COMUNE DI TREPPO GRANDE

PROVINCIA DI UDINE COMUNE DI TREPPO GRANDE IMPIANTO A GEOSCAMBIO E POMPA DI CALORE PER LA SCUOLA MATERNA COMUNALE PROGETTO ESECUTIVO 4.1 CALCOLI ESECUTIVI DEGLI IMPIANTI Relazioni IL PROGETTISTA ing. Martino Crucil ORDINE INGEGNERI PROV. DI UDINE POS. N 1531 S. PIETRO AL NATISONE San Pietro al Natisone, maggio 2011

INDICE 1) GENERALITA... 2 1.1) PREMESSA... 2 1.2) NORME DI RIFERIMENTO PER GLI IMPIANTI MECCANICI... 2 2) IMPIANTO TERMICO... 4 2.1) CARATTERISTICHE FUNZIONALI DELL IMPIANTO TERMICO ESISTENTE... 4 2.2) OPERE IN PROGETTO... 5 2.3) CARATTERISTICHE DELLA POMPA DI CALORE... 7 2.4) SCELTA DEI TERMINALI DI IMPIANTO... 8 2.5) DIMENSIONAMENTO DELLE RETI IDRICHE DI ALIMENTAZIONE DEI TERMINALI... 8 3) IMPIANTO IDRICO SANITARIO... 10 3.1) DESCRIZIONE DELL IMPIANTO IDRICO SANITARIO... 10 4) GARANZIE E OBBLIGHI DELL INSTALLATORE... 10 IMPIANTO GEOTERMICO IN SCUOLA MATERNA COMUNALE TREPPO GRANDE (UD) pag. 1

1) GENERALITA 1.1) PREMESSA La presente relazione ha come oggetto gli impianti meccanici relativi al progetto per la realizzazione di un impianto a geoscambio con pompa di calore per la scuola materna di Treppo Grande (UD). La progettazione degli impianti è stata naturalmente eseguita con l intento di dotare la struttura di impianti funzionali e innovativi che possano consentire sia una abitabilità in condizioni di assoluta sicurezza e confort che una gestione attenta dei consumi energetici. Per assicurare la massima affidabilità, sicurezza ed efficienza degli impianti, nell esecuzione dei lavori dovranno essere rispettate le scelte di progetto e installate apparecchiature e materiali unificati ed omologati. I componenti degli impianti che abbisognano di manutenzione saranno ispezionabili, smontabili, riparabili o sostituibili. Le unità tecnologiche ed impiantistiche verranno realizzate ed installate in conformità alle norme di sicurezza vigenti. In particolare l impianto di riscaldamento oggetto di intervento garantirà le condizioni di benessere ambientale richieste nei vari locali della struttura; le reti di distribuzione e i terminali saranno protetti e progettati per non generare livelli di rumorosità o disturbo di alcun genere tali da creare disagi agli utenti con riferimento alla particolare destinazione d uso del locale interessato. 1.2) NORME DI RIFERIMENTO PER GLI IMPIANTI MECCANICI La normativa di riferimento utilizzata per la progettazione degli impianti meccanici è la seguente: a) normativa generale: - D.LGS. n. 81/08 (sicurezza luoghi di lavoro) - DM 22/01/08 n. 37 ( ex 46/90 sicurezza impianti); - L. 09/11/91 n. 10 (risparmio energetico); - D.Lgs. 19/08/05 n. 192. (Attuazione dir. 2002/91/CE - rendimento energetico edilizia) - D.Lgs. 29/12/06 n. 311. (Attuazione dir. 2002/91/CE - rendimento energetico edilizia) - D.Lgs. 30/05/08 n. 115. (Attuazione dir. 2006/32/CE efficienza degli usi finali dell energia) - Circ. MLLPP 22/05/67 n. 3151 (criteri. di valutazione delle grandezze fisiche ); IMPIANTO GEOTERMICO IN SCUOLA MATERNA COMUNALE TREPPO GRANDE (UD) pag. 2

