Diffusione dell aria nei musei

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1 L AggiornamentoMonografico diffusione aria Diffusione dell aria nei musei I più recenti progetti internazionali in campo museale, firmati dalle gradi star dell architettura, vedono l impiego di due soluzioni contrapposte per la diffusione dell aria: dall alto e dal basso. In entrambi i casi con ottimi risultati dal punto di vista estetico e funzionale. Per gli ambienti espositivi gli impianti per il controllo delle condizioni microclimatiche rappresentano un componente fondamentale, data la necessità di una perfetta conservazione di opere d arte di grande valore associata al crescente interesse per l arte e la cultura e la conseguente notevole affluenza da parte del pubblico a collezioni permanenti e a mostre temporanee. Gli impianti di per i musei devono garantire un controllo costante dei parametri climatici ambientali durante tutto l anno. Una delle principali ragioni che impongono l adozione di tali impianti, in particolare per gli spazi destinati alle mostre temporanee, è costituita dai vincoli che governano i prestiti delle opere d arte imposti da musei dotati di impianti di. Le opere temporaneamente fuori sede devono infatti essere conservate in condizioni ambientali possibilmente identiche a quelle del museo d origine in modo da evitare shock termici che risulterebbero assai dannosi. Le condizioni di temperatura ed umidità ideali per le collezioni museali non rientrano di solito nella zona del benessere per le persone. È necessario pertanto adottare gli opportuni compromessi, garantendo nel contempo il contenimento dei costi iniziali ed operativi. di Luca Stefanutti Tipologie impiantistiche Uno degli elementi che influenzano l impostazione del progetto dell impianto è la configurazione del percorso di visita, che può essere fisso o variabile in funzione delle dimensioni e del tipo di esposizioni e di allestimento. Il progetto dell impianto deve quindi tener conto delle esigenze di flessibilità funzionale, con possibilità di utilizzo parziale delle sale 58

2 CONDIZIONI DI PROGETTO Per la progettazione dell impianto di è necessario ricevere innanzitutto informazioni dettagliate dalla direzione del museo sulla disposizione permanente o temporanea delle opere nelle varie sale e sulle condizioni termoigrometriche più appropriate da mantenere in ogni ambiente. Il criterio fondamentale di progettazione consiste nel mantenimento di condizioni termoigrometriche variabili da zona a zona ma il più possibile costanti 24 ore al giorno nel corso di tutto l anno, indipendentemente dalla variazioni climatiche esterne e dei carichi interni. I beni conservati si possono adattare infatti anche a condizioni non ottimali, ma non tollerano variazioni brusche dei parametri climatici. La tabella 1 riassume i dati tecnici di riferimento per la progettazione. Tab. 1 - Condizioni di progetto per ambienti museali. Temperatura tra 20 C e 22 C Umidità relativa 50% +/- 5% Velocità dell aria Aria di rinnovo Filtrazione espositive, e delle rapide variazioni dei carichi termici, interni ed esterni, all interno di una stessa sala durante le varie ore del giorno come pure tra una sala e l altra. Gli impianti più adatti sono quelli a tutta aria in quanto è consigliabile evitare la presenza nelle aree espositive e nei depositi di tubazioni d acqua che comportano il rischio di danneggiamento delle opere d arte in caso di rottura. In base alla struttura e alla suddivisione degli spazi espositivi possono essere adottati impianti a portata costante a zona singola o multizone, oppure a portata variabile con cassette VAV a servizio di ogni zona, eventualmente dotate di batterie di post. Queste ultime devono essere di tipo elettrico nelle sale espositive e nei depositi, mentre possono essere ad acqua calda negli altri locali. Una tipologia assai diffusa prevede il trattamento separato dell aria di rinnovo e dell aria di ricircolo mediante impianti diversi. Questa soluzione permette di ridurre le portate d aria trattata mediante l impianto centralizzato e di conseguenza le dimensioni dei canali di distribuzione. Il trattamento dell aria di rinnovo è in genere centralizzato e assolve alle seguenti funzioni: assicurare il ricambio d aria in base al numero di persone presenti; filtrare l aria riducendo il contenuto di sostanze inquinanti solide e gassose presenti in atmosfera e nocive per le opere esposte; controllare il livello di umidità nel periodo invernale; in parallelo con i condizionatori di ricircolo, contribuire alla deumidificazione dell aria nel periodo estivo e alla neutralizzazione di parte del carico sensibile in ambiente, sia in estate che in inverno. 