Il controllo del microclima nei magazzini per la logistica

I centri di distribuzione sono edifici caratterizzati da grandi superfici e volumetrie e presentano particolari requisiti per quanto riguarda la scelta della tipologia ottimale di impianti per il controllo del microclima, che oggi devono anche rispettare gli obblighi di integrazione delle fonti rinnovabili.

Il grande sviluppo dell’e-commerce ha portato alla necessità di realizzare sul territorio magazzini di grandi dimensioni destinati allo smistamento dei prodotti. Nonostante il massiccio utilizzo di tecnologie che consentono la gestione automatizzata delle merci, la presenza di operatori risulta rilevante e ciò comporta l’esigenza di mantenere negli ambienti adeguate condizioni termogrometriche e di qualità dell’aria (figura1).

Tradizionalmente nella maggior parte dei casi gli edifici destinati alla logistica sono sempre stati dotati unicamente di impianti di riscaldamento in grado di garantire condizioni di benessere per i lavoratori soltanto durante la stagione invernale.

In caso di attività sedentaria è necessario prevedere una temperatura della zona occupata compresa tra 18 e 20 °C mentre nelle zone ove il personale è in movimento (ad esempio su carrelli per la movimentazione della merce nelle zone degli scaffali) è possibile ridurre la temperatura fino a 14 °C. Durante la notte e i fine settimana l’impianto di riscaldamento può essere fatto funzionare in regime di attenuazione.

Per quanto riguarda il regime estivo fino a pochi anni fa rari erano i casi di magazzini dotati di impianti di climatizzazione in quanto i costi di investimento erano giudicati troppo elevati, nonostante l’indubbio aumento di produttività che si può ottenere garantendo ai lavoratori adeguate condizioni di comfort anche durante i mesi più caldi. Nei progetti più recenti gli impianti di climatizzazione sono invece sempre più utilizzati e ciò si può spiegare per due motivi: da un lato l’aumento sia del numero degli operatori presenti sia dei carichi interni dovuti a luci e macchinari; dall’altro, gli obblighi relativi all’integrazione delle fonti rinnovabili hanno ormai imposto l’utilizzo per il riscaldamento ambientale delle pompe di calore che, essendo sistemi reversibili, non richiedono un investimento aggiuntivo per il raffrescamento. In regime estivo le condizioni ottimali sono di 26-27 °C nelle zone occupate e di 32 °C in quelle di transito.

Con riferimento alla qualità dell’aria è da sottolineare come la norma UNI 10339 non contempla i magazzini tra le tipologie di edifici per i quali è richiesta una portata  minima di aria di ricambio, mentre l’Ashrae Standard 62.1 prescrive un valore di  5 L/s a persona più 0,6 L/s per m2 di superficie, con un valore di affollamento di 2 persone ogni 100 m2 (tabella 1). Considerando un’altezza di 10 metri ciò si traduce in un ricambio pari a 0,25 vol/h.  L’utilizzo di impianti di ventilazione meccanica si impone in caso di affollamento elevato e uniforme su tutta la superficie mentre si può evitare nel caso in cui la presenza degli operatori sia limitata a zone specifiche e non vi sia emissione di inquinanti, contando anche sulle grandi dimensioni degli ambienti.

 

Tab 1 Condizioni di progetto per magazzini per la logistica.

Temperatura interna estiva 26 °C
Temperatura interna inverno 14-20 °C
Umidità relativa N.C.
Affollamento (Ashrae 62.1) 2 persone ogni 100 m2
Ricambi aria esterna (Ashrae 62.1) 5 L/s a persona + 0,6 L/s per m2

 

Caratteristiche costruttive

Gli edifici destinati alla logistica sono caratterizzati da alcune peculiarità costruttive che determinano la scelta della tipologia di impianto di climatizzazione. In primo luogo il progetto deve tenere conto dell’altezza, solitamente superiore a 10 metri, e della presenza di scaffali destinati allo stoccaggio, con sviluppo quasi fino alla copertura. A filo soffitto corrono le tubazioni per gli impianti di spegnimento incendi di tipo sprinkler, le passerelle degli impianti elettrici e dell’impianto di illuminazione. La copertura può essere cieca oppure dotata di lucernari (in genere shed con finestre rivolte a Nord) per garantire l’illuminazione naturale. Raramente sono previste finestre sulle pareti (del tipo a nastro) mentre numerosi sono i portoni delle baie di carico.

