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FRIULIMMAGINE 2011
Premio Greenfactor 2^ edizione
EFFICIENZA ENERGETICA E ARCHITETTURA BIOCLIMATICA
Gruppo di progettazione SystecdesignReferente: Vittorio Bearzi
Nuovo Ospedale Santa Maria degli Angeli a Pordenone Progetto preliminare
La sezione “Efficienza Energetica e Architettura Bioclimatica” del progetto preliminare generale del nuovo insediamento ospedaliero è stata affidata al per. ind. Vittorio Bearzi alla guida del gruppo di progettisti Systecdesign di Villotta PN - www.systecdesign.com - affiancato dall’arch. Remigio Masobello.
Progettista generale l’ing. Maurizio Lo Monaco
Responsabile del procedimento l’ing. Giuseppe Carniello.
Il progetto sviluppa diverse direttrici, intimamente interconnesse.
Ambiente e inquinamentoL’efficienza energetica si basa sulla tutela dall’inquinamento micro-climatico del complesso ospedaliero a fronte dei prodotti di origine termochimica, come gli ossidi di azoto, e fisica, come le polveri sottili, costringendone l’impatto a ben meno dei limiti di norma. La produzione del vapore è limitata ai servizi di sterilizzazione e cucina. In più si attuerà d’inverno l’umidificazione tramite le unità di trattamento dell’aria, ma d’estate funzionerà una sola caldaia.Fonte del riscaldamento sono le caldaie ad acqua a condensazione con attività e tempi di intervento limitati dagli apporti del solare e dalla cogenerazione che produce energia elettrica interagendo con i sistemi termici.Il raffreddamento dei condensatori con torri evaporative, principale mezzo inquinante nella diffusione della legionellosi, è confinato a interventi di soccorso in momenti eccezionali.Le limitate polluzioni dalla centrale termoelettrica e frigorifera produrranno un cono aereo di influenza con origine dall’area dei servizi e movimento nella predominante direzione da Nord- Nordest a Sud-Sudovest, esternamente al nosocomio.
Approvvigionamento idrico
L’acqua per uso umano, antincendio, raffreddamento e servizio viene prelevata dalle falde acquifere locali tenuto conto della loro ricchezza e verificata la facoltà di acquisizione. L’acqua di servizio sarà convogliata tramite un secondo acquedotto interno, separato da quello per uso umano, alimentando le cassette dei w.c., l’annaffiamento giardini e altre utenze di servizio. I costi di esercizio ne risulteranno complessivamente ridotti a confronto con i tradizionali.
Viene escluso il ricorso al raffreddamento dei frigoriferi con torri evaporative, per difesa ambientale e specificamente per tutela del microclima ospedaliero dal rischio legionellosi. Ciò comporta minima polluzione all’atmosfera di inquinanti, minima rumorosità e minimo consumo di energia.
L’approvvigionamento diretto consente numerosi vantaggi: fra questi la precisa corrispondenza fra fabbisogni e prelievi e la purezza del fluido erogato sia per uso umano, sia per servizio.
Sono progettate grandi vasche di accumulo interrate calcolate per far fronte ai picchi nei consumi utilizzando acqua prelevata a portata ridotta specie nelle ore notturne.
Sono adottati i più aggiornati e affidabili sistemi di filtrazione e trattamento delle acque, per ottenere diversi gradi di purezza in scala, a seconda dell’utilizzo di destinazione o di provenienza.
Prefiltri
L’acqua per uso umano viene derivata da due acquedotti a reciproca riserva, con portata di picco 20 l/s, e da un acque-dotto di servizio che eroga acqua greggia con portata di picco 100 l/s. A valle dei punti di consegna la filtrazione au-topulente, salvaguardia da solidi sospesi e limo, grado di filtrazione sino a 70 micron.Trattasi di filtri meccanici a funzionamento automatico operanti su base idraulica.