0,15 m/s in inverno 0,20 m/s in estate 6 L/s prefiltri G3 filtri finali F9 Livello sonoro NC Le centrali di trattamento dell aria primaria devono essere predisposte per funzionare in regime di free-cooling in presenza di favorevoli condizioni esterne. La centralizzazione del trattamento dell aria primaria permette di concentrare in un unico volume tecnico le funzioni richiedenti i maggiori oneri di manutenzione, quali la filtrazione dell aria ed il trattamento igrometrico. Le funzioni di e di raffreddamento dell aria delle singole sale possono invece essere decentrate ed affidate a più unità di zona funzionanti a solo ricircolo, ognuna al servizio di una sala o di un gruppo di sale affini per localizzazione e carico termico. Tali unità sono dotate in genere di due batterie rispettivamente ad acqua refrigerata e ad acqua calda. Esse, oltre a compensare il carico sensibile esterno ed interno, possono neutralizzare anche parte del calore latente prodotto dalle persone. Nel periodo invernale, con affollamento completo delle sale, l umidificazione centralizzata viene ridotta. In caso di minore affollamento in una delle sale espositive, la sonda di umidità corrispondente comanda un incremento dell umidificazione centralizzata per garantire il valore minimo di progetto. Per evitare che nelle altre zone l umidità superi il valore di progetto, intervengono le unità a ricircolo in regime di deumidificazione. Le unità vengono ubicate in appositi locali tecnici adiacenti alle sale e, per mezzo di canali di mandata e di ripresa, possono eventualmente effettuare una distribuzione di zona in base alla suddivisione degli ambienti. In alcuni musei sono state utilizzate speciali unità di trattamento dotate, in aggiunta alle batterie ad acqua, di un circuito frigorifero aggiuntivo con batteria ad espansione diretta e di un umidificatore a vapore, del tipo ad elettrodi immersi, e di inverter per la regolazione della velocità del ventilatore. Il funzionamento delle 59

3 1a 1b 1 Per le sale del nuovo museo Frieder Burda di Baden-Baden, progettato da Richard Meier, sono stati impiegati diffusori lineari ad altissima induzione integrati nei soffitti in cartongesso (a) e nelle travi a soffitto che contengono anche i faretti di illuminazione (b). KIEFER - COPYRIGHT MUSEUM FRIEDER BURDA unità è regolato da un sistema a microprocessore che riceve dalle singole sonde situate nelle varie zone della sala il valore della temperatura ambiente e varia la temperatura dell aria di mandata agendo sulla valvola dell acqua refrigerata. Inoltre, in funzione della temperatura rilevata, il sistema comanda la regolazione delle apertura delle bocchette motorizzate di ogni zona. Per mantenere costante il valore di pressione all interno del canale di mandata, in corrispondenza di ogni variazione di apertura delle bocchette, il sistema agisce sull inverter per variare la velocità dei ventilatori. La batteria ad espansione diretta ha la funzione di effettuare una rapida deumidificazione dell aria, mentre la batteria di condensazione viene utilizzata per il successivo post. In tutte le altre zone di un museo non adibite ad esposizioni (foyer, bar, uffici) possono essere utilizzati impianti di tipo misto acqua-aria. Distribuzione dell aria La distribuzione dell aria negli ambienti rappresenta un problema di non facile soluzione a causa dei notevoli vincoli architettonici che impongono spesso l adozione di sistemi atipici per il passaggio dei canali dell aria, che sono solitamente di grandi dimensioni date le notevoli portate d aria esterna di ventilazione da trattare. Gli spazi tecnici per la posa delle canalizzazioni