Fig.1 – Nei magazzini destinati all’e-commerce la presenza diffusa di operatori richiede il mantenimento di adeguate condizioni di temperatura e qualità dell’aria.

Fondamentale per il progetto è la definizione del lay-out con le diverse aree destinate a ricevimento, stoccaggio, imballaggio e spedizione dei materiali, ognuna con diversi valori di affollamento e di carichi interni dovuti alla presenza di motori per i macchinari (figura2).

Gli obblighi del Decreto 28

Fino all’emanazione del Decreto 28/2011, che disciplina l’utilizzo delle fonti rinnovabili, le tipologie di impianto di riscaldamento più diffuse per i magazzini di logistica si basavano sull’impiego di aerotermi e termostrisce radianti, con alimentazione ad acqua calda ad alta temperatura o a vapore, in entrambi i casi prodotta da caldaie alimentate a gas metano. Sull’impiego diretto del gas erano invece basate altre tipologie quali i generatori di calore pensili e i nastri radianti.

Attualmente l’utilizzo del gas per caldaie, generatori o nastri radianti  è limitato agli interventi di riqualificazione di impianti esistenti, a condizione di rispettare i limiti minimi di prestazione energetica dell’impianto. Negli edifici di nuova costruzione è infatti necessario garantire la copertura del 50% del fabbisogno con fonti rinnovabili e ciò può avvenire soltanto attraverso l’impiego di pompe di calore.

Fig.2 – Oltre alle grandi dimensioni in pianta e in altezza i magazzini sono caratterizzati dalla presenza di aree destinate alle diverse attività con diversi valori di affollamento e di carichi interni.

Come vedremo, aerotermi e strisce radianti possono essere alimentate con acqua calda a bassa temperatura prodotta dalle pompe di calore ma con una sensibile riduzione delle emissioni termiche e quindi con un aumento del numero di apparecchi e quindi del costo di tali impianti. Ciò ha portato alla diffusione negli ultimi anni degli impianti a pannelli radianti a pavimento che, in determinate condizioni, possono essere utilizzati anche per il raffrescamento estivo.

Aerotermi

Gli impianti ad aerotermi sono basati sull’impiego di apparecchi alimentati con acqua calda (da 85 a 50 °C), acqua surriscaldata (fino a 130 °C) oppure vapore (da 0,5 a 3 bar). L’installazione può essere a parete per lancio orizzontale oppure a soffitto per lancio verticale (figure 3 e 4).

Gli aerotermi a parete sono installati a un’altezza compresa tra 2,5 e 6 metri e sono dotati di alette mobili orizzontali o verticali per la regolazione del flusso d’aria. La lunghezza massima del lancio è di 30 metri. Gli aerotermi pensili a lancio verticale sono invece installati a un’altezza compresa tra 3 e 12 metri e possono coprire ognuno un’area di circa 200 m2.

Fig.3 – Aerotermo a parete per lancio orizzontale (Sabiana).

I vantaggi di questa tipologia di impianto sono la rapida messa a regime, la grande flessibilità di installazione e il costo contenuto. Gli aspetti negativi sono il rumore, il movimento d’aria e gli elevati consumi energetici causati dal riscaldamento di notevoli masse d’aria con inevitabili effetti di stratificazione dell’aria calda in ambienti di grande volumetria.

Gli aerotermi sono utilizzati solitamente per il riscaldamento di aria ambiente ricircolata, ma è anche possibile prevederne il funzionamento con una miscela di aria di ricircolo e di aria esterna, adotta mediante un canale di presa, in modo da garantire il ricambio igienico dell’aria ambiente.

La costruzione prevede una cassa metallica (in lamiera zincata preverniciata oppure in profilati di alluminio), un elettroventilatore di tipo assiale e una batteria di riscaldamento a pacco con alette in alluminio e tubi in acciaio oppure in rame. L’impiego di tubi in acciaio di elevato spessore (1 mm) e grande diametro (22 mm) garantisce robustezza e durata nel tempo, nonché basse perdite di carico con conseguente potenza limitata delle pompe e veloce riscaldamento dell’ambiente. Le batterie sono disponibili a un rango per impianti a vapore e acqua surriscaldata, a due ranghi per impianti ad acqua calda ad alta temperatura e a tre ranghi per impianti a bassa temperatura.

Fig.4 – Aerotermo per installazione a soffitto con diffusore radiale direzionabile (Sabiana).