Il trattamento riduce drastica-mente la salinità in uno con conducibilità specifica, sostanze organiche e carica batterica, impiegando membrane osmo-tiche ad alta reiezione che ab-battono la salinità dell’acqua di oltre il 95 %.
La gestione è elettronica, con sensori nei punti chiave della rete che consentono di visua-lizzare lo stato-impianto, gli allarmi e i dati operativi di conducibilità dell’acqua prodot-ta e della conducibilità e pres-sione dell’acqua di alimento.
Osmosi inversa
Ultrafiltrazione a membrana
La soluzione progettata risponde alle problematiche del rischio microbiologico mediante filtri autopulenti con membrane porose atte a trattenere tutti i batteri, inclusa la Legionella Pneumofila, nonché particelle e virus.In uscita dal modulo di ultrafiltrazione l’acqua, riservata all’uso umano e all’alimento di particolari servizi ospedalieri, è ste-rile e riduce il rischio mi-crobiologico free chemi-cals. I residui trattenuti vanno direttamente allo scarico per lavaggio in equicorrente.
Comportamento termico dell’edificio
Energia e Architettura si col-legano per funzione biocli-matica e per efficienza ener-getica, muovendo dalla scelta dei materiali, con il calcolo minuzioso dei fabbisogni di energia e la valutazione dinamica dei ritardi orari.
Le masse d’involucro all’in-terno degli ambienti favo-riscono l’accumulo naturale in ambedue le fasi invernale, ed estiva, calibrando i ritardi inerziali.
Fondamentale è stata la definizione dell’orientamento degli edifici sull’asse meridiano, in accordo con l’articolo 4 del d.lgs. 311/2006 che invita a una cultura urbanistica da estendere ad ogni quartiere, a garanzia del diritto al sole tramite il corretto allineamento, per emulazione o per regola, utile alla città futura come già lo era stato in epoca romana.
Le pareti rivolte a Est e OvestNella stagione estiva l’escur-sione solare comporta la migrazione del sole verso la perpendicolare delle pareti Est e Ovest, cioè coincidenza fra irradiazione diretta sui vetri e rilascio del calore già accumulato dalle masse.Per questo, su tali esposi-zioni, sono progettati spe-ciali ombreggi a protezione.
Negli spazi fra una finestra e l’altra si prevede un rive-stimento in lamiera di rame trattato per ottenere una caratteristica colorazione verde, ripetuta sull’intero involucro edilizio.
La facciata, esposta a mezzogiorno, acquisisce l’irradia-zione solare massi-ma quando massi-mo è il fabbisogno di energia termica per riscaldare gli ambienti.
La minore capta-zione estiva è co-munque sufficien-te per soddisfare il fabbisogno di ac-qua calda sanitaria.
Dinamica dei flussi di energia
Il progetto si pone come obiettivo il minimo impatto termico, acce-dendo all’utilizzo tecnologico delle fonti rinnovabili, innanzitutto dell’energia del sole. L’edificio degenze, perfettamente orientato a mezzogiorno, si carat-terizza con la parete Sud interamente solarizzata e strutturalmente integrata, un grande captatore solare destinato a far fronte a buona parte dei fabbisogni invernali.Altre superfici di captazione vanno ad integrare le falde di coper-tura, inclinate per massimizzare, tramite sistemi ad assorbimento, i servizi estivi di condizionamento dell’aria. La cogenerazione, tramite i frigoriferi ad assorbimento, alimenterà in collaborazione con il solare il fluido di raffreddamento.
Un esteso impianto fotovoltaico farà da copertura al parcheggio.
