Linee guida sugli impianti per uffici

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1 PROGETTAZIONE Linee guida sugli impianti per uffici Le tematiche legate alla progettazione degli impianti HVAC per le zone uffici si sono spostate negli ultimi anni dalla richiesta in senso stretto di un generico grado di comfort climatico, ad una più ampia valutazione del benessere termico globale includente un maggiore controllo della qualità dell aria e del comfort percepito. E proprio da quest ultimi parametri, uniti ad un necessario risparmio energetico, che si sviluppano le indicazioni della nuova pruni giunta alla fase finale di inchiesta pubblica. Luca Ferrari In teoria, la gran parte dei sistemi di climatizzazione, se impiegati correttamente, sono in grado di soddisfare le condizioni di comfort per un qualsiasi tipo di edificio avente una destinazione d uso per uffici. Tuttavia in pratica, sono numerosi i fattori che limitano le possibili scelte impiantistiche per un dato tipo di costruzione e tra questi conviene segnalare: i costi di installazione e di gestione, la ripartizione degli spazi, il design architettonico, la posizione urbana e ambientale ed infine, non ultime, le necessarie valutazioni di ingegneria applicata. Bisogna purtroppo rilevare che il progettista HVAC interviene molto spesso in coda al processo architettonico e raramente partecipa alla prima fase preliminare di scelta delle caratteristiche progettuali dell insediamento. Alla luce di queste considerazioni è facile capire perché vengano tutt ora realizzati edifici che necessitano di un notevole dispendio energetico a cui molto spesso rimane associata una difficoltà intrinseca di controllo e regolazione alle condizioni di comfort. Difatti la forma della costruzione, con particolare attenzione alle aree perimetrali, la sua geometria, l orientamento e la conseguente esposizione esogena, solo per citarne i principali, sono parametri che incidono, e di molto, sulla progettazione tecnologica e sulla potenzialità erogata dall intero sistema. Ad esempio, una costruzione rettangolare con il rapporto geometrico dei lati di quattro a uno, richiede sostanzialmente un maggior dispendio di energia rispetto ad una analoga area con copertura quadrata. A queste semplici valutazioni si aggiunge oggigiorno una doverosa attenzione alla sostenibilità dell intero progetto e alla valutazione del conseguente impatto ambientale degli impianti (rumore, smaltimento reflui e acqua, inquinamento dell aria, ecc.) Condizioni climatiche ambientali Le strutture edilizie destinate ad uso ufficio sono generalmente caratterizzate da due distinti comparti, soggetti a differente grado di 68

2 intervento climatico: una fascia esterna o perimetrale e una area interna e centrale. La zona perimetrale si estende dalla parete più esterna verso l interno della costruzione per circa 3-6 m ed è di frequente corredata con grandi superfici vetrate e/o con facciate ventilate. Le zone esterne sono soggette a carichi termici variabili a causa della diversa esposizione solare e del conseguente flusso termico indotto nell aria ambiente. In queste aree deve essere previsto quasi certamente un sistema di riscaldamento per la stagione invernale. Viceversa le aree interne richiedono solitamente un intervento di raffreddamento ragionevolmente uniforme durante tutto l anno, perché di norma non sono soggette a contributi energetici esterni e i loro carichi termici sono derivati quasi interamente dalle luci, dalle apparecchiature d ufficio e dalle persone. E quindi facile prevedere che nelle stagioni intermedie, sia possibile trovarsi di fronte a richieste di climatizzazione antagoniste, situazione che comporta l utilizzo di un impianto di climatizzazione con funzionamento polivalente. Un parametro da valutare con molta attenzione risulta l indice di occupazione degli ambienti, il suo andamento orario e l eventuale effetto di contemporaneità. Difatti gli uffici vengono generalmente impegnati dalle ore 8:00 del mattino fino alle 18:00 del pomeriggio; raramente e solo per alcune specifiche attività, alcuni uffici vengono occupati fin dalle ore 5:30 del mattino e non oltre le 19:00. In altri casi può essere necessario garantire un lavoro notturno, anche se difficilmente la giornata lavorativa viene estesa oltre le ore 22:00. In Italia, i dati di riferimento delle condizioni di