Sono inoltre disponibili versioni adatte per atmosfere aggressive o corrosive realizzate con cassa e tubi in acciaio inox. Alcuni modelli possono essere alimentati anche con acqua refrigerata e sono quindi in grado di raffrescare l’ambiente. A tale scopo sono dotati di bacinella di raccolta della condensa.

Sui cataloghi dei costruttori sono riportate le prestazioni in termini di potenza termica, livello sonoro e portata aria, solitamente  per due velocità di rotazione del ventilatore a 1350 (4 poli) e a 1000 giri (6 poli).

La potenza termica nominale è compresa tra 5 e 120 kW, riferita alle condizioni di prova stabilite dalla norma UNI 6552. Le condizioni standard si riferiscono a una temperatura dell’acqua calda di 85 °C con differenziale di 10 K. In caso di utilizzo di acqua a 50 °C la resa si dimezza dato che è necessario applicare un coefficiente correttivo pari a 0,46.

La temperatura dell’aria in uscita deve essere compresa tra 40 e 45 °C per gli aerotermi a proiezione orizzontale, e tra 30 e 45 °C per quelli a proiezione verticale. Tali valori consentono di evitare che le correnti d’aria generate dagli aerotermi stessi possano provocare sensazioni di freddo e nel contempo limitano la stratificazione dell’aria.

In ambienti di grande altezza, in abbinamento con gli aerotermi possono essere impiegati gli aerodestratificatori, apparecchi da installare a soffitto in grado di ricircolare l’aria calda stratificata convogliandola nella zona occupata dell’ambiente. Sono essenzialmente costituiti da una cassa contenente un ventilatore assiale e dotata di alette deflettrici, e quasi sempre sono dotati di un termostato di regolazione per l’avviamento automatico. Una versione particolare per impiego con aria esterna di ventilazione adotta uno scambiatore a flussi incrociati per il recupero di calore dell’aria espulsa che consente il riscaldamento dell’aria di ventilazione in inverno.

Al fine di limitare l’effetto di stratificazione dell’aria calda è anche disponibile come accessorio per gli aerotermi un particolare diffusore a induzione, detto ottimizzatore di flusso, che permette di contenere la stratificazione dell’aria calda e di ottenere una maggiore uniformità della temperatura ambiente. Il diffusore è costituito da un telaio metallico contenente una serie di alette deflettrici in alluminio estruso anodizzato mosse da una serie di leve a comando manuale o motorizzato che, grazie alla loro conformazione, consentono di aumentare la velocità dell’aria e la formazione di una serie di strati di aria calda. La depressione che si crea tra gli strati induce un’aspirazione laterale dell’aria ambiente che si miscela con l’aria riscaldata, diminuendone la temperatura e aumentando la penetrazione del lancio.

In conclusione gli aerotermi costituiscono un’opzione valida per magazzini esistenti da ristrutturare  ove prevale l’esigenza del contenimento dei costi d’investimento.

Termostrisce radianti

Le termostrisce radianti sono elementi da sospendere al soffitto concepiti per riscaldare l’ambiente mediante irraggiamento (figura 5). Nella versione standard sono alimentate con acqua calda ma sono anche disponibili nelle versioni per acqua surriscaldata (fino a 140 °C) e vapore e in quella con alimentazione diretta a gas.

Fig.5 – Le termostrisce radianti ad acqua calda garantiscono il riscaldamento senza movimenti d’aria (Zehnder).

Gli impianti a strisce radianti presentano il vantaggio di effettuare lo scambio di calore per irraggiamento con bassi consumi energetici, dato che vengono riscaldate direttamente le persone e le superfici dell’ambiente e non l’aria, riducendo quindi al minimo i fenomeni di stratificazione. Inoltre dato che negli ambienti riscaldati con termostrisce radianti la temperatura delle pareti e del pavimento risulta più elevata rispetto a quella di ambienti riscaldati con sistemi ad aria calda, è possibile ottenere una temperatura di benessere con valori inferiori della temperatura dell’aria (ad esempio 17-18 °C), con ulteriori risparmi energetici, specialmente in ambienti ben isolati.

Le strisce radianti garantiscono inoltre una ridotta inerzia e quindi consentono una facile regolazione della temperatura ambiente in funzione sia di variazioni delle condizioni esterne sia dell’esigenza di riscaldare soltanto una parte dell’ambiente in base all’effettiva occupazione. Di conseguenza è possibile ridurre l’orario di funzionamento e quindi i consumi energetici.

