Smart grid idrica per il campus delle eccellenze

Un impianto ad anello d’acqua alimenta gli impianti di climatizzazione al servizio degli edifici di H-FARM Campus, il più grande e importante polo dedicato all’innovazione, alla didattica e alla formazione in Europa.

Da oltre 16 anni H-FARM costituisce un esempio unico nel settore dei servizi alle imprese e della formazione, con investimenti e consulenze legati alla trasformazione digitale e lo sviluppo di nuovi modelli di business, e innovativi programmi human e digital oriented, dedicati all’educazione scolastica e formazione professionale.

Nel 2013 ha preso avvio un ambizioso programma di espansione e potenziamento delle attività, che ha condotto nel settembre del 2020 all’inaugurazione del Campus (superficie 51 ha), situato a Ca’ Tron, la più grande tenuta agricola a corpo unico d’Italia, nel comune di Roncade (Treviso), all’interno del parco Naturale Regionale del fiume Sile.

L’edificazione – senza consumo di suolo e perfettamente integrata nel paesaggio – è frutto di un articolato percorso di restauro degli edifici più rappresentativi e di demolizione di quelli dismessi, con nuove costruzioni realizzate a parità di volumetria e certificate secondo il protocollo LEED 2009 NC – New Construction and Major Renovation.

Il Campus (in totale circa 38.000 m2 di superficie coperta, circondati da 27 ha di aree a parco e a bosco) è composto da edifici indipendenti per circa 3.000 persone (di cui 1.800 studenti), caratterizzati da un linguaggio semplice e omogeneo, dalla chiara matrice contemporanea, che privilegia spazi accoglienti e flessibili, confortevoli e luminosi.

Il progetto in sintesi

Il masterplan e la progettazione degli edifici del campus sono stati curati da Zanon Architetti Associati, con la sola eccezione dell’edificio multifunzionale, progettato dallo studio inglese Rogers Stirk Harbour + Partners.

Il concept insediativo prevede la condivisione delle infrastrutture generali e la gestione centralizzata degli impianti per tutti gli edifici, compresi quelli non ancora completati. Il campus è infatti composto da diversi edifici indipendenti:

• polo scolastico, formato dai fabbricati per scuola primaria (edificio A; superficie 3.745 m2) e per scuola secondaria di I grado (B; 4.697 m2) e formazione universitaria (C; 5.893 m2), più il centro sportivo (H; 1.758 m2) con campi da gioco al coperto e allo scoperto, palestra e spogliatoi;
• struttura direzionale/formativa (D; 3.448 m2), costituita da due corpi connessi attraverso una serra che ospita il bar;
• residenza studentesca (E; 3.448 m2) composto da due corpi residenziali (244 posti letto in totale) anch’essi collegati da una serra adibita alla ristorazione degli ospiti;
• accoglienza e guardiania (F), posto all’ingresso del campus;
• polifunzionale (G; 3.005 m2), situato in posizione baricentrica rispetto al campus, che comprende sala conferenze (800 posti), ristorante, biblioteca con spazi per il coworking, CED e Centro Stella;
• centrale tecnologica.

La totale sostenibilità energetica è fra le principali caratteristiche del campus. Poiché tutti gli edifici si elevano per uno o al massimo due livelli fuori terra, le coperture hanno assunto un’importanza significativa sia ai fini delle prestazioni energetiche, sia come spazi tecnici per la posa in opera degli impianti.

Gran parte del fabbisogno elettrico (~75%) è infatti coperto dagli impianti fotovoltaici (oltre 1,3 MWp) installati sulle coperture degli edifici, e dai relativi accumuli a batterie, mentre il resto è fornito dalla rete utilizzando solo fonti rinnovabili, a cura di operatori certificati.

Impianti termomeccanici: criteri generali

La progettazione impiantistica è stata sviluppata da Manens-Tifs fino al livello esecutivo. Successivamente la commessa è stata presa in carico da DBA PRO., che ha assunto la direzione dei lavori apportando alcuni adattamenti, resi necessari dai rallentamenti autorizzativi nella fase propedeutica alla realizzazione delle opere, senza pregiudizio per la coerenza complessiva del progetto.

