di umidità dei visitatori nelle sale espositive con elevata affluenza, quando il calcolo si basa esclusivamente sull’infiltrazione.
- Ignorare l’infiltrazione attraverso porte e finestre, particolarmente critico negli edifici storici con involucro non ermetico.
- Mancanza di zonizzazione per tipologie di reperti, quando un unico sistema serve l’intero museo senza considerare requisiti differenti (metallo – 35% RH, legno – 50% RH).
- Assenza di ridondanza del sistema per archivi critici, che crea il rischio di perdita completa della deumidificazione in caso di guasto delle apparecchiature.
- Ignorare il bilancio termico, che porta al surriscaldamento del locale durante il funzionamento del deumidificatore in estate senza coordinamento con il condizionamento.
Le conseguenze di questi errori possono essere gravi: aumento dell’umidità oltre i limiti, rischio di sviluppo di muffe, condensa sulle superfici fredde, eccessiva essiccazione dell’aria sotto il 40% RH, fessurazioni nei reperti lignei e maggiori costi energetici.
Risultati dell'implementazione dei sistemi di deumidificazione: analisi dell'efficacia
La valutazione dell’efficacia del sistema di deumidificazione dopo l’entrata in esercizio si esegue confrontando i parametri reali con quelli di progetto. Il monitoraggio deve includere la stabilità nel mantenimento di temperatura e umidità, la frequenza di superamento dei limiti e il tempo di ripristino dopo gli scostamenti.
L’analisi dei trend sui grafici dell’umidità (giorno, settimana, mese) consente di individuare deviazioni sistematiche. Risultati tipici per le sale espositive includono la riduzione delle oscillazioni di umidità da ±10-15% a ±3-5% e il mantenimento del livello obiettivo di 50±3% RH durante l’anno.
Per i depositi d’archivio si ottiene la stabilizzazione dei parametri a 18°C, 45±2% RH e l’assenza di condensa sulle strutture di involucro. Ciò influisce significativamente sulla conservazione dei reperti: si riduce di 2-3 volte la velocità di invecchiamento dei materiali organici (carta, tessili) e si inibisce la crescita di muffe e batteri con umidità inferiore al 60% RH.
Il consumo energetico tipico del sistema per una sala di 200 m² è di 3000-5000 kWh all’anno a seconda della zona climatica e del regime operativo. L’efficacia economica è determinata dal tempo di ritorno dell’investimento grazie alla riduzione dei costi di restauro dei reperti e all’evitamento di situazioni di emergenza.
Limiti di applicazione delle metodologie di calcolo per sistemi museali
Nell’utilizzo delle metodologie di calcolo per la progettazione dei sistemi museali di deumidificazione è necessario considerarne le limitazioni:
- Limitazioni di temperatura – la deumidificazione a condensazione è inefficace a temperature inferiori a 15°C e a temperature inferiori a 5°C sono necessari sistemi ad adsorbimento.
- Limiti dell’umidità obiettivo – i sistemi a condensazione sono poco efficaci per raggiungere umidità inferiori al 35-40% RH.
- Scala dell’impianto – i deumidificatori autonomi sono indicati per locali fino a 500-1000 m³; oltre questo volume si raccomanda un sistema centralizzato.
- Incertezza dell’infiltrazione – negli edifici storici il tasso di ricambio d’aria può variare da 0,3 a 1,5 ricambi/ora a seconda dello stato dell’involucro; sono pertanto necessarie misure in situ.
Particolarità operative, come aperture impreviste delle porte, afflussi improvvisi di visitatori e situazioni di emergenza, richiedono l’applicazione di un coefficiente di riserva 1,2-1,3.
Prima della progettazione è obbligatorio effettuare misurazioni in situ di temperatura e umidità per almeno una settimana, al fine di determinare i parametri reali dell’ambiente.
Domande frequenti
Qual è l’umidità relativa obiettivo per i diversi tipi di reperti e perché non è possibile impostare un unico valore per tutto il museo?
Materiali diversi hanno range ottimali differenti: metallo – 35-45% RH (per prevenire la corrosione), legno – 45-55% RH (per evitare fessurazioni), carta – 50-55% RH (per mantenere la flessibilità delle fibre). Un unico valore non è possibile a causa del conflitto tra requisiti; la soluzione è la zonizzazione degli ambienti per tipologia di reperti con sistemi di regolazione separati per ciascuna zona.
Come considerare con precisione gli apporti di umidità dei visitatori nel calcolo della capacità di deumidificazione?
La metodologia prevede la determinazione del numero medio di visitatori all’ora (sulla base di statistiche o dati di progetto), la moltiplicazione per il tempo di permanenza nella sala (tipicamente 0,5-1,5 ore) e per le emissioni specifiche di umidità (40-80 g/h per persona a seconda di temperatura e attività). Ad esempio, 50 persone × 1 ora × 60 g/h = 3 kg/h di umidità.
Perché i deumidificatori a condensazione sono inefficaci nei depositi d’archivio freddi e quando sono indispensabili i sistemi ad adsorbimento?
A temperature inferiori a 15°C le prestazioni dei deumidificatori a condensazione diminuiscono a causa della riduzione della pressione di vapore saturo, e a temperature inferiori a 5°C si verifica il brinamento dell’evaporatore. I sistemi ad adsorbimento mantengono prestazioni stabili a qualsiasi temperatura, poiché si basano su un processo fisico-chimico di assorbimento dell’umidità. Il valore soglia è considerato 12-15°C – al di sotto di questa temperatura sono da preferire i sistemi ad adsorbimento.
Conclusioni
La progettazione di un sistema di deumidificazione per musei e archivi richiede un approccio integrato: analisi dei requisiti normativi, calcolo dettagliato del bilancio dell’umidità e del calore e zonizzazione per tipologia di reperti.
La scelta del tipo di sistema (a condensazione o ad adsorbimento) dipende in modo critico dalla temperatura del locale, con valore soglia di 12-15°C che determina il limite di efficacia dei sistemi a condensazione.
Il calcolo della capacità si basa su un’analisi dettagliata delle componenti del bilancio dell’umidità (infiltrazione, apporti dei visitatori, ventilazione) con applicazione obbligatoria di un coefficiente di riserva 1,15-1,25.
È necessario considerare il bilancio termico del locale, poiché il calore di condensazione e il lavoro del compressore generano un carico significativo (5-10 kW per una sala di medie dimensioni), che richiede coordinamento con il sistema di condizionamento.
I risultati dell’implementazione di moderni sistemi di deumidificazione ne confermano l’efficacia: stabilizzazione dell’umidità entro ±3-5% RH invece di oscillazioni di ±10-15% RH e riduzione del tasso di invecchiamento dei reperti di 2-3 volte.
Per una progettazione di successo si raccomanda di effettuare misure in situ obbligatorie dei parametri prima dell’avvio dei lavori, considerare soluzioni tecniche alternative e prevedere la ridondanza per i sistemi critici.