Fig.6 – Le termostrisce possono essere assemblate in moduli multipli per garantire la potenza termica necessaria (Prolux).

L’assenza di movimenti d’aria garantisce ottime condizioni di benessere e qualità dell’aria e un funzionamento silenzioso, mentre l’alimentazione con acqua calda ne permette l’utilizzo in attività con problematiche di prevenzione incendi ove non è possibile impiegare termostrisce a fiamma diretta a gas.

Rispetto agli aerotermi le termostrisce non occupano spazio a parete e possono essere installate virtualmente a qualsiasi altezza a condizione di non creare interferenze con carri ponte e altri impianti e di non avere presenza di scaffali che ostacolino il riscaldamento per irraggiamento.

Le strisce sono realizzate con piastre d’acciaio dotate di alloggiamenti semicircolari di tipo autobloccante, con interasse di 100 o 150 mm a seconda dei modelli, che contengono le tubazioni del fluido termovettore, anch’esse in acciaio. Sulla parte superiore è previsto un materassino isolante in lana di roccia. Le piastre sono disponibili in moduli con larghezza di 300 mm (a 2 o a 3 tubi) e lunghezza di 4 e 6 metri, che possono essere assemblati in fabbrica oppure in cantiere per ottenere strisce con larghezze di dimensioni multiple di 300, fino a 1200 mm (figura 6). Ogni modulo è infatti accoppiabile con il successivo mediante diversi sistemi di giunzione: raccordi a pressare, manicotti a pinzare o saldatura delle estremità dei tubi (un’estremità in questo caso è bicchierata per facilitare l’imbocco e la saldatura). Gli elementi iniziali e finali hanno un collettore saldato.

L’ancoraggio è effettuato mediante traverse di sospensione saldate al pannello con un interasse tra loro di un metro. Risulta quindi possibile realizzare impianti con termostrisce di notevole lunghezza e con differenti soluzioni di circuitazione interna, in modo da ottimizzare le perdite di carico e l’uniformità di temperatura in ambiente e minimizzare le tubazioni di distribuzione del fluido. E’ sempre consigliabile prevedere valvole di bilanciamento per assicurare i corretti valori di portata.

Le emissioni termiche dipendono essenzialmente dalla differenza ΔT tra la temperatura media del fluido termovettore e la temperatura ambiente,  oltre che ovviamente dalla larghezza del pannello.

Il valore della potenza termica in Watt per metro lineare indicato sui cataloghi è calcolato, secondo quanto stabilito dalla norma EN 14037, in base alla formula Qn = Km x ΔTn, dove Km e l’esponente n sono coefficienti caratteristici dell’elemento radiante. Considerando una temperatura ambiente pari a 20 °C, un pannello di larghezza pari a 300 mm garantisce un’emissione termica di 179 W al metro se alimentato con acqua a 85 °C, che si riduce a 66 W al metro se alimentato con acqua a 50 °C.

La portata dell’acqua calda è in genere mantenuta costante mentre la temperatura di mandata è regolata in base alla temperatura esterna e alla temperatura ambiente.

Le strisce radianti rappresentano una soluzione ideale per magazzini che presentano l’esigenza di regolare la temperatura nelle diverse zone e per i quali si prevede di riscaldare inizialmente soltanto alcune zone dell’ambiente. In tal caso è possibile contenere i costi di investimento realizzando l’impianto soltanto per le zone occupate e implementare o modificare l’impianto in caso di future necessità.

Le strisce possono essere utilizzate anche per il raffrescamento estivo utilizzando acqua fredda solitamente a temperatura superiore a 15 °C, ovvero di almeno un grado al di sopra della temperatura di rugiada dell’ambiente. Anche in questo caso la resa si calcola con la formula precedente. Con ambiente a 26 °C e temperatura media dell’acqua di 16 °C, quindi con ΔT pari a 10 K, la resa frigorifera è pari a 35 W al metro per un pannello con larghezza di 300 mm. La medesima resa si ottiene con ambiente a 30 °C e acqua a 20 °C.

Pannelli radianti

I pannelli radianti a pavimento rappresentano la soluzione che garantisce, a fronte di un costo iniziale più elevato, il minore  costo di esercizio grazie alla possibilità di impiegare acqua calda a più bassa temperatura, quindi con elevata efficienza delle pompe di calore.