sono in genere ricavati nei controsoffitti, nei pavimenti flottanti o all interno di pareti divisorie. Quando tale soluzione non è realizzabile, come accade negli edifici storici ristrutturati aventi soffitti decorati e pavimenti di valore artistico, è necessario realizzare delle false pareti. Esse sono poste ad una distanza di circa 300 mm dalle pareti originali in modo da creare un intercapedine che viene utilizzata per la posa dei canali di mandata e ripresa dell aria. L immissione dell aria può avvenire dalla parte superiore delle false pareti o in corrispondenza di aperture laterali. La ripresa viene in genere effettuata dal basso attraverso feritoie poste tra il pavimento e le false pareti in posizione opposta a quella di immissione. In alcuni casi le false pareti vengono utilizzate anche per l alloggiamento dei condizionatori locali, appositamente progettati con spessori molto contenuti ed accorgimenti tali da garantire l accessibilità per la manutenzione di filtri e batterie. Un altra soluzione è costituita dall impiego di strutture lineari a soffitto che contengono tutte le funzioni tecnologiche quali cavi elettrici, illuminazione, altoparlanti, rilevatori di fumo e diffusori d aria. Diffusori lineari ed ugelli Un aspetto peculiare della distribuzione dell aria nei musei è l importanza riservata all aspetto estetico degli apparecchi di diffusione. La soluzione ideale è costitui- 60

4 ta dall impiego di elementi lineari i quali, grazie al loro design poco appariscente, offrono la possibilità di una facile integrazione nei controsoffitti e nelle pareti. Talvolta essi vengono addirittura impiegati come elementi decorativi, disposti in modo da ottenere vari disegni geometrici o da accentuare la struttura del soffitto. I diffusori lineari possono coprire aree molto vaste, sono adatti per gli impianti a portata variabile e possono essere utilizzati indifferentemente sia per la mandata che per la ripresa dell aria. Esempi recenti di utilizzo di diffusori lineari vengono dalla Germania per due progetti realizzati da famosi architetti americani. Per le sale del nuovo museo Frieder Burda di Baden-Baden, progettato da Richard Meier, sono stati impiegati diffusori lineari ad altissima induzione integrati nei soffitti in cartongesso e nelle travi a soffitto che contengono anche i faretti di illuminazione (figura 1). I diffusori presentano una contenuta larghezza della feritoia (18, 20 e 45 mm) e possono diffondere una portata d aria compresa tra 50 e 130 m 3 /h per metro di lunghezza. Grazie all elevato effetto induttivo con getti d aria a 45 rispetto al soffitto è possibile immettere aria con un differenziale di 14 K rispetto all ambiente, quindi con una temperatura di C, riducendo al minimo la necessità di post estivo. La stessa tipologia di diffusori è stata utilizzata per il museo Felix Nussbaum di Osanbrück progettato da Daniel Liebeskind (figura 2). Per le sale espositive, che si sviluppano su m 2, sono stati utilizzati diffusori lineari inseriti nel soffitto in cartongesso, con feritoie aventi una larghezza di soli 15 mm in grado di diffondere una portata di m 3 /h.m. Anche Mario Botta utilizza abitualmente questa soluzione nei suoi progetti museali. La figura 3 mostra una sala del San Francisco Museum of Modern Art con i diffusori lineari a soffitto. Per gli ambienti di grande volumetria possono essere utilizzati i diffusori ad ugelli orientabili. Gli ugelli sono installati in genere a parete con inclinazione di 60 rispetto al piano della parete stessa e sono particolarmente adatti al trattamento dei lucernari che sempre di più vengono adottati nei musei per ottenere l illuminazione zenitale degli ambienti. Installati lungo il perimetro del lucernario essi permettono di neutralizzare la radiazione solare incidente, creando una lama d aria fredda tangente al lato interno della superficie vetrata. Gli ugelli permettono di ottenere gittate con un lancio fino a 30 metri. Diffusori a pavimento Il sistema di diffusione dell aria del tipo a dislocamento a pavimento risulta anch esso adatto per un applicazione museale in quanto caratterizzato da un impatto estetico assai ridotto, da basse velocità