progetto sono definiti dalla UNI del lontano 1995, la cui necessaria bozza di revisione, pruni 10339, è giunta finalmente alla fase finale di inchiesta pubblica e si spera dunque possa essere recepita in tempi brevi. Va da se che fino allora rimarrà vigente la UNI 10339:1995. Temperatura e umidità Le temperature dell aria esterna di progetto invernale vengono indicate nella norma UNI EN 12831, con un umidità relativa fissata all 80%. La temperatura dell aria esterna e umidità relativa di progetto estive sono invece dedotte dall apposita appendice C della norma pruni Per le condizioni indoor Viene introdotto il concetto di temperatura operativa, come risultato dalla media tra la temperatura dell aria interna e la temperatura media radiante delle pareti rispetto all occupante. Per le condizioni invernali ambiente negli uffici, pur conservando un valore medio della temperatura operativa di 20 C, vengono considerate escursioni di -/+ 1 C. La temperatura media operativa estiva viene indicata sui 26 C, anch essa con un escursione di -/+ 0,5/1 C, Le prescrizioni riportate nell ASHRAE Handbook 2011 HVAC Applications viceversa indicano per le condizioni di progetto indoor un intervallo di temperatura tra i 20,3 24,2 C in inverno e di 23,3 26,7 C in estate. Rimane comunque sempre valido il consiglio di limitare durante l estate la differenza di temperatura tra aria esterna ed interna entro i 7 C. In inverno, nei periodi di non occupazione, la temperatura potrà essere mantenuta tra i 10 e i 16 C. Il valore di umidità relativa viene ricompreso in estate tra il 55 e 65 per cento (50-60 ASHRAE) e tra il 35 e 45 per cento in inverno (20-30 ASHRAE). Qualità dell aria interna Vengono considerate tre classi di qualità dell aria interna (Elevata, Media, Bassa) corrispondenti a quelle indicate dalla UNI EN I valori di concentrazione di CO 2 distinguono la classe di qualità dell aria interna (tabella 1). Va comunque detto che la tendenza comune è quella di associare valori minimi di portata d aria esterna con la misurazione degli indici di qualità dell aria (CO 2 ) e dunque di determinare in progress la quantità minima di aria esterna necessaria. Portata d aria di rinnovo La portata d aria esterna nella nuova pruni viene ridotta a 7,5 L/s (10-3 m 3 s -1 ) per persona per gli uffici singoli ed open - space e a 7 L/s per i locali riunione (tabella 2). Il valore minimo pro capite consigliato dallo Tab. 1 - Classe di qualità dell aria interna. (Fonte: Appendice A - pruni 10339:2014, Impianti aeraulici per la climatizzazione Classificazione, prescrizione e requisiti prestazionali per la progettazione e la fornitura ). Classe di qualità dell aria Corrispondenza UNI EN 13779:2008 Differenza di concentrazione di CO 2 tra aria interna e aria esterna (ppm) Elevata IDA Media IDA Basse IDA IDA 4 > 1000 Tab. 2 - Portate volumetriche di aria esterna. (Fonte: pruni 10339:2014). q v,o,p 10-3 m 3 s-1 per persona Classe di qualità dell ambiente termico Elevata Media Bassa Uffici 8,5 7,5 5,5 Uffici open space 8,5 7 5 Locali riunione 8,5 7 5 Call center 8,

3 ANSI/ASHRAE standard , anch esso in diminuzione, viene indicato in 8,5 L/s per gli uffici e su valori minori per le altre aree accessorie. Velocità dell aria La velocità media dell aria, misurata nella zona occupata, deve essere compresa entro i 0,20 m/s durante la climatizzazione estiva e tra 0,05 e 0,15 m/s in regime di riscaldamento (tabella 3). Tab. 3 - Valori della velocità dell aria. (Fonte: pruni 10339:2014). riscaldamento (m s -1 ) raffrescamento (m s -1 ) Uffici in genere, locali riunione da 0,05 a 0,15 da 0,05 a 0,20 Tab. 4 - Classe della filtrazione minima finale prevista. (Fonte: pruni 10339:2014). Classe qualità aria esterna Classe dei filtri finali Classe di qualità dell aria interna Elevata Media Bassa Uffici in genere Elevata F7 M6 M5 Locali riunione Media F8 F7 M6 Call center Bassa F9 F7 M6 Filtrazione La filtrazione dell aria viene messa in relazione con la classe dell aria interna desiderata (eccellente/media/bassa) e la relativa classe dell aria esterna (eccellente/media/bassa). In questo modo è possibile utilizzare filtri con efficienza da M5 a F9 (tabella 4). Lo stadio di filtrazione può essere anche unico o proceduto dal altri filtri di efficienza inferiore. Si consiglia inoltre di consultare anche il regolamento locale di igiene, che a volte, prescrive