Essendo il sistema integrato nel massetto in calcestruzzo esso presenta peraltro un’elevata inerzia, di conseguenza, a differenza delle strisce radianti, non è possibile regolare in modo rapido le prestazioni in base a variazioni delle condizioni esterne o interne. Nel calcolo del consumo energetico è quindi necessario considerare tempi di funzionamento più lunghi. Inoltre, come dimostrato da una ricerca condotta in Germania dall’istituto HLK, nonostante l’utilizzo di pannelli isolanti verso il terreno, il sistema presenta delle dispersioni superiori a quelle delle strisce radianti a soffitto.

I pannelli radianti garantiscono elevate condizioni di benessere grazie allo scambio sotto forma radiante e all’assenza di correnti d’aria. Agli effetti del comfort la norma UNI-EN 1264 prevede di limitare l’emissione del pavimento radiante affinché la temperatura superficiale non superi il valore di 29 °C, ottenibile con il calcolo delle temperature dell’acqua in circolazione e della tipologia dei serpentini, e utilizzando un idoneo sistema di termoregolazione.

Una peculiarità dei pannelli è rappresentata dal fatto che essi non occupano spazio a soffitto e quindi consentono la massima libertà nell’allestimento dell’ambiente. Essendo le tubazioni poste a una profondità solitamente superiore a 10 cm non vi sono problemi per quanto riguarda il fissaggio a pavimento degli scaffali.

Analogamente alle termostrisce, anche i pannelli radianti possono essere utilizzati per il raffrescamento dell’ambiente se alimentati con acqua fredda, a condizione di evitare il rischio di formazione di condensa. A tale scopo è necessario utilizzare acqua a temperatura superiore al punto di rugiada dell’aria ambiente ed eventualmente prevedere sistemi di controllo che arrestano il flusso dell’acqua in presenza di elevate umidità dell’ambiente.

I pannelli radianti sono costituiti da circuiti di tubazioni disposte all’interno del massetto del pavimento che viene armato per essere in grado di sostenere gli elevati pesi. I pannelli sono disponibili in varie tipologie che differiscono tra loro dal punto di vista costruttivo.

La tipologia illustrata nella figura 7 prevede l’aggancio del tubo mediante clips ad una rete elettrosaldata appoggiata sui tralicci sull’armatura prevista per le esigenze di carico o le condizioni geologiche del terreno (figura 8). In questo modo il tubo viene posto in posizione intermedia nel massetto, diminuendo così la resistenza termica al di sopra del tubo e garantendo al pavimento radiante una buona prestazione termica.

Fig.7 – Fase di posa del sistema radiante con tubi posti nel massetto agganciati mediante clips a una rete elettrosaldata appoggiata sull’armatura (Eurotherm).
Fig. 8 – Particolare del sistema di aggancio del tubo alla rete (Euortherm).

Una seconda tipologia di pannello (figura 9) prevede il posizionamento dei tubi sempre all’interno del massetto ma fissati su binari di supporto appoggiati al pannello isolante in polistirene estruso additivato con grafite. L’elevata resistenza alla compressione del pannello isolante ne permette l’installazione anche in presenza di consistenti sollecitazioni meccaniche (muletti, pallets, ecc.) mentre la sua conformazione in rotoli con larghezza di un metro consente una posa semplice e veloce.

Fig.9 – Fase di posa di un sistema radiante con tubi posti all’interno del massetto, fissati ad un binario di supporto appoggiato all’isolante in polistirene estruso (Floortech).

I tubi sono in polietilene ad alta densità di tipo reticolato ad alta pressione protetti contro la diffusione dell’ossigeno. I serpentini sono sottoposti a prova di tenuta prima del getto del massetto alla pressione indicata dal fornitore (in genere 6 bar), lasciando in pressione le tubazioni al valore indicato (compresa tra 2 e 3 bar) durante il getto stesso. Una rete elettrosaldata assicura una migliore distribuzione dei pesi insistenti sulla pavimentazione finita (figura 10).

Fig. 10 – Vista in sezione del sistema radiante (Floortech).

Il massetto cementizio va realizzato in un unico getto monolitico con elevate caratteristiche di resistenza meccanica, di conducibilità termica e, in fase di getto, di notevole fluidità per occupare tutto lo spazio cui è destinato, specialmente attorno alle tubazioni. Usualmente l’impasto è arricchito con uno specifico fluidificante che conferisce al massetto doti di resistenza alla compressione oltre che massima fluidità del getto.

