Pubblicato da #ProtectTheKids, v1.21 (22.09.2022), aggiornato il 4.10.2022.

Questa pagina si rivolge ai responsabili dei settori dell’istruzione e della salute, nonché a chi opera nel settore edile e in quello della climatizzazione.

1. Dimensionamento, criteri d’acquisto e considerazioni pratiche sui purificatori dell’aria mobili nelle aule scolastiche

All’interno gli aerosol vengono rimossi sia mediante la ventilazione che filtrando l’aria con purificatori dell’aria mobili HEPA o con un sistema di climatizzazione interna adeguatamente attrezzato. I flussi volumetrici di ventilazione e di filtraggio, misurati in metri cubi all’ora o in ricambi dell’aria all’ora (air change rate, ACR), di conseguenza si sommano nell’effetto di riduzione degli aerosol. Per aule scolastiche di dimensioni standard (superficie 72 m², volume circa 200 m³) occupate da 25 adolescenti, per diluire e rimuovere efficacemente gli aerosol respiratori si raccomandano 5-6 ricambi dell’aria (ACR_aerosol) all’ora.

Il parametro più importante di un purificatore dell’aria mobile è la portata massima di aria filtrata (CADR o CADR_max) in metri cubi all’ora, cioè il flusso massimo di aria che il purificatore riesce a filtrare quando il ventilatore è impostato alla velocità massima. Tuttavia, occorre tenere presente che in condizioni normali di funzionamento non ci si deve basare sul CADR massimo, ma sul CADR_normale, cioè il CADR a una velocità media del ventilatore. Se si ipotizza un funzionamento normale a

CADR_normale = 0.5 × CADR_max ,

con N unità si ottiene

CADR_totale = N × CADR_normale .

In un ambiente densamente occupato, ci sono numerose ragioni per avere un numero di purificatori N tale da raggiungere il CADR_totale desiderato già a una velocità media del ventilatore:

Rumorosità: i purificatori dell’aria attualmente disponibili sono silenziosi a livelli di velocità medio-bassi, ma rumorosi a velocità massima.
Posizionamento #1: per garantire una qualità dell’aria uniforme i purificatori dell’aria devono essere posizionati vicino ai banchi degli allievi e alla lavagna, con una distanza minima di circa 1 m dalle persone. Un numero maggiore di purificatori consente una distribuzione più uniforme. Il posizionamento vicino alle persone fa sì che il flusso di aria purificata diretto verso l’alto sostenga il flusso d’aria ascendente che si verifica naturalmente in prossimità delle persone a causa del loro calore corporeo, favorendo così il trasporto dell’aria viziata verso l’alto secondo il principio della ventilazione a dislocamento. Nel caso ideale, l’aria viziata nella parte superiore del locale viene rimossa in modo efficiente o liberata dagli aerosol.
- Nella realtà spesso non vi è un’evacuazione dell’aria efficiente e l’aria viziata scende perciò verso il pavimento lungo le pareti fredde.
- Se i purificatori dell’aria venissero posizionati lungo le pareti, potrebbero causare turbolenze che farebbero circolare orizzontalmente l’aria viziata all’interno del locale.
Posizionamento #2: l’aria pulita scaricata verso l’alto non deve essere deviata da ostacoli, come ad esempio il piano di un banco, per non creare cortocircuiti nelle correnti che riducono l’efficienza del filtraggio.
Turbolenza: velocità elevate di ventilazione tendono a causare turbolenze nel flusso d’aria. Tali turbolenze potrebbero causare una dispersione orizzontale degli aerosol, effetto indesiderato meno probabile se si utilizza il ventilatore a velocità meno elevate.
Modalità turbo: in situazioni particolari, quando il livello di rumore non è un problema, è utile disporre di una potenza di filtraggio supplementare. Ad esempio, se il rischio di infezioni è maggiore, i purificatori dell’aria potrebbero essere attivati al livello massimo durante le pause.