valutazioni diverse e più variegate. In alcuni casi può essere necessario prevedere anche a filtri a carbone attivo per la rimozione di odori e di effluenti gassosi presenti nell aria esterna. Livello sonoro I livelli sonori massimi consentiti all interno degli ambienti, stabiliti dalla norma Uni 8199, sono di 35 db(a) per gli uffici direzionali, di 40 db(a) per gli uffici singoli e di 45 db(a) per gli uffici open - space. Di diverso avviso il D.P.C.M. 5/12/97 che stabilisce invece un valore massimo per tutti gli ambienti pari a 35 db(a). Infine, l Ashrae indica dei livelli sonori compresi tra le curve NC 30 e 45. Carichi termici Come consueto è necessario comprendere a fondo le differenti tipologie dei carichi termici che insistono sulla costruzione in modo da progettare sistemi flessibili in grado di rispondere adeguatamente alle diverse fluttuazioni energetiche. Difatti l analisi della variabilità dei carichi termici sia nel tempo che in intensità costituiscono un caposaldo del procedimento progettuale. Viene dunque necessario costruire l andamento orario dei profili del carico nell arco dell intera giornata. In questo modo è possibile inoltre prevedere un eventuale studio economico sull utilizzo di un sistema di recupero e/o di accumulo del calore onde far fronte ad eventuali sovraccarichi termici dell edifico. Radiazione e trasmissione I carichi per radiazione e trasmissione riguardano quasi esclusivamente le zone perimetrali, dipendendo direttamente dalle caratteristiche costruttive e fisiche dei componenti edilizi. L utilizzo, in queste aree, di estese superfici vetrate, porta a considerare l impiego di vetri ad elevate prestazioni (ad esempio tripli vetri con strato basso emissivo) che consentono di ottenere coefficienti di conducibilità inferiori ai 1 W/(m²K). Vengono inoltre realizzate direttamente sulle pareti esterne facciate attive a ventilazione forzata, nelle quali l aria ripresa dagli ambienti viene fatta circolare attraverso l intercapedine costituita dal vetro esterno e da quello interno. Queste facciate presentano un coefficiente di conducibilità pari ancora minore e un fattore solare pari a 0,20. Ciò consente di limitare il carico dovuto alle radiazioni a circa 50 W/m² Persone L affollamento previsto negli uffici varia in base al tipo di destinazione d uso. Gli uffici chiusi hanno una superficie compresa tra i 16 m² (individuali) e i 25 m² (per 2 persone o direzionali), mentre gli uffici aperti di tipo open - space hanno un affollamento medio di 8 m² per persona (tabella 5). Come valore medio si può considerare 1 persona ogni 10 m², al quale corrisponde un carico medio di 70 W di calore sensibile di 65 W di calore latente. Nelle sale riunioni, e ove non sia definito il numero di posti, si può invece considerare un affollamento di una persona ogni 1,6 m ². Illuminazione e apparecchiature elettriche Il carico prodotto dell impianto d illuminazione costituisce una parte significativa del carico termico totale. Anche per questo e almeno nelle zone perimetrali, l utilizzo di estese superfici vetrate contribuisce a valorizzare in parte la luce naturale proveniente dall ambiente esterno. Tab. 5 - Indice di affollamento per unità di superficie. (Fonte: pruni 10339:2014). n s persone/m 2 Uffici singoli 0,1 Uffici open space 0,12 Locali riunione 0,6 Call center 0,4 70

4 Tab. 6 - Carico termico stimato delle apparecchiature illuminanti e stima della richiesta di potenza frigorifera unitaria per uffici.(fonte: Ashrae). Carico Basso Carico Medio Carico Alto Luci (W m -2 ) Potenza frigorifera ** (W m -2 ) Luci (W m -2 ) Potenza frigorifera ** (W m -2 ) Luci (W m -2 ) Uffici in genere 43* ,5* * Uffici direzionali/privati 21,5* ,5* ,5* Potenza frigorifera ** (W m -2 ) *La potenza elettrica indicata per le luci comprende anche gli altri carichi elettrici normalmente presenti. ** Le potenze frigorifere unitarie riportate sono riferite ad una temperatura esterna di 35 C b. a. e ad una temperatura ambiente compresa tra 24,4 C e 26,7 C, con il 50% di u. r. Il livello luminoso minimo negli uffici viene indicato in lux sul piano di lavoro, mentre nelle restanti aree può essere di soli 250 lux. Generalmente le luci e le apparecchiature elettriche connesse (reattore) sviluppano un carico termico in media di W/m 2, a seconda del tipo di illuminazione questo valore può assumere stime