b) impianti termici e di raffrescamento : - DPR 26/08/93 n. 412 e succ. agg. (attuativo L.10/91); - DPR 21/12/99 n. 551e succ. agg. (attuativo L.10/91- integrazione DPR 412/93); - DPR 02/04/09 n. 59 (Attuazione dir. 2002/91/CE - rendimento energetico edilizia) - DPR 26/06/09 (Linee guida nazionali per la certificazione energetica degli edifici) - UNI/TS 11300/2008 (prestazioni energetiche degli edifici) - UNI EN 378 (Impianti di refrig. e pompe di calore requisiti di sicurezza e ambientali) - UNI EN 1264/1-2-3-4 (Impianti a pannelli radianti a pavimento) c) impianti adduzione gas e scarico fumi : - UNI 7129/08 (impianti a gas per uso domestico alimentati da rete di distribuzione) - UNI 11071/03 (impianti a gas per uso dom. asserviti ad app. a condensazione) - DM 12/04/96 (regola tecnica di prev. incendi per impianti termici alimentati a gas) - UNI EN 1443/00 (camini: requisiti generali) - UNI 9615/90 UNI EN 13384-1 (camini al servizio di un solo generatore) - DPR 22/12/70 n. 1391 (inquinamento atmosferico negli impianti termici); - DLGS 152/2006 parte V (norme su tutela aria e riduzione emissioni in atmosfera) d) impianti di ventilazione e trattamento aria: - UNI 10339 giugno 1995 (requisiti degli impianti aeraulici al fini di benessere) ; - UNI 10381-1-2 (impianti aeraulici condotte); - Schema di linee guida di protocolli tecnici di manutenz. predittiva sugli impianti di climatizzazione del Ministero della Salute 10/2006 (requisiti per manutenz. e pulizia) - UNI ENV 12097-1999 (ventilazione condotte - requisiti per manutenzione e pulizia) - NORME ASHRAE 62/89 (requisiti minimi di ventilazione) - NORME ASHRAE 82/93 - Linee guida per il controllo della legionellosi" redatte in occasione della "conferenza permanente per i rapporti tra lo stato, regioni e le province autonome di Trento e Bolzano" (04/04/2000) e) impianti idrico sanitari e di scarico: - UNI 9182/08 (impianti di alimentaz. e distribuz. acqua calda e fredda); - UNI EN 806-1-2-3 (specifiche per impianti interni di convogliamento acque per consumo IMPIANTO GEOTERMICO IN SCUOLA MATERNA COMUNALE TREPPO GRANDE (UD) pag. 3

umano); - UNI CTI 8065/91 (trattamento acqua negli impianti termici civili); - UNI 9183/87 e succ. agg (sistemi di scarico delle acque usate) - UNI EN 12056 (Sistemi di scarico funzionanti a gravità all interno degli edifici) - Linee guida per il controllo della legionellosi" redatte in occasione della "conferenza permanente per i rapporti tra lo stato, regioni e le province autonome di Trento e Bolzano" (04/04/2000) f) rumorosità impianti: - UNI 8199/81 (livello rumorosità); - DPCM 01/03/91 (livello sonoro); - L.447 del 26/10/95 (legge quadro inquinamento acustico) - DPCM 5/12/97 (requisiti acustici passivi degli edifici) Per quanto non previsto nella presente relazione tecnica si deve fare riferimento alle normative di legge ed alle norme tecniche in vigore. 2) IMPIANTO TERMICO 2.1) CARATTERISTICHE FUNZIONALI DELL IMPIANTO TERMICO ESISTENTE Il fabbricato è suddiviso in due corpi collegati fra di loro, una ala est (ala vecchia) ed una ala ovest (ala nuova) di recente costruzione. Attualmente l ala ovest è caratterizzata da un impianto radiatori e nella centrale termica dedicata è installato un generatore di calore alimentato a gas metano con portata termica nominale pari a 52.8kW; è presente un circuito con elettropompa per l alimentazione dei radiatori ed un circuito di carico del bollitore da 200litri da cui si stacca le rete idrico sanitaria costituita da acqua fredda, calda e ricircolo. La ala ovest di recente costruzione, che comprende sostanzialmente due aule, un corpo servizi igienici, una sala da pranzo a la cucina, è caratterizzata invece da un impianto a pannelli radianti a pavimento servito da due collettori con valvola di zona e termostati ambiente. A servizio dell ala nuova è stata realizzata una centrale termica con caldaia a condensazione murale da 34.7 kw, che alimenta direttamente, con valvola a tre vie incorporata, un bollitore IMPIANTO GEOTERMICO IN SCUOLA MATERNA COMUNALE TREPPO GRANDE (UD) pag. 4