Tutte le fasi della progettazione fanno perciò riferimento a criteri e obiettivi condivisi di:

• massimo risparmio energetico (produzione dei fluidi termovettori per riscaldamento e raffrescamento mediante pompe di calore geotermiche; ventilazione meccanica tramite unità rooftop con pompa di calore condensata ad aria e recuperatori di calore);
• elevate efficienze energetiche dei componenti e delle tecnologie utilizzati;
• alto grado di integrazione tra sistemi distributivi, terminali impiantistici ed edificio, per conseguire modularità, flessibilità spazio-funzionale, sicurezza e facilità di installazione;
• alto livello di affidabilità delle apparecchiature, anche nei confronti di eventi esterni, per fronteggiare situazioni di emergenza con minimi tempi di ripristino del servizio;
• manutenibilità, anche attraverso l’impiego di un capillare sistema di supervisione e controllo centralizzato degli impianti;
• attenzione alle tematiche ambientali, specie per quanto attiene le emissioni acustiche e inquinanti;
• ottenimento della certificazione LEED per tutti gli edifici del campus.

La parola al tecnico

In sede di direzione dei lavori, l’ing. Gaetano Russo (DBA PRO.) ha curato l’implementazione del progetto impiantistico:

«Il principale punto di forza del progetto consiste nell’impiego di soluzioni a bassissimo impatto energetico e ambientale, prevalentemente basate su fonti rinnovabili, assieme a tecnologie evolute per la produzione e la distribuzione del calore, in modo estremamente funzionale e flessibile, a vantaggio del comfort per gli utenti.

Le modifiche hanno interessato aspetti non sostanziali rispetto alle previsioni originarie. Ad esempio, il campo geotermico è rimasto pressoché inalterato dal punto di vista energetico, ma è stato necessario ridistribuire le sonde. Ulteriori modifiche hanno coinvolto localmente singole apparecchiature, ad esempio pompe di calore, UTA, estrattori dell’aria.

Altri interventi sono stati effettuati per modificare le portate dell’aria nelle cucine, tenendo conto delle esigenze espresse dell’impresa che ne ha curato l’installazione. L’insieme restituisce un insediamento che sarà certificato LEED, con rating Gold, composto da edifici
che presentano prestazioni molto prossime a quelle degli NZEB».

La centrale tecnologica

Gli impianti del Campus sono di tipo centralizzato (idrico-sanitario, antincendio), distribuito (geotermico, climatizzazione) e misto (elettrici, speciali, fotovoltaico), attestati sulla centrale tecnologica e collegati da circuiti ad anello a quelli indipendenti dei singoli edifici (ventilazione meccanica e terminali idronici).

La centrale tecnologica è situata fra gli edifici A e B, in posizione baricentrica rispetto ai fabbricati serviti in modo da fungere da nodo principale delle reti, garantendo ad esempio una pressione omogenea a tutte le sottocentrali. Al suo interno è articolata nelle aree per gli impianti elettrici (cabina di trasformazione MT/BT, gruppo elettrogeno, ecc.), di pressurizzazione (distribuzione idrico-sanitaria, circolazione del fluido di scambio termico) e antincendio.

La centrale idrico-sanitaria riceve la derivazione (portata 2,9 l/s) dell’allacciamento unico all’acquedotto, realizzata con tubazione interrata in polietilene ad alta densità, diretta verso il sistema di accumulo e pressurizzazione dell’acqua potabile e utilizzata anche per il reintegro della vasca di riserva antincendio.

In dettaglio, nella centrale idrico-sanitaria sono presenti:

• 2 filtri micrometrici;
• 3 serbatoi orizzontali in acciaio inox (ciascuno 25 m3), per l’accumulo dell’acqua potabile;
• 1 gruppo di pressurizzazione (portata massima totale 16 l/s).

Il volume stoccato corrisponde a circa metà del fabbisogno massimo giornaliero dell’intero campus, in modo da coniugare la necessità di erogazione dell’acqua, in caso di sospensione del servizio da parte dell’acquedotto, con la volontà di evitare, nei periodi di ridotta occupazione, il prolungato ristagno dell’acqua nei serbatoi. La distribuzione alle utenze negli edifici è affidata a un gruppo di pressurizzazione dedicato (3 pompe da 7 kW ciascuna).