Il bordo esterno del massetto è contornato da una fascia di isolamento predisposta prima del getto con funzione di giunto perimetrale, sia per impedire spinte del pannello radiante nei confronti delle pareti circostanti assorbendo le dilatazioni, sia per isolare termicamente e acusticamente il massetto radiante dall’involucro edilizio e specialmente dalle sue componenti strutturali.

Tutti i serpentini devono essere della stessa lunghezza complessiva in modo da ottenere un impianto complessivamente equilibrato. La distribuzione e la regolazione sono realizzate mediante coppie di collettori modulari, dotati di valvole di intercettazione, detentori di regolazione micrometrica per il bilanciamento dei circuiti e valvole di zona termostatizzabili.

Il calcolo dell’emissione termica dipende da una serie di parametri quali spessore del massetto, interasse fra le tubazioni (20, 25 o 30 cm), salto termico della temperatura dell’acqua in circolazione e temperatura del locale (ad esempio 15 o 20 °C).

Con uno spessore di 200 mm, una temperatura ambiente di 15 °C, una conducibilità termica pari a 2,1 W/m2K  e un passo pari a 20 cm, la resa termica è compresa tra 30 W/m2 con acqua a 27 °C a 80 W/m2 con acqua a 38 °C.

In raffreddamento la norma UNI-EN 1264 prescrive una temperatura non inferiore a 19 °C per evitare formazione di condensa. La resa frigorifera è di circa 35-40 W/m2.

I pannelli radianti rappresentano la soluzione che, solitamente, garantisce il valore inferiore in termini di VAN (Valore Attuale Netto), considerando sia il costo di investimento sia quello di esercizio su un arco temporale di 10 anni. Il loro limite, rispetto alle altre tipologie, è rappresentato dal fatto che, essendo integrati nel massetto, non consentono modifiche nel corso del tempo, di conseguenza sono adatti soltanto per magazzini per i quali non si prevede la necessità di modifiche del lay-out nel corso del tempo. Nel caso in cui inizialmente sia richiesto il riscaldamento soltanto di alcune zone, è necessario valutare la convenienza a realizzare un impianto radiante soltanto per queste oppure per tutta la superficie, salvo limitare in fase di esercizio il riscaldamento delle zone occupate grazie al sistema di regolazione.

Impianti a tutt’aria

Gli impianti a tutt’aria garantiscono il controllo del microclima in tutte le stagioni mediante l’immissione di aria a temperatura idonea a neutralizzare le dispersioni invernali o i carichi estivi.  Essi presentano inoltre il vantaggio di garantire anche la ventilazione con immissione di aria esterna con portata calcolata in base all’affollamento previsto.

L’aria viene trattata da unità poste in copertura dotate di batterie alimentate con acqua calda o refrigerata oppure ad espansione diretta. Dalle unità partono i canali di distribuzione dell’aria, il cui sviluppo viene realizzato a filo soffitto tenendo in considerazione  l’eventuale presenza di scaffali.

Per garantire una buona diffusione nella zona occupata ed evitare fenomeni di stratificazione sono disponibili varie opzioni. Tra le più innovative sono da segnalare due versioni di diffusori a dislocamento che consentono di immettere aria a bassa velocità. La prima tipologia è di tipo pensile di forma cilindrica con possibilità di regolazione del flusso d’aria, da verticale in fase di riscaldamento (con penetrazione fino a 12 metri) a orizzontale in raffrescamento (con un raggio di 7 metri), con portate fino a 9000 m3/h (figura 11).

Fig. 11 – Diffusore a dislocamento cilindrico per installazione pensile (Emco).

La seconda tipologia consiste invece in ugelli con corpo forellato di forma troncoconica dotati di alette per la regolazione del flusso, con portata fino a 5500 m3/h e altezza di installazione fino a 18 metri (figura 12).

Un’ulteriore soluzione è costituita dai canali microforati ad alta induzione in materiale plastico, tessile o metallici, in grado di diffondere l’aria in modo efficace anche da grandi altezze.

Nel caso di trattamento dell’ambiente mediante l’utilizzo di un grande numero di unità rooftop è anche possibile evitare l’installazione di canali orizzontali prevedendo esclusivamente il tratto verticale fino al sistema di diffusione (figura 13).