sanitario ad accumulo a doppio serpentino da 500 litri e indirettamente, tramite un modulo idraulico di miscelazione e rilancio con elettropompa, le due linee di alimentazione ai collettori dei pannelli radianti a pavimento. Il bollitore ad accumulo va servire le utenze di cucina e i servizi igienici ala ovest attraverso una rete di distribuzione con tubazioni in multistrato per acqua fredda, calda e ricircolo; il secondo serpentino era stato predisposto per il collegamento futuro di un impianto a collettori solari per l integrazione alla produzione di acqua calda sanitaria. Dal punto di vista del trattamento dell acqua è presente un impianto di filtrazione e dosaggio di prodotti chimici nelle centrale termica ala nuova ovest ed un impianto di filtrazione ed addolcimento nella centrale termica dell ala est. 2.2) OPERE IN PROGETTO Si è previsto di installare un impianto con pompa di calore elettrica del tipo acqua/acqua con sonde geotermiche di tipo verticale. Questo sistema di produzione del calore è caratterizzato da rendimenti energetici molto elevati se l acqua calda prodotta si limita ad una temperatura non troppo elevata, intorno ai 35 C-40 C, di conseguenza i terminali di impianto d ovrebbero essere tali da poter sfruttare l acqua di alimentazione a queste temperature. Per questo motivo l intervento comprende anche la rimozione dei radiatori e la realizzazione di un impianto a pannelli radianti a pavimento a bassa temperatura nell ala est; come già descritto, l ala ovest è già riscaldata con questa tipologia d impianto. Si è previsto di dismettere la centrale termica dell ala vecchia e di realizzare un vano tecnico per l alloggiamento delle nuove apparecchiature termiche in un locale deposito esistente in prossimità della centrale termica dell ala nuova. Nel nuovo vano tecnico verranno quindi installate le 2 pompe di calore, il serbatoio di accumulo inerziale da 920litri, un collettore con le due elettropompe per l alimentazione dei due circuiti pannelli radianti, i collettori di partenza per le sonde geotermiche e tutti gli accessori e le apparecchiature a corredo per la corretta funzionalità dell impianto. Si è pensato di mantenere la centrale termica dell ala nova ovest e la maggior parte delle apparecchiature installate e di realizzare solamente alcune modifiche per il collegamento del nuovo impianto a pompa di calore con l impianto esistente. La caldaia murale verrà mantenuta per garantire comunque in ogni condizione la produzione dell acqua calda sanitaria e anche come eventuale riserva alle pompe di calore in caso di manutenzione o problematiche di qualsiasi tipo. IMPIANTO GEOTERMICO IN SCUOLA MATERNA COMUNALE TREPPO GRANDE (UD) pag. 5