La ventilazione e il filtraggio portano a una diluizione degli aerosol attraverso la miscelazione dell’aria fresca immessa o dell’aria filtrata con l’aria residua nel locale. La concentrazione di CO₂ può essere invece ridotta solo tramite la ventilazione, sostituendo l’aria del locale con aria esterna. Tuttavia, questo non deve indurre ad affidarsi esclusivamente alla ventilazione o alla «aerazione», perché aria fresca e aria filtrata si sommano nell’ACR_aerosol, e cioé nel numero di ricambi d’aria all’ora che contribuiscono alla diluizione degli aerosol.

Ciò è particolarmente vero per gli edifici scolastici costruiti secondo lo standard Minergie e per le aule scolastiche che dispongono di sistemi di ventilazione che per ragioni di efficienza energetica hanno un tasso elevato di ricircolo dell’aria. L’esperienza di numerosi eventi superdiffusori SARS-CoV-2 dimostra la necessità di filtrare l’aria di ricircolo con filtri HEPA, sia con purificatori dell’aria mobili sia adeguando il sistema di ventilazione, come afferma il Gruppo di esperti per edifici a misura di pandemia nella sua strategia. Per tutti i vecchi sistemi di ventilazione che non dispongono di un filtro HEPA, è essenziale lavorare con il 100 % di aria fresca e lo 0 % di aria di ricircolo.

Esempio: aula con volume V = 200 m³ e una «ventilazione continua con finestre a ribalta». Le misurazioni effettuate con 25 alunni a una temperatura esterna di 4 gradi Celsius mostrano che la concentrazione di CO₂ non supera i 1200 ppm. Da ciò si può dedurre che ACR_ventilazione ≈ 2.7/h. Per ottenere un tasso di riduzione degli aerosol ACR_aerosol = 6/h, è quindi necessario un filtraggio aggiuntivo pari a

ACR_filtraggio ≥ ACR_aerosol – ACR_ventilazione = 3.3/h.

In altre parole i purificatori dell’aria (N apparecchi) devono garantire un filtraggio almeno pari a

CADR_totale = V × ACR_filtraggio = 660 m³/h

in funzionamento normale. Per unità il filtraggio deve essere pari a

CADR_normale = CADR_totale / N.

Sul mercato sono disponibili purificatori dell’aria mobili a prezzi abbordabili, ad esempio di Xiaomi, Philips, Dyson e di altri produttori. I kit fai da te sono adatti anche a progetti innovativi e didattici di tipo tecnologico-ambientale.

Un altro criterio importante è la facilità d’uso e quindi il controllo e la programmazione dei purificatori attraverso la rete wireless:

Le app «Xiaomi Home» di Xiaomi e «Air+» (ex «Clean Home+») di Philips dispongono di una funzione di programmazione settimanale con la quale è possibile impostare gli orari di accensione e spegnimento in modo flessibile per ogni giorno della settimana. Per un utilizzo più efficiente, si consiglia di impostare la programmazione settimanale in modo che i dispositivi si attivino automaticamente all’inizio della giornata scolastica e si spengano circa un’ora dopo la fine delle lezioni. Le app ricordano anche quando è il momento di sostituire i filtri. Inoltre, dispongono di una funzione di «parental control» che può essere utilizzata per impedire di riprogrammare i dispositivi. I dispositivi possono essere gestiti dai responsabili tramite smartphone e rete wireless.

A metà luglio 2022, la disponibilità dei prodotti Xiaomi è migliorata. All’inizio di settembre 2022, i prezzi di diversi modelli sono scesi di circa il 10 %, ma con l’aumento della domanda, in autunno disponibilità e prezzi potrebbero cambiare rapidamente.

Va sottolineato che il CADR dei purificatori dell’aria mobili non è sufficiente per grandi ingressi, palestre, piscine e lunghi corridoi. Per questi locali, si consiglia una ventilazione frequente o (meglio) una ventilazione meccanica adeguata, se possibile in combinazione con il recupero di calore, nonché di dotare di filtri HEPA gli impianti di climatizzazione esistenti o in progettazione.

Nota: #ProtectTheKids non ha legami commerciali con i produttori di purificatori dell’aria e non garantisce la completezza e l’accuratezza delle informazioni sui loro prodotti.