Gli impianti a tutt’aria  rappresenta un’opzione particolarmente adatta a magazzini caratterizzati da elevati carichi frigoriferi e dalla presenza diffusa e uniforme di operatori.  Particolare è il caso dei centri logistici con occupazione dello spazio a macchia di leopardo in zone non delimitate, ove risulta problematico, data la grande altezza, garantire che l’aria immessa raggiunga effettivamente tali zone. In questi casi l’unica soluzione è fornita da sistemi di diffusione pensili a dislocamento installati ad altezze non superiori a 3 metri che tuttavia possono risultare invasivi e incompatibili con l’allestimento degli spazi.

 

Fig.12 – Sistema di diffusione con ugelli a dislocamento (Emco).
Fig.13 – Magazzino per la logistica con sistemi di diffusione per ogni unità rooftop.

 

Quale pompa di calore?

L’utilizzo delle pompe di calore, a fronte di un indubbio aggravio del costo di investimento rispetto alle caldaie a gas, non solo garantisce la copertura del fabbisogno con fonti rinnovabili ma presenta il vantaggio di disporre di una fonte di produzione frigorifera che può essere utilizzata per la climatizzazione estiva. Inoltre l’alimentazione elettrica può essere soddisfatta, almeno in parte, dalla potenza prodotta dagli impianti fotovoltaici, ormai sempre più diffusi.

Come sorgente termica è necessario scegliere tra l’aria e l’acqua di falda, se questa è disponibile in loco in grande quantità, dato il fabbisogno elevato. Le pompe di calore ad aria sono meno efficienti, più ingombranti e rumorose. Tuttavia non comportano costi di esercizio per le pompe di circolazione (sul circuito dell’acqua di falda e del circuito primario) né costi di manutenzione per filtri e scambiatori di calore. Di conseguenza possono rappresentare la soluzione ottimale dal punto di vista economico, tenuto conto del costo elevato per la realizzazione dei pozzi di presa e resa dell’acqua di falda.

Nel caso in cui si decida di optare per l’utilizzo dell’aria come sorgente termica, resta da valutare la soluzione più conveniente tra un impianto idronico e un impianto ad espansione diretta.

La soluzione idronica si basa sull’impiego di gruppi frigoriferi a pompa di calore che producono acqua calda e refrigerata che può essere utilizzata sia da pannelli o strisce radianti (se previsti) sia da unità di trattamento aria. Gli impianti ad espansione diretta utilizzano invece unità rooftop a pompa di calore installate sulla copertura del magazzino e collegate direttamente ai canali di distribuzione dell’aria.

Lo studio di fattibilità

Come si è visto, le opzioni di impianto a disposizione sono almeno 4, che si riducono a 3 nel caso in cui sia necessario garantire il raffrescamento estivo, mentre per la produzione termofrigorifera è necessario valutare la soluzione più conveniente tra sistema idronico, con pompe di calore ad aria o ad acqua, e sistema ad espansione diretta con unità rooftop.

A prescindere dalla valutazione degli altri requisiti (comfort, ingombri, flessibilità), la scelta più oculata del sistema è solitamente legata all’aspetto economico. A tale scopo andrebbe sempre sviluppata un’analisi basata sulla stima dei costi di investimento e sulla simulazione dei consumi e dei costi gestionali (energia e manutenzione) delle varie opzioni. Soltanto in questo modo risulta possibile stabilire quale tipologia risulta la più conveniente in termini di VAN tenendo in considerazione il costo del denaro e la vita utile dell’impianto.

Due casi di studio

I casi di studio riguardano due centri logistici per i quali sono stati adottati sistemi diversi per la produzione termofrigorifera, entrambi a servizio di impianti di climatizzazione a tutt’aria.

Il polo di Castel San Giovanni, realizzato nel 2013, sorge su un’area di 200.000 m2 nei pressi di Piacenza e costituisce il nodo strategico per la logistica europea di Amazon. Nel magazzino, che presenta una superficie coperta di 90.000 m2 , operano più di 1000 persone.

Il progetto degli impianti si è posto come obiettivo quello di soddisfare in modo efficiente l’ingente fabbisogno termico e frigorifero. L’impianto di climatizzazione è di tipo idronico a 4 tubi e si basa su 3 unità polivalenti a pompa di calore ad aria con potenza di 826 kW cadauna per la produzione simultanea di caldo e freddo, a cui si aggiungono 2 unità a pompa di calore reversibili sempre ad aria, anch’esse con potenza di 826 kW, per una potenza complessiva di 4126 kW termici e frigoriferi. Le unità presentano valori di EER pari a 3,1 e di COP pari a 3,4.