Le sottocentrali sono collegate alla centrale tecnologica mediante un circuito ad anello d’acqua (WLHP: Water Loop Heat Pump System): si tratta di una rete a circuito chiuso che distribuisce acqua a temperatura prossima a quella ambiente, fornendo la sorgente termica di compensazione per le singole unità polivalenti. La prevalenza nell’assorbimento o nella cessione del calore tende rispettivamente a far scendere o salire la temperatura dell’anello d’acqua, che è mantenuta all’interno di un intervallo prefissato attraverso il campo geotermico.

Per mantenere in pressione questa “smart grid idrica”, la centrale di pressurizzazione dispone di 2 gruppi di pompaggio dedicati (uno per il circuito di distribuzione ad anello e uno per il campo geotermico), composti ciascuno da 3 elettropompe (1 di riserva) alimentate tramite inverter (potenze comprese tra 7÷19 kW), che si aggiungono ai gruppi di pompaggio dedicati alla rete di distribuzione dell’impianto idrico-sanitario.

Le sottocentrali in sintesi

Ogni sottocentrale dispone di una o più unità polivalenti, con gruppi di pompaggio a portata variabile per la circolazione dei fluidi termovettori. Sono presenti, inoltre, le apparecchiature per l’alimentazione dell’impianto idrico di edificio (filtro micrometrico, addolcitore, dosatore automatico di prodotti chimici, scambiatore ad accumulo per l’ACS).

I generatori sono prevalentemente pompe di calore polivalenti, caratterizzati dalle seguenti potenze:

• 73 kWt e 46 kWf, nell’ed. A;
• 94 kWt e 47 kWf, nell’ed. B;
• 144 kWt e 91 kWf, nell’ed. C;
• 56 kWt e 38 kWf, nell’ed. D, con una seconda pompa di calore da 50 kWt e 65 kWf per la sola climatizzazione;
• 71 kWt e 75 kWf, per ciascuna delle 2 pompe di calore polivalenti nell’ed. E;
• 288 kWt e 493 kWf, per la climatizzazione della sala conferenze e dei locali annessi, nell’ed. G nonché per la climatizzazione della biblioteca, il ristorante e i locali annessi, sempre nell’ed. G;
• 49 kWt, per il solo riscaldamento e la produzione dell’ACS, nell’ed. H.
  I fluidi termovettori sono prodotti alle seguenti temperature:
• +45 °C, con ΔT = 5 °C nel periodo invernale;
• +10 °C (per impianti di base, senza deumidificazione) e 8 °C (per gli impianti con deumidificazione), con ΔT = 5 °C nel periodo estivo.

In generale, le pompe di calore fronteggiano la domanda termica di base, alimentando con i medesimi circuiti le superfici radianti a soffitto e a pavimento, i ventilconvettori, i radiatori e le batterie di postriscaldamento. L’ACS è prodotta mediante funzionamento a recupero totale, con conseguente abbattimento del calore da dissipare nel periodo estivo attraverso il campo geotermico.

Tutti gli impianti idronici sono del tipo a 2 tubi, tranne quelli nell’ed. G che sono a 4 tubi. Per effetto delle contenute dimensioni e della sua distanza rispetto agli altri edifici, l’ed. F è dotato di un impianto di climatizzazione a espansione diretta, con raffrescamento demandato alla ventilazione meccanica.

Climatizzazione degli ambienti

Per ciascuno degli edifici del campus, la selezione dei terminali idronici e delle soluzioni per la ventilazione meccanica è stata compiuta considerando principalmente gli aspetti energetici e il comfort degli utenti, con l’obiettivo di dotare i singoli locali degli impianti di climatizzazione più adatti alle diverse attività.