Il bollitore sanitario rimarrà quindi collegato alla caldaia ed il serpentino dedicato al solare verrà invece riutilizzato e connesso a degli attacchi predisposti sulle pompe di calore in grado comunque, durante il funzionamento in riscaldamento, di produrre una parte di potenza termica per contribuire attivamente alla produzione di acqua calda sanitaria. Le pompe di calore alimenteranno quindi i pannelli radianti a servizio di tutto l edificio; per fare questo verrà installato un collettore con due elettropompe elettroniche a giri variabili, una dedicata all ala est ed una all ala ovest, quest ultima ricollegata alle esistenti tubazioni di alimentazione ai pannelli radianti in partenza dalla centrale termica esistente. I due circuiti in partenza saranno controllati dalla centralina di regolazione della pompa di calore e sono dotati di valvola miscelatrice; l impianto sarà infatti gestito da una regolazione climatica in funzione della temperatura esterna, della effettiva richiesta delle utenze a valle e dei parametri impostati dall operatore, al fine di ottimizzarne il funzionamento e ridurre al minimo i consumi energetici. Tutte le tubazioni che saranno di nuova installazione od oggetto di modifiche per adattamenti verranno coibentate con materiale isolante, certificato di Classe ex 1 di reazione al fuoco e di spessore adeguato all ambiente d installazione ed al loro diametro. E previsto inoltre il loro rivestimento con pannello plasticato in PVC e l applicazione delle targhette identificatrici dei vari circuiti. Per l alimentazione elettrica delle nuove apparecchiature è prevista l installazione di un quadro elettrico dedicato, completo di tutte le apparecchiature di protezione e comando. La distribuzione dell impianto elettrico avverrà con l impiego di tubazioni plastiche rigide autoestinguenti staffate a vista all interno della sottostazione. La distribuzione dell impianto termico in partenza dalla centrale termica/sottostazione, verrà realizzata mediante circuiti con l installazione di tubazioni in rame staffate a vista a parete/soffitto e coibentate negli spessori di legge con coppelle isolanti in materiale elastomerico certificato di Classe uno di reazione al fuoco; dove possibile, verrà sfruttato un cunicolo tecnico sottopavimento esistente per l attraversamento dei locali con le tubazioni termiche. Il nuovo impianto a pannelli radianti per l ala est verrà suddiviso in quattro zone principali: aule, servizi igienici, salone attività libere e zona uffici e locali accessori. Ogni zona sarà servita da proprio collettore ad incasso a parete con valvola di zona e comandata da termostato ambiente installato a parete. L intervento di ognuno dei termostati darà anche il consenso al funzionamento alla elettropompa di alimentazione in centrale termica. IMPIANTO GEOTERMICO IN SCUOLA MATERNA COMUNALE TREPPO GRANDE (UD) pag. 6

Nei servizi igienici verrà installato un impianto radiante di tipo a parete per evitare di dover intervenire sul pavimento con il rischio di danneggiare la distribuzione idrico sanitaria esistente. 2.3) CARATTERISTICHE DELLA POMPA DI CALORE E prevista l installazione di due pompe di calore a basamento collegate in batteria, per garantire modularità e sicurezza di funzionamento. Esse sono dotate di compressore a capsule scroll raffreddato a gas aspirato, con scambiatore di calore abbondantemente dimensionato, come evaporatore in acciaio INOX, condensatore e scambiatore HGL per la produzione di acqua calda sanitaria; sono montate su un telaio stabile e dotate di rivestimento fono-termoisolato. La caratteristiche tecniche principali di ciascuna unità sono: - Potenza termica EN255 S0/W35: 34.8kW - Assorbimento elettrico EN255 S0/W35: 8.25kW - COP EN255 S0/W35: 4.22 - Dimensioni (AxLxP): 127x62x110 cm; Peso 320 kg - Allacciamento elettrico: 3x400V - 50Hz - Corrente di esercizio compressore: 28 A; - Corrente di avviamento compressore (limitatore): 67.5 A Sulla parete del vano tecnico attestata all esterno verranno installati i due collettori in polietilene per la partenza delle tubazioni di adduzione alle sonde geotermiche, per andata e ritorno, con valvole di intercettazione, misuratori di portata per l equilibramento di tutti i circuiti geotermici, raccordi per sonda, rubinetto di carico e scarico e mensole di sostegno. Attraverso una apposita trincea esterna, le adduzioni raggiungeranno il campo geotermico con le relative sonde verticali in polietilene ad alta densità. La potenza nominale totale installata delle pompe di calore sarà quindi di 69.6kW ed in base all analisi delle esistenti relazioni tecniche sulle dispersioni dell edificio ed in seguito a ulteriori considerazioni effettuate sulle caratteristiche dell edificio attuale, si è verificato che esse riescono a coprire interamente il fabbisogno termico richiesto dalla struttura nel suo complesso; come già descritto, viene comunque mantenuta la caldaia murale esistente che, oltre al fabbisogno sanitario, sarà in grado di garantire, nell eventualità un supporto al riscaldamento. IMPIANTO GEOTERMICO IN SCUOLA MATERNA COMUNALE TREPPO GRANDE (UD) pag. 7