Flussi di energia nel sistema complessivo
Peculiarità dei sistemi termici
Anello riscaldamento a bassa temperatura Raffreddamento dei condensatori frigoriferi con acqua
greggia e utilizzo in cascata di acqua di servizio Anello acqua refrigerata a temperatura di non
condensazione Massimo salto termico Regimi di condensazione in caldaia Ottimizzazione dello scambio con fluido solare Massimo comfort radiante Umidità controllata estate e inverno
Utilizzo solare: dinamica dell’irradianza e delle ombre
Composizione della parete solare Schiera modulare fra due pilastri
Modulo verticale fra due pilastri
La parete solare completa, integrata nella facciata Sud
Contributo del solare termico
FACCIATA SUD (funzione prevalentemente invernale) Efficienza 41 % Potenza termica 545 kW Energia utile annua 422 MWh
FALDE SULLA COPERTURA (funzione prevalentemente estiva)Efficienza 55 %
Potenza termica 1052 kW Energia utile annua 1242 MWh
Contributo della cogenerazione
La scelta basilare consiste nel dimensionamento del sistema per impegnare la cogenerazione sul versante termico, traendone copertura nelle fasi di fabbisogno minimale. Sul versante elettrico tutta l’energia prodotta verrà direttamente utilizzata.
Potenza introdotta 2673 kW =======
Potenza elettrica utilizzata direttamente 1063 kW Potenza termica recuperata in continuo 1256 kW
Potenza utile complessiva 2319 kW=======
Acqua calda sanitaria
Si è previsto l’utiliz-zo dell'energia solare termica e del calore di raffreddamento del cogeneratore per la produzione di acqua calda sanitaria duran-te tutto l'arco dell'an-no con le superfici di captazione: quella verticale a pri-vilegiare gli utilizzi in-vernali, mentre le in-clinate per risultati an-cor migliori medio sta-gionali ed estivi.
La preparazione dell’acqua calda sanitaria è prevista alla temperatura di 60 °C, considerata quale minima in funzione antilegionella e massima per evitare incrostazioni e corrosioni dei serbatoi, degli scambiatori e delle reti di distribuzione e ricircolo. Il problema è stato affrontato all’origine, con la filtrazione mole-colare antilegionella, ma sono anche recepiti gli atti della confe-renza permanente per i rapporti tra Stato e Regioni sintetizzati nell’accordo 4 aprile 2000, accettando la raccomandazione di mantenere continuativamente alla sommità dei serbatoi la tempe-ratura di sicurezza di 60 °C, difesa che si estende all’intera rete di distribuzione e di ricircolo. Vi è un primo scambiatore “solare” che apporterà energia in condizioni variabili di temperatura. Questo sarà alimentato da un circuito separato e indipendente per il preriscaldamento dell’acqua qualunque sia l’entità della radiazione solare acquisibile, scambiando con lo strato più freddo del recipiente. A valle di tale primo scambiatore ve ne sarà un secondo, posto in alto, alimentato dall’anello di centrale per consentire, in ogni condizione, il raggiungimento della temperatura di 60 °C.
CogenerazioneL’andamento dei carichi termici ed elettrici e la considerazione dei picchi di prelievo energetico fa individuare una taglia di cogeneratore con motore diesel a gas metano per produrre energia elettrica e calore, che manterrà un funzionamento continuo fornendo una quota dei fabbisogni di energia elettrica e termica, riscaldamento d’inverno e d’estate nonché acqua refrigerata tutto l’anno.
Il dimensionamento viene eseguito nell’ipotesi di spillamento di tutto il calore prodotto dal motore con potenza elettrica disponibile di 1050 kW el. interamente assorbita dal complesso ospedaliero.
Gruppo frigorifero ad assorbimento
La cogenerazione consente utilizzi termici tutto l’anno con pre-ferenza per la preparazione dell’acqua calda sanitaria e per im-pieghi nelle unità di trattamento dell’aria, ma rimane una dispo-nibilità residua che è di estremo interesse utilizzare per il raffreddamento. Ciò comporta l’adozione di un gruppo frigorifero ad assorbimento funzionante a temperatura moderata (regime 14-18 °C), destinato a far fronte allo smaltimento del calore sensibile degli ambienti da climatizzare, lasciando ad un sistema chimico ad assorbimento il compito della deumidificazione dell’aria di rinnovo e del controllo conseguente. Il calore disponibile nel circuito di scambio interno, acqua calda a 70-90 °C, affluirà al sistema di riscaldamento o, indifferentemente, al frigorifero assorbitore entrando in batteria con i sistemi esistenti, caldaie e gruppi frigoriferi a compressore di soccorso.