2. Esempi di prodotti e costi a confronto

Esempio 1 (aula 70 m², 200 m³): 4 x Philips AC2889/10 a 274 CHF:

CADR: fino a 333 m³/h
Filtri:
- filtro HEPA Philips; P/N (produttore): FY2422/30
- filtro carbone attivo Philips; P/N (produttore): FY2420/30
Prestazioni di filtraggio per 4 apparecchi:
- ACR_filtraggio = 3.3 ricambi dell’aria / h a una velocità media dei ventilatori
- ACR_filtraggio = 6.6 ricambi dell’aria / h alla massima velocità dei ventilatori
Lavori di manutenzione e costi del materiale:
- pulizia del sensore di qualità dell’aria: ogni 2 mesi
- pulizia del prefiltro: ogni 2 mesi
- sostituzione del filtro HEPA FY2422/30: dopo circa 24 mesi
  - 49.90 CHF; circa 25 CHF all’anno
- sostituzione del filtro a carbone attivo FY2420/30: dopo circa 12 mesi
  - 36 CHF; circa 36 CHF all’anno
- costi totali per la manutenzione (4 apparecchi): circa 244 CHF all’anno
Livello sonoro (dispositivo singolo): da 19 a 55 dB
Volume ponderato (dispositivo singolo): da 32 a 64 dB(A)
Controllo tramite app (WLAN): sì, anche per più dispositivi
Accensione e spegnimento programmabile per 7 giorni: sì
Consumo di energia (dispositivo singolo): da 2 W (standby) a 56 W (max.)
Durata di vita: circa 8 anni
Informazioni sui prezzi: 29.8.2022

Esempio 2 (aula 70 m², 200 m³): 2 x Philips AC4236/10 (Series 4000i) a 550 CHF:

CADR: fino a 500 m³/h
Filtri:
- filtro composito Philips NanoProtect: filtro HEPA a filtro carbone attivo;
  P/N (produttore): FY4440/30
Prestazioni di filtraggio per 2 apparecchi:
- ACR_filtraggio = 2.5 ricambi dell’aria / h a una velocità media dei ventilatori
- ACR_filtraggio = 5.0 ricambi dell’aria / h alla massima velocità dei ventilatori
Lavori di manutenzione e costi del materiale:
- pulizia del sensore di di particelle: ogni 2 mesi
- pulizia della superficie del filtro: ogni 2 mesi
- sostituzione del filtro composito FY4440/30: dopo circa 24 mesi
  - 90.70 CHF; circa 45 CHF all’anno
- costi totali per la manutenzione (2 apparecchi): circa 91 CHF all’anno
Livello sonoro (dispositivo singolo): da 18 dB (modalità silenziosa) a 57 dB (modalità turbo)
Volume ponderato (dispositivo singolo): n.d.
Controllo tramite app (WLAN): sì, anche per più dispositivi
Accensione e spegnimento programmabile per 7 giorni: sì
Consumo di energia (dispositivo singolo): da 2 W (standby) a 60 W (max.)
Durata: circa 8 anni
Informazioni sui prezzi: 29.8.2022

Esempio 3 (aula 70 m², 200 m³): 3 x Xiaomi MI Air Purifier Pro H à 260 CHF:

CADR: fino a 600 m³/h
Filtri: Xiaomi filtro HEPA per “Air Purifier Pro H”
- filtro 3 stadi: pre-filtro, filtro HEPA classe H13 e filtro a carbone attivo
- P/N (produttore): XM200040-1
Prestazioni di filtraggio per 3 apparecchi:
- ACR_filtraggio = 4.5 ricambi dell’aria / h a una velocità media dei ventilatori
- ACR_filtraggio = 9.0 ricambi dell’aria / h alla massima velocità dei ventilatori
Lavori di manutenzione e costi del materiale:
- pulizia del sensore di particelle: ogni 2 mesi
- pulizia della superficie del filtro: ogni 2 mesi
- sostituzione del filtro HEPA per “Air Purifier Pro H”: dopo circa 6 mesi
  - 51 CHF; ca. 102 CHF all’anno
- costi totali per la manutenzione (3 apparecchi): ca. 306 CHF all’anno
Livello sonoro: n.d.
Volume ponderato (dispositivo singolo): da 33.7 a 64 dB(A)
Controllo tramite app (WLAN): sì
Accensione e spegnimento con programmazione per 7 giorni: sì
Consumo di energia (dispositivo singolo): fino a 70 W (max.)
Consumo di energia per dispositivo (media di 3 apparecchi):
- a velocità massima: 64.5 W
- ad alta velocità (3): 32.2 W
- a media velocità (2): 18.8 W
- a bassa velocità (1): 10.3 W
- in modalità sleep: 3.5 W
- in standby: 1.0 W
Durata di vita: circa 8 anni
Informazioni sui prezzi: 28.8.2022