2.4) SCELTA DEI TERMINALI DI IMPIANTO Come precedentemente descritto, i nuovi terminali dell impianto termico saranno costituiti dai pannelli radianti a pavimento e parete. I terminali sono stati dimensionati sulla base delle potenze termiche derivate dal calcolo delle dispersioni invernali come si può desumere dalla esistente relazione tecnica di legge 10 (dlgs 192/05 e succ. agg.) per l ala est. Le caratteristiche dei pannelli radianti sono indicate nelle tavole di progetto. 2.5) DIMENSIONAMENTO DELLE RETI IDRICHE DI ALIMENTAZIONE DEI TERMINALI Al fine di garantire un corretto funzionamento dell impianto e di determinare le caratteristiche delle pompe di circolazione è necessario dimensionare correttamente le reti idriche di alimentazione dei vari circuiti in progetto. Il criterio di dimensionamento adottato è quello che si basa sull assegnazione, per i vari tronchi di rete attraversati da determinate portate di acqua, di diametri delle tubazioni tali da determinare, per quanto possibile, perdite di carico per unità di lunghezza costanti in tutta la rete di tubazioni. A tal fine si utilizzano il diagramma delle perdite di carico nei tubi in acciaio tipo UNI EN 10255 serie media e nei tubi di rame tipo UNI EN 1057, mentre per le perdite di carico localizzate esistono apposite tabelle di riferimento. Quindi è possibile ricavare il diametro della tubazione e la velocità dell acqua, una volta fissata la portata in circolazione e la perdita di carico specifica. Quest ultimo parametro, tenuto conto del confronto fra i costi di realizzazione delle reti ed i costi energetici di pompaggio necessari, deriva dalla pratica progettuale che individua i valori ottimali nel campo compreso tra i 200 ed i 300 Pa per metro lineare. Nel progetto della rete termoidraulica è stato definito il tracciato necessario per raggiungere tutti i terminali, cercando di equilibrare i vari tratti di circuito anche a costo di un maggior onere in termini di quantità di tubazione da installare, ricorrendo a soluzioni quali quelle del ritorno inverso o cercando di portare il punto di suddivisione dei vari circuiti il più possibile vicino al baricentro dei carichi. Il bilanciamento definitivo dell impianto, atto a garantire a ciascun terminale la portata d acqua prevista, verrà comunque effettuato agendo sugli organi di taratura (detentori) installati su ciascun modulo di utenza, radiatore o collettore. Individuato il percorso delle tubazioni dal singolo collettore di distribuzione si sono assegnate le portate d acqua individuate risultanti dalla confluenza dei vari rami di circuito fino a individuare la portata totale dell intera rete. IMPIANTO GEOTERMICO IN SCUOLA MATERNA COMUNALE TREPPO GRANDE (UD) pag. 8

Per ogni tratto si è definito: - portata d acqua; - diametro della tubazione; - perdita di carico per metro lineare; - velocità dell acqua; - lunghezza equivalente comprensiva delle perdite di carico concentrate presenti nelle tubazioni, quali curve, bruschi allargamenti o restringimenti, diramazioni o confluenze di flusso; - numero e tipo di perdite di carico dovute a organi singoli, quali valvole di intercettazione o regolazione, accessori di impianto, terminali. Le perdite di carico in un circuito idraulico sono infatti date dalla somma di due fattori: le perdite di carico distribuite e quelle concentrate. Le perdite di carico distribuite sono proporzionali alla lunghezza reale del circuito (L) ed alla perdita di carico specifica ( p/m) secondo la relazione: L x p/m mentre le perdite di carico concentrate sono definite dalla relazione: ζ x V 2 / (2g) dove: ζ = coefficiente di perdita di carico concentrata V = velocità del fluido (m/s) g = accelerazione di gravità (9,81 m/s 2 ). Nel nostro caso viene invece valutata la perdita di carico di un circuito in termini di sole perdite distribuite, introducendo il concetto di lunghezza equivalente (L e ), cioè la lunghezza virtuale di tubazione rettilinea, di pari diametro, che darebbe luogo alla medesima perdita di carico prodotta localmente da un accessorio della rete attraversato dalla portata d acqua prevista. In letteratura sono disponibili tabelle e diagrammi che consentono di conoscere i coefficienti di perdita (ζ) o la lunghezza equivalente (L e ). Applicando i concetti e la metodologia sopra descritti si è ricavato, per ogni ramo del circuito il valore della perdita di carico; sommando le perdite di carico dell intero percorso di alimentazione dei singoli terminali (mandata e ritorno), si individua la perdita di carico totale di ciascun circuito. Fra tutti i circuiti quello con la perdita di carico più alta determina la prevalenza della pompa IMPIANTO GEOTERMICO IN SCUOLA MATERNA COMUNALE TREPPO GRANDE (UD) pag. 9