Il progetto definisce i rapporti fra i diversi sistemi di produzione termica e frigorifera, considerando l’azione combinata del frigorifero ad assorbimento e di uno dei due frigoriferi a compressore, della potenza termica ciascuno di 2200 kW. Il secondo frigorifero gemello essendo pronto a intervenire per riserva ed emergenza. La temperatura di uscita dai gruppi frigo sarà regolata su valori relativamente alti per conferire al sistema il solo compito di far fronte al calore sensibile da asportare dagli ambienti. I cicli frigoriferi opereranno dunque alla temperatura di 14-18 °C tale da evitare ovunque, in centrale, in rete o negli apparecchi e sistemi utilizzatori, gocciolii esterni per condensazione.Tutti i condensatori dei gruppi frigo verranno raffreddati ad acqua al regime di temperatura di 14-29 °C nelle condizioni estreme, acqua che in sequenza verrà utilizzata per servizio nell’acquedotto duale e negli annaffiamenti.
Solare fotovoltaico
Verso Nord, i parcheggi ri-servati al pubblico verran-no attrezzati con speciali strutture di sostegno por-tanti i pannelli solari foto-voltaici, a copertura e om-breggio di tutta l’area.Le schiere, della superficie complessiva di 5000 m2, erogheranno energia elet-trica per un totale di 680 kW di picco con produt-tività di 703 MWh l’anno, circa il 10% del fabbisogno dell’ospedale.
Difesa antisismica Il nuovo ospedale è integralmente progettato per difesa antisismica.Gli impianti e, più in generale tutti gli elementi non strutturali, sono progettati per resistere alla forza sismica mediante ammortizzazione dei collegamenti e con l’appropriato sostegno e ancoraggio di ogni componente.Nell’Ospedale di Pordenone vi è una singolare esperienza in materia e infatti la ristrutturazione nello scorso decennio della centrale termica oggi funzionante ha visto adottare specifici accorgimenti antisimici, alla guida del progettista qui referente, membro del gruppo di lavoro Italia-Stati Uniti costituito presso il Servizio Sismico Nazionale “Guidelines for bracing and anchoring non structural elements in Italian hospitals” con rilievi e scambio di studi ed esperienze in Italia e in California .Di seguito alcune immagini dell’esperienza acquisita, ora sviluppata.
Centrale termica dell’Ospedale, ristrutturazione 2000-2005
Nell’ambito dell’efficienza energetica si considerano dunque le tecniche e le tecnologie specialmente destinate a rendere l’azienda ospedaliera una macchina strategicamente efficiente in qualsiasi condizione, inclusa la completa funzionalità nel corso di un evento sismico e nel tempo immediatamente successivo.
Un esempio: la com-pensazione delle dila-tazioni longitudinali non può realizzarsi con dilatatori assiali infatti le forze sismi-che possono determi-nare il loro collasso. Si prevedono pertan-to dilatatori a omega con flessibili.
Difesa antisismica: particolari
Sostegno e ancoraggio di una rastrelliera di tubazioni. Esempio di controventatura per contrasto delle sollecitazioni trasversali.
Legenda1. Vapore2. Condensa3. Andata risc.4. Ritorno risc.5. Acqua sanit.6. Ricircolo7. Acqua fredda8. Antincendio
Sistemi già applicati all’Ospedale di Pordenone
Esperienze acquisite in California
Sostegno e ancoraggio di un carico vibrante