In generale, negli edifici a vocazione scolastica (A, B, C) e direzionale/formativo (D) si tratta di pannelli radianti a soffitto a bassa inerzia (fanno eccezione le palestre didattiche, dotate di pavimenti radianti), abbinati ad aria primaria a portata variabile, anche per il controllo dell’umidità in aule e laboratori didattici, uffici e studi, sale riunioni e meeting, refettori, biblioteca didattica, ecc. Nel connettivo sono previsti ventilconvettori a 2 tubi senza deumidificazione.

I pannelli a soffitto sono del tipo in cartongesso microforato, per conseguire elevate prestazioni acustiche, equipaggiati con serpentine in polietilene reticolato e barriera all’ossigeno e con coibentazione in lana minerale. La regolazione della temperatura avviene tramite valvola a 3 vie con fluido a punto fisso, mentre il rinnovo dell’aria è affidato a regolatori di portata posti in ogni ambiente, che operano in funzione del grado di affollamento e della qualità dell’aria.

Nella residenza studentesca (E), le camere sono invece climatizzate con ventilconvettori con funzione anche di deumidificazione, con controllo della temperatura mediante regolazione della portata del fluido, tramite valvola a 2 vie, o variazione del regime del ventilatore, dotato di inverter.

Negli open space (serre degli ed. D ed E), come nel ristorante e nella biblioteca dell’edificio polifunzionale (G) e nelle palestre del complesso sportivo (H), sono installati pannelli a pavimento sempre con integrazione ad aria primaria.

In particolare, nell’ed. H, gli impianti radianti provvedono al solo riscaldamento, mentre nel periodo estivo la mitigazione delle temperature e la deumidificazione sono ottenute con la ventilazione. Nelle aree di gioco le serpentine a pavimento sono state posate con modalità idonee all’impiego di pavimentazione di tipo flettente.

Gli impianti a tutt’aria sono riservati all’auditorium (con ricircolo parziale o totale) e alle zone cottura delle cucine (solo raffrescamento, con immissione di aria di compensazione). Sistemi VRV integrati dall’aria primaria sono al servizio della sala regia e dei locali di traduzione annessi all’auditorium.

Il raffrescamento continuativo del CED è demandato a 2 condizionatori di precisione del tipo in row (ciascuno 10 kWf), di cui 1 di riserva, coadiuvati da condensatori remoti. I locali di supporto e servizio (spogliatoi, magazzino e depositi, servizi igienici) sono dotati di radiatori o termoarredi.

Nei locali tecnici sono previsti impianti:

• di tipo split (solo raffreddamento), ridondanti ove necessario, con unità interne a parete e motocondensanti collocate in copertura o, nel caso dell’edificio polifunzionale che dispone di tetto accessibile, installate in appositi plenum con riscontro diretto verso l’esterno;
• per la sola ventilazione.

Generalità sulla ventilazione

Funzionali alla qualità dell’aria indoor e al miglior benessere climatico/ambientale degli utenti, gli impianti di ventilazione meccanica sono prevalentemente del tipo ad aria primaria, attestati su diverse UTA del tipo rooftop e tradizionale, installate rispettivamente sulle coperture o in appositi locali interni agli edifici. Tutte le UTA sono equipaggiate con pompe di calore condensate ad aria: le portate d’aria trattate sono pari a circa 240.000 m3/h complessivi.

Il recupero del calore dall’aria esausta è demandato a sistemi ad alta efficienza, del tipo:

• statico a flussi incrociati + termodinamico, per le unità rooftop;
• rotativo entalpico (efficienza ≥73%), per le UTA.

In generale le UTA rooftop sono equipaggiate con filtri di tipo piano e a tasche rigide, sezioni ventilanti di tipo plug-fan con motore dotato di inverter, silenziatori. Nel dettaglio si hanno:

• 5 rooftop nell’ed. A, più un’unità di immissione dell’aria di compensazione al servizio della cappa della cucina;
• 7 rooftop nell’ed. B, anche in questo caso con unità di compensazione;
• 5 rooftop nell’ed. C;
• 2 rooftop nell’ed. D, più 1 UTA dedicata alla serra:
• 4 rooftop nell’ed. E, più 3 UTA dedicate a locali specifici (lavanderia, cucina, mensa), con impianto del tipo a tutt’aria, e l’unità di compensazione per la cappa della cucina;
• 2 UTA del tipo a monoblocco nell’ed. F;
• 5 UTA nell’ed. G, più l’unità di compensazione e 1 UTA monoblocco per il CED;
• 3 rooftop nell’ed. H (per campo da gioco, gradinate, spogliatoi e locali annessi).