considerevolmente più alte, o invece ridursi notevolmente se viene previsto l utilizzo esteso delle nuove apparecchiature a Led (tabella 6). Va comunque considerato che se viene utilizzato un sistema di diffusione dell aria disposto nel controsoffitto, circa un 30% del calore totale emesso dalle luci può essere rimosso attraverso la ripresa/espulsione dell aria e, pertanto, non dovrà essere considerato nel calcolo del carico termico in ambiente, anche se deve essere comunque tenuto in considerazione nel calcolo della potenza frigorifera complessiva. Apparecchiature per ufficio Negli uffici si trovano sistemate apparecchiature elettriche ed elettroniche (personal computer, monitor, stampanti, fotocopiatrici, ecc.) i cui apporti di calore, spesso rilevanti, vanno stimati con accuratezza sia per assicurare il benessere delle persone sia per garantire il regolare funzionamento delle apparecchiature stesse (tabella 7). Per valutare il calore dissipato sarà necessario conoscere la potenza elettrica realmente assorbita che risulta funzionalmente sempre diversa da quella di targa. Inoltre tutte le apparecchiature, comunque, difficilmente lavorano ininterrottamente e si dovrà cercare il valore del carico termico per una utilizzazione media. In queste condizioni una stima del carico per unità di superficie diventa molto improbabile, anche se l Ashrae Handbook 2013 Fundamentals riporta un valore massimo di 45 W/m². Va detto comunque che recenti revisioni hanno dimostrato che i carichi possono essere di molto inferiori, essendo compresi tra 4 e 12 W/m². Gli impianti di climatizzazione Come indicato in apertura sono molteplici e diversamente integrati, i sistemi di climatizzazione applicati con successo nelle costruzioni adibite ad uso ufficio. Le dimensioni dell intera struttura determinano una prima e generale valutazione delle scelte progettuali, ma in particolar modo risultano determinanti le preferenze accordate dalla proprietà alla eventuale natura modulare e multicomparto della costruzione. La flessibilità intrinseca del sistema risulta dunque elemento essenziale della fase progettuale, in quanto è sempre più frequente (e richiesta) la riorganizzazione degli spazi lavorativi. Va detto inoltre che molte palazzine di uffici (ad esempio centri direzionali) sono caratterizzate dalla presenza di diverse realtà aziendali, spesso in locazione, che con ogni probabilità, esigono una ulteriore personalizzazione degli Tabella 7 Valori indicativi dei flusso termico sensibile q s, dovuti alla presenza di diverse apparecchiature caratterizzate dalla potenza massima assorbita P. (Fonte: Pocket Guide for Air Conditioning, Heating, Ventilation, Refrigeration, Ashrae). Apparecchiatura P max (W) q s (W) Personal computer Minicalcolatori Stampanti laser Copiatrici eliografiche Fotocopiatrici Scanner Imbustatrici ed etichettatrici Distributori di acqua refrigerata Distributori di bevande fredde Macchine del caffè Forni a microonde Distruttori di documenti

5 impianti, anche a scapito di una ergonomia complessiva. In tutti casi comunque deve essere prestata una attenzione particolare anche ai singoli (e ripetitivi) particolari dell impianto, in quanto direttamente collegati con i costi di gestione e di realizzazione dell intero sistema. Nelle costruzioni più grandi sono generalmente presenti anche ulteriori aree di supporto all attività principale quali i depositi, i ristoranti, le infrastrutture ricreative, i centri di elaborazione dati e di telecomunicazione, ecc. Queste attività di norma hanno una richiesta termica e di ventilazione differenziata rispetto all impianto principale di climatizzazione e quindi spesso necessitano di sistemi di condizionamento ausiliari e indipendenti. Tipologie d impianto In Italia risulta una tecnologia ormai consolidata la climatizzazione delle zone uffici attraverso l utilizzo combinato di aria primaria inviata in ambiente da un sistema centralizzato e i terminali induttivi o fan-coil posizionati direttamente nello spazio climatizzato. In questo modo la duplice azione dell impianto garantisce contemporaneamente i giusti valori di IAQ con l invio di aria esterna (primaria) e il controllo dei carichi termici sensibili attraverso i terminali. Nelle zone centrali, in alternativa, si può provvedere con la sola azione dell impianto a tutt aria a portata variabile. Una diversa soluzione viene