dell aria in prossimità delle opere e da un ridotto livello sonoro generato dall impianto. L aria distribuita nel pavimento sopraelevato utilizzato come plenum è immessa a bassa velocità attraverso griglie che devono integrarsi con il tipo di pavimento e devono poter essere rimosse per la pulizia del plenum di distribuzione sottostante o per l accesso alle prese elettriche. In tal caso l aria viene ripresa a soffitto e ricircolata all unità di trattamento. La diffusione dell aria a pavimento è il sistema preferito da Renzo Piano che l ha impiegato in tutti i suoi più recenti progetti: la Fondation Beyeler a Basilea (figura 4), il Zentrum Paul Klee di Berna e la Pinacoteca Agnelli di Torino. Lo stessa soluzione è stata adottata anche per la Tate Modern di Londra ove gli architetti Herzog & De Meuron hanno optato per griglie a pavimento con estrazione dell aria a soffitto attraverso i corpi illuminanti (figura 5). Regolazione automatica I carichi endogeni dovuti alla presenza delle persone e delle luci possono subire delle KIEFER 2 Per il museo Felix Nussbaum di Osnabrück, progettato da Daniel Liebeskind, sono stati utilizzati diffusori lineari inseriti nel soffitto in cartongesso, con feritoie aventi una larghezza di soli 15 mm. 62

5 3 Una sala del San Francisco Museum of Modern Art, progettato da Mario Botta, con diffusori lineari a soffitto. I CARICHI TERMICI Irraggiamento e trasmissione I musei sono in genere caratterizzati dalla presenza di finestre e lucernari, soprattutto nelle aree di circolazione. Il controllo dell irraggiamento solare è particolarmente importante non solo per ridurre il carico termico ma soprattutto al fine di minimizzare gli effetti negativi delle radiazioni elettromagnetiche, che provocano variazioni di colore e reazioni chimiche con gravi danni sugli oggetti esposti. In particolare possono essere particolarmente nocivi per le opere i raggi ultravioletti con lunghezza d onda inferiore a 380 nm. E necessario considerare inoltre che le radiazioni provocano anche un aumento della temperatura superficiale degli oggetti con conseguenti dilatazioni termiche. Sempre più frequente è l impiego di lucernari vetrati per garantire l illuminazione naturale delle sale: in tal caso l ambiente interno deve essere protetto dalle variazioni delle condizioni esterne mediante la creazione di zone cuscinetto, ovvero di un intercapedine riscaldata e ventilata prevista all interno della copertura vetrata. Per le aree espositive dotate di vetrate a tutta altezza poste direttamente sull esterno è consigliabile prevedere un a pavimento realizzato mediante convettori incassati. L isolamento della struttura deve evitare che durante l inverno gli oggetti collocati vicino alle pareti esterne risentano degli effetti della temperatura radiante e la possibile condensazione del vapore sia sugli oggetti che sulla superficie interna delle pareti esterne. Persone e illuminazione Il valore medio di affollamento nelle aree espositive è di 1 persona ogni 3-4 m². Considerando il metabolismo dei visitatori in leggero movimento, il carico endogeno specifico apportato risulta di 25 W/m² di calore sensibile e di 20 W/m² di calore latente. Per quanto riguarda il carico di illuminazione, ai fini del calcolo termico è necessario condurre una dettagliata analisi della potenza elettrica installata nei vari locali e del periodo di funzionamento dell impianto di illuminazione. Il valore medio si può assumere pari a 60 W/m² nelle zone espositive e a 15 W/m² negli altri locali. variazioni in corrispondenza dell apertura di una nuova mostra, dell ora del giorno, delle condizioni atmosferiche o di altri fattori. Pertanto è necessario adottare una regolazione di zona per mantenere un adeguato controllo delle condizioni ambientali al variare dei carichi. Un problema da affrontare è l ubicazione dei termostati e degli umidostati in ambiente. Dal punto di vista estetico una soluzione per nascondere le sonde ambiente consiste nell installarle all interno delle contropareti dietro una piastra forellata che permette l aspirazione dell aria ambiente. Dal punto di vista funzionale il problema è costituito dal fatto che, collocando