I fluidi caldo e freddo sono utilizzati da unità di trattamento aria installate sulla copertura dotate di recuperatori di calore collegate a canali di mandata e ripresa. La diffusione dell’aria è realizzata mediante condotte microforate in materiale plastico di colore bianco che garantiscono un’elevata induzione (figura 14).

Fig. 14 – Per la climatizzazione del polo logistico di Amazon a Castel San Giovanni (PC) è stata adottato un sistema di diffusione dell’aria con condotte microforate in materiale plastico (Planning).

Per ottimizzare le prestazioni della centrale termofrigorifera è stato previsto l’impiego del sistema ClimaPRO che provvede a garantire il funzionamento delle unità alla massima efficienza e nel contempo assicura il necessario supporto sia ai tecnici addetti all’assistenza per la manutenzione predittiva sia al Building Manager locale per il monitoraggio dei consumi energetici.

Il secondo caso di studio riguarda l’hub di Decathlon realizzato nel 2015-2016 a Brandizzo (Torino) con lo scopo di rifornire 25 negozi del Nord Italia. Il centro presenta una superficie lorda di 23.000 m2 ed è strutturato su due cellule, una con prevalenza di picking e l’altra destinata allo stoccaggio di materiali voluminosi. La struttura ospita anche un centro Click & Collect per il ritiro della merce acquistata on-line e un laboratorio regionale per la riparazione dei prodotti danneggiati. La logistica presenta inoltre un layout innovativo basato su piani ammezzati automatizzati che consentono di gestire i processi in modo più veloce, sostenibile e redditizio.

Dal punto di vista impiantistico la scelta più importante è stata quella rivolta a garantire il comfort su base annua per i 150 addetti che operano nel centro, che quindi è stato interamente climatizzato. Dato l’elevato fabbisogno è stato previsto un impianto che garantisse elevate prestazioni grazie all’impiego di apparecchiature ad alta efficienza. La climatizzazione è stata quindi affidata a 15 unità rooftop reversibili con sorgente aria installate sulla copertura (figura 15). Dieci di queste unità sono dedicate agli spazi aperti, quattro ai mezzanini meccanizzati e una ai laboratori, per una portata d’aria totale di circa 340.000 m3/h. Nel dettaglio sono state installate sette unità dotate di sistema di free-cooling e otto unità dotate di sistema di recupero di calore Refrigerant Booster, che permette di recuperare l’energia contenuta nell’aria di espulsione che viene trasferita al circuito frigorifero, in  modo da aumentare l’effetto utile e ridurre la potenza assorbita dal compressore. Il sistema è costituito da una batteria posta in corrispondenza della serranda di espulsione e riesce a sfruttare le condizioni favorevoli dell’aria di espulsione sia in funzionamento estivo sia in funzionamento invernale. Il COP delle unità è superiore a 5 e ciò consente di soddisfare i valori richiesti a -7 e +33 °C dalla normativa della Regione Piemonte.

Fig.15 – L’impianto di climatizzazione per l’hub logistico di Decathlon a Brandizzo (Torino) si basa su unità rooftop installate sulla copertura (Inteco).

La diffusione dell’aria ad alta induzione è realizzata con ugelli a regolazione termostatica a copertura dell’area dei depositi, mentre per i laboratori è stato previsto un canale microforato ad alta induzione. Nonostante il capannone abbia un’altezza di 14 metri e i canali siano installati a 13,70 metri, grazie all’impiego di ugelli e canali microforati è possibile trattare in modo uniforme tutte le zone all’interno del magazzino.

Dato che l’intervento si è posto l’obiettivo di ottenere la certificazione LEED, fin dalle prime fasi di progettazione è stata posta la massima attenzione alla sostenibilità, per quanto riguarda sia la struttura passiva, con l’utilizzo di materiali riciclabili per le pavimentazioni e più in generale per tutte le opere civili, sia gli impianti meccanici ed elettrici. Per l’illuminazione sono impiegate luci a LED ad alto risparmio energetico, controllate da un sistema che consente di illuminare solo le aree occupate. Sulla copertura sono installati pannelli fotovoltaici ad alto rendimento che consentono di produrre più di 350 kW con autoproduzione in fase estiva. Per quanto riguarda i requisiti relativi alla gestione dell’acqua sono stati previsti il recupero dell’acqua piovana per scopi di irrigazione  e l’utilizzo di apparecchi sanitari e rubinetteria in grado di ridurre il consumo idrico dell’acqua potabile.

di Luca Stefanutti

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