Le canalizzazioni di mandata e ripresa sono realizzate in lamiera d’acciaio zincato, con sezioni rettangolari oppure circolari. A seconda della presenza o meno di controsoffitti nei diversi locali, le canalizzazioni di mandata sono equipaggiate con isolamento
termico esterno, in lana di vetro con film in alluminio, o con isolamento interno in polietilene reticolato e espanso a cellule chiuse con strato antigraffio.

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In ogni singolo ambiente destinato alla didattica (aule, laboratori, ecc.) il controllo della portata dell’aria è affidato a regolatori autoazionati servocomandati, posti sulle canalizzazioni di mandata e ripresa, per adeguare il flusso alle effettive necessità, mentre negli spazi comuni i regolatori sono a portata costante, per garantire sempre la portata prevista.

La diffusione dell’aria avviene a bassa velocità, generalmente tramite bocchette e diffusori ad alto rapporto di induzione per evitare sensazioni di discomfort locali. L’attenzione dedicata allo studio della posizione dei diffusori ha permesso di massimizzare la superficie dei pannelli radianti a soffitto. I servizi igienici dispongono di valvole anemostatiche per la ripresa dell’aria, in modo da mantenerli in depressione rispetto i locali adiacenti.

Climatizzazione dell’edificio polifunzionale

Per la sala conferenze è stato previsto un impianto a tutt’aria attestato su 2 UTA, con portate identiche e funzionanti in parallelo, che possono operare in ricircolo totale, nella fase di messa a regime senza presenza di persone, e parziale, a regime stabile, in relazione al grado di affollamento della sala rilevato dalle sonde di CO₂ in ambiente.

Le reti di mandata e ripresa sono articolate secondo uno schema modulare, con regolatori di portata e batterie di post-riscaldamento, per il controllo della temperatura di ogni settore e per consentire la suddivisione della sala in due spazi distinti. L’aria è immessa nella sala conferenze mediante diffusori ad alette a geometria variabile, idonei all’impiego ad altezze elevate, mentre nel foyer sono presenti diffusori a ugello inseriti nei fori praticati nella parete in calcestruzzo.

Sono inoltre presenti impianti del tipo a tutt’aria con UTA dedicate, per locali specifici (lavanderia, cucina, mensa), oltre all’unità per la compensazione dell’aria estratta dalla cappa della cucina. Tutte le canalizzazioni aerauliche presenti nell’ed. E sono dotate di un rivestimento termico esterno, in fibra di poliestere.

Gestione e consumi

Il BEMS degli impianti termomeccanici si occupa della regolazione automatica degli impianti, compresi quelli a bordo macchina (pompe di calore, UTA e rooftop, condizionatori split, ecc.) mediante controllo digitale diretto (DDC) tramite linea bus. Oltre alla regolazione automatica delle apparecchiature installate nella centrale e nelle sottocentrali, le centraline provvedono alla gestione degli impianti termotecnici:

• avviamento/arresto a tempo programmato o “su evento” delle apparecchiature;
• segnalazione di stato delle utenze e di allarme;
• controllo dell’intasamento dei filtri e della variazione di velocità dei ventilatori delle UTA;
• totalizzazione di tempi di funzionamento e programmazione di operazioni di manutenzione.

In vista della certificazione secondo il protocollo LEED, il BEMS è predisposto anche per ricevere ed elaborare i dati provenienti da:

• contatori volumetrici, per la misura e la contabilizzazione dell’acqua potabile in ingresso alle sottocentrali, ai produttori di ACS e ai singoli edifici;
• contabilizzatori dell’energia termica e frigorifera su tutti i circuiti primari (sonde geotermiche) e secondari (pompe di calore, pannelli radianti, ventilconvettori, radiatori, batterie di post- riscaldamento, produzione ACS, batterie delle UTA, ecc.).