le sonde in ambiente o nel canale comune di ripresa dell aria, le condizioni rilevate non sono rappresentative di tutte le zone. Temperatura e umidità relativa La presenza di una temperatura ambiente elevata è dannosa per la conservazione in quanto accelera i processi chimici, fisici e biologici di degradazione dei materiali organici. E quindi consigliabile adottare la temperatura più bassa possibile, compatibilmente con le condizioni di benessere sia dei visitatori che degli addetti. Le condizioni ottimali dell aria delle zone espositive sono in genere compresa tra 20 e 22 C. Il mantenimento di valori costanti di umidità relativa è essenziale in quanto le normali oscillazioni possono provocare gravi danni alle opere d arte. Non esiste una concordanza generale sul valore ottimale di umidità da mantenere. Inoltre si verificano spesso situazioni di collezioni miste per cui nelle stesse sale vengono esposte opere d arte con caratteristiche fisiche diverse che richiederebbero con- 64

6 4 La diffusione dell aria a pavimento rappresenta la soluzione prediletta da Renzo Piano, come nel caso della Fondation Beyeler di Basilea. dipende anche dalla qualità dell aria a contatto con gli oggetti, ovvero dagli inquinanti solidi e gassosi in essa presenti. Per quanto riguarda gli inquinanti solidi, costituiti essenzialmente dalle polveri, in genere vengono utilizzati sistemi di filtrazione ad alta efficienza. Nel caso in cui sia necessario rimuovere anche i fumi, si adotta un secondo stadio di filtrazione ad elevata efficienza di tipo HEPA con efficienza del 99,99% su particelle con diametro di 0,3 micron. La filtrazione elettrostatica dell aria è invece sconsigliata in quanto può provocare la formazione di ozono. Gli inquinanti gassosi più dannosi sono anidride solforosa, ossidi di azoto e ozono. In particolare il biossido di zolfo si combina con l acqua per formare acido solforico. I due metodi utilizzati per la loro eliminazione dall aria esterna immessa in ambiente sono il sistema a letto granulare (a carbone attivo o ad allumina attiva) ed il sistema ad ugelli lavatori con soluzioni acquose alcaline con valori di ph variabile tra 8,5 e 9. 5 Per la Tate Modern di Londra gli architetti Herzog & De Meuron hanno optato per griglie a pavimento con estrazione dell aria a soffitto attraverso i corpi illuminanti. dizioni di conservazione specifiche. A livello di riferimento si può assumere un valore medio di 50% con una tolleranza di +/- 5%. L umidità relativa può variare nel corso dell anno tra un valore minimo del 35% ed un massimo del 60%, con un gradiente mensile non superiore al 5% ed una variazione giornaliera massima compresa entro +/- 3%. Alcuni materiali possono tuttavia richiedere condizioni igrometriche ancora più stabili, mentre le sale di esposizione di fossili e gli scheletri ossei richiedono elevati valori di umidità. Velocità e qualità dell aria Per il benessere dei visitatori la velocità dell aria non deve superare 0,15 m/s in e 0,20 in raffrescamento. L ASHRAE prescrive invece di non superare 0,13 m/s. Particolare attenzione va posta al controllo della velocità dell aria in presenza di affreschi e di particolari oggetti realizzati con materiali facilmente asportabili. La portata minima di aria esterna è di 6 L/s a persona secondo la norma UNI mentre lo Standard ASHRAE richiede 10 L/s. La conservazione ottimale delle opere Rumori e vibrazioni Il livello sonoro emesso degli impianti, benché non critico come per altre applicazioni, non deve essere fonte di disagio per le persone. L impianto di deve essere dotato di isolamento acustico e dalle vibrazioni per garantire il benessere dei visitatori e del personale. L isolamento acustico è necessario per evitare la trasmissione di vibrazioni di risonanza all interno degli oggetti esposti, che possono essere danneggiati da tali movimenti. Il livello sonoro deve essere contenuto, ma non al punto da creare un ambiente dove i rumori normali possono diventare fonte di disagio. Come livello massimo di riferimento si possono assumere le curve NC 40. Bisogna inoltre considerare che le sale di esposizione tendono ad avere un acustica riverberante. 66