Esempio 4 (aula 70 m², 200 m³): 4 x Xiaomi MI Air Purifier 3 H a 139 CHF:

CADR: fino a 380 m³/h
Filtri: Xiaomi filtro HEPA per “Air Purifier 3 H”
- filtro 3 stadi: pre-filtro, filtro HEPA classe H13 e filtro a carbone attivo
- P/N (produttore): M8R-FLH
Prestazioni di filtraggio per 2 apparecchi:
- ACR_filtraggio = 3.8 ricambi dell’aria / h a una velocità media dei ventilatori
- ACR_filtraggio = 7.6 ricambi dell’aria / h alla massima velocità dei ventilatori
Lavori di manutenzione e costi del materiale:
- pulizia del sensore di di particelle: ogni 2 mesi
- pulizia della superficie del filtro: ogni 2 mesi
- sostituzione del filtro HEPA per “Air Purifier 3 H”: dopo circa 6 mesi
  - 43 CHF; ca. 86 CHF all’anno
- costi totali per la manutenzione (4 apparecchi): circa 344 CHF all’anno
Livello sonoro: n.d.
Volume ponderato (dispositivo singolo): da 33.7 a 64 dB(A)
Controllo tramite app (WLAN): sì
Accensione e spegnimento con programmazione per 7 giorni: sì
Consumo di energia (dispositivo singolo): fino a 38 W (max.)
Durata di vita: circa 8 anni
Informazioni sui prezzi: 28.8.2022

Preventivo di spesa con gli esempi da 1 a 4

Esempi	1 Acquisto 4 app. CHF	1 Manu- tenzione 4 app. CHF	2 Acquisto 2 app. CHF	2 Manu- tenzione 2 app. CHF	3 Acquisto 3 app. CHF	3 Manu- tenzione 3 app. CHF	4 Acquisto 4 app. CHF	4 Manu- tenzione 4 app. CHF
1 aula	1’096	244	1’100	91	780	306	556	344
5 aule 1 scuola dell’infanzia 3 classi elementari	5’480	1’220	5’500	455	3’900	1’530	2’780	1’720
10 aule 2 scuole dell’infanzia 3 classi elementari 3 asili nido	10’960	2’440	11’000	910	7’800	3’060	5’560	3’440
20 aule 4 scuole dell’infanzia 8 classi elementari 8 asili nido	21’920	4’880	22’000	1’820	15’600	6’120	11’120	6’880
50 aule 10 scuole dell’infanzia 20 classi elementari 10 asili nido	54’800	12’200	55’000	4’550	39’000	15’300	27’800	17’200

Tab. 1: Preventivo di spesa con gli esempi da 1 a 4. Le spese di manutenzione sono indicate per anno.
Basi di calcolo: 1 aula scolastica = 200 m3; 1 scuola materna = 2 aule; 1 doposcuola = 1 aula.

Implementazione

Se i mezzi finanziari consentono solo una soluzione parziale, è meglio utilizzare i purificatori dell’aria soprattutto nelle scuole dell’infanzia e nelle prime classi elementari (l’esperienza dimostra che è più difficile introdurre la protezione con le mascherine per le classi con gli allievi più piccoli) e soprattutto nelle aule con ventilazione insufficiente, dove si misurano le concentrazioni di CO₂ più alte.

Dopo avere dotato questi locali di una ventilazione migliore (ad esempio ventilatori aspiranti con sensori di CO₂) è possibile ottenere un tasso di ricambio d’aria ACR_aerosol sufficiente per ridurre gli aerosol con un numero inferiore di purificatori dell’aria. Le unità in eccesso vengono così liberate e possono essere riassegnate ad altri locali in cui la qualità dell’aria deve essere migliorata.