di circolazione, mentre la differenza tra la perdita di carico del circuito più sfavorito e quella dei singoli altri circuiti determina la perdita aggiuntiva di bilanciamento che deve essere imposta ai circuiti più favoriti, per essere certi che il regime di portata d acqua nell intero impianto sia quello desiderato. 3) IMPIANTO IDRICO SANITARIO 3.1) DESCRIZIONE DELL IMPIANTO IDRICO SANITARIO L impianto idrico sanitario non è oggetto di intervento, in quanto i servizi igienici esistenti vengono mantenuti. Come già descritto la produzione di acqua calda sanitaria viene sostanzialmente mantenuta come esistente per quanto riguarda l ala ovest, mentre per quanto riguarda l ala est, si prevede di dismettere la centrale termica ad essa dedicata. Verrà di conseguenza realizzato un collegamento, realizzato con tubazioni in rame coibentate negli spessori di legge e staffate a vista a parete/soffitto o posate nel cunicolo esistente a pavimento, tra il bollitore da 500litri nell ala ovest e la esistente partenza dell impianto idrico sanitario nella centrale termica dell ala est; in particolare verranno installate le tubazioni di collegamento di acqua calda e ricircolo, con la necessaria sostituzione della pompa di ricircolo esistente. Il solo bollitore da 500litri dell ala ovest sarà abbondantemente in grado di sopperire alla limitata richiesta di produzione di acqua calda sanitaria dell intero edificio. La porzione di impianto idrico sanitario dovrà comunque essere realizzato conformemente alle indicazioni riportate sulla norma UNI 9182/08 e tutte le tubazioni dovranno essere isolate con materiale di caratteristiche di qualità certificate ai sensi della Legge 10/1991 (spessore e conduttività termica). 4) GARANZIE E OBBLIGHI DELL INSTALLATORE Tutti i materiali e le apparecchiature da impiegare negli impianti sopraccitati dovranno avere caratteristiche tali da resistere alle azioni meccaniche, corrosive e termiche o dovute all umidità alle quali potranno essere esposti durante l esercizio, dovranno essere rispondenti alle relative norme UNI e CEI applicabili in materia e dovranno essere provvisti della marcatura CE. IMPIANTO GEOTERMICO IN SCUOLA MATERNA COMUNALE TREPPO GRANDE (UD) pag. 10

La ditta installatrice procederà, a lavori ultimati: 1. alle verifiche di efficienza delle protezioni e dei dispositivi di sicurezza dell impianto; 2. alle prove di funzionamento dei singoli componenti e dell intero impianto nel suo complesso; 3. all emissione delle dichiarazioni di conformità degli impianti tecnologici eseguiti allegando le certificazioni originali dei materiali, delle apparecchiature installate ed eventuali altri allegati obbligatori; 4. alla redazione del libretto di caldaia/centrale termica dopo aver avviato, controllato, verificato e tarato opportunamente l impianto; 5. alla consegna di tutta la documentazione per il corretto uso e la manutenzione dei dispositivi installati. Il Professionista IMPIANTO GEOTERMICO IN SCUOLA MATERNA COMUNALE TREPPO GRANDE (UD) pag. 11