dall utilizzo sempre più frequente di impianti VRF/VRV, che grazie alla loro innovazione e versatilità stanno aumentando considerevolmente la loro quota di mercato. In questi casi è necessario prevedere l utilizzo di un impianto di ventilazione per il giusto ricambio di aria esterna e il controllo preciso dell umidità relativa. In alternativa, un classico, rimane ancora l impianto centralizzato a doppio condotto (freddo/caldo) a portata d aria variabile con cassette terminali di miscelazione. Comunque indipendentemente dal sistema di climatizzazione prescelto gli impianti devono poter garantire la concomitanza dell azione di riscaldamento e raffreddamento per le diverse zone dell edificio. Ed in particolar modo nelle zone interne dell edifico bisogna prestare attenzione che la variabilità del carico ai valori minimi, non comporti un eccessivo raffreddamento degli ambienti in virtù dei valori minimi prefissati di aria esterna. Nelle costruzioni più grandi ed in special modo in quelle a sviluppo verticale, viene previsto normalmente un impianto con condotte d aria principali verticali. Queste vengono intercettate ad ogni piano attraverso una serranda di bypass. Una unità ventilante dotata di batteria di post-riscaldamento provvede alla successiva distribuzione al piano. In piccoli e medi uffici è diffuso l impiego di unità compatte di trattamento dell aria in aggiunta al classico impianto di riscaldamento (anche radiante). In questo ambito è possibile utilizzare anche sistemi con pompe di calore (aria aria). Ventilazione, IAQ e distribuzione dell aria Le recenti normative, la diversa disposizione delle aree uffici e la crescente attenzione verso la qualità dell aria ha portato a sviluppare impianti che assicurino sempre un minimo valore di aria esterna. Questo in particolar modo per sistemi di condizionamento a portata variabile e/o con fan coil. Viceversa sono decisamente rare le situazioni in cui venga richiesta in ambiente una percentuale del cento per cento di aria esterna, ad esclusione ovviamente del funzionamento in free cooling. Negli ultimi tempi inoltre si stanno sviluppando sistemi completamente dedicati al trattamento dell aria esterna che vengono messi in parallelo al sistema energetico principale. Questo consente di evitare sottodimensionanti dell aria esterna e di poter anche procedere al riscaldamento in zone eventualmente troppo raffreddate dal free cooling. Il controllo dell aria esterna viene in questi casi 72

6 demandato ad opportuni sensori che misurano il valore dell anidride carbonica presente in ambiente. L attività prevalentemente sedentaria svolta negli uffici obbliga il progettista ad un accurata e attenta scelta del sistema di distribuzione dell aria. A seconda del tipo d impianto e della zona considerata, si potrà disporre di una diffusione a miscela attraverso terminali a soffitto, a parete, a pavimento/davanzale o di un sistema di dislocamento dell aria anche da sottopavimento. Nelle zone perimetrali è frequente l utilizzo di diffusori lineari o a davanzale posti in prossimità della parete esterna in modo da realizzare un ipotetico sbarramento alle interferenze climatiche esterne. Viceversa nelle zone interne trovano impiego diffusori ad alta induzione posizionati generalmente nel controsoffitto. L utilizzo del sistema a dislocamento assicura la quantità di aria esterna, ma nulla o poco incide sulla neutralizzazione dei carichi termici. E cosi inevitabile che esso venga proficuamente impiegato in abbinamento solo con altri sistemi. Le altre aree A seconda del tipo di edificio, le aree tecniche dedicate alle apparecchiature meccaniche ed elettriche comportano una sottrazione della superficie coperta mediamente del 8-10%. A questo handicap si può porre rimedio ponendo sopra la copertura, dove è possibile, l unità di trattamento dell aria, i gruppi frigo e le eventuali torri di raffreddamento. Naturalmente questo può avvenire per edifici di media-bassa altezza, viceversa per costruzioni alte è necessario prevedere una area tecnica ogni 8 20 piani. Negli uffici, le unità terminali interne, induttori o fan-coil richiedono anch esse uno spazio tra l 1 e il 3% della superficie lorda di pavimento (SLP), mentre in generale le canalizzazioni, i tubi e accessori richiedono tra il 3 e il 5% sempre della stessa superficie lorda di pavimento. RIPRODUZIONE RISERVATA 73