La nuova struttura per la chirurgia pediatrica di Emergency mette a sistema tecnologie costruttive e impiantistiche declinate per le peculiarità del contesto sociale e ambientale africano, con una particolare attenzione alla sostenibilità.
Entrato in funzione nell’aprile 2021, il Centro di eccellenza in Chirurgia pediatrica di Entebbe (Uganda) è il secondo ospedale dell’African Network for Medical Excellence (ANME) realizzato dalla NGO italiana Emergency che conta già tre cliniche pediatriche in Sudan – tra cui, dal 2007, il Centro Salam per la Cardiochirurgia pediatrica a Khartoum. Si tratta di un ospedale specializzato che, di fatto, triplica la disponibilità dei posti letto per la chirurgia pediatrica dello stato africano e, al contempo, si propone come polo per la formazione professionale degli operatori sanitari locali.
Principale obiettivo dell’iniziativa è garantire ai pazienti pediatrici cure chirurgiche gratuite, con gli stessi standard degli ospedali italiani, in un contesto in cui la mortalità infantile sotto i 5 anni di età è nell’ordine di 49 bambini ogni 1.000 nati vivi. L’ospedale sarà perciò un importante centro di riferimento per i piccoli pazienti con necessità chirurgiche, provenienti dall’Uganda e da tutto il continente.
Il Centro di eccellenza in Chirurgia pediatrica si trova alla periferia di Entebbe (circa latitudine 0°03’ N; altitudine quasi 1.150 m s.l.m.), a breve distanza dalle rive del Lago Vittoria, nelle vicinanze dell’aeroporto internazionale e a circa 35 km dalla capitale Kampala.
La posizione geografica del sito, praticamente all’equatore, rende la lunghezza delle giornate pressoché uniforme durante tutto l’anno (circa 12 ore al giorno), con un’inclinazione solare praticamente perpendicolare rispetto al suolo.
L’altitudine e la vicinanza del lago comportano condizioni di vento costante, con velocità medie nell’ordine di 8÷13,1 km/h e direzione variabile. Il clima è di tipo è tropicale umido: la temperatura media (22,2 °C) fa registrare minime variazioni durante l’arco dell’anno (±2,5 °C), ma l’umidità è costantemente sopra il 75% (punte medie mensili del 83% in aprile e novembre), con una piovosità media significativa (max 238 mm in aprile) estesa anche ai mesi più secchi (min 43 mm in luglio).
Il periodo più umido dura dalla fine di agosto alla fine di giugno e rende il clima classificabile con un livello di comfort afoso per almeno il 59% del tempo. Di conseguenza gli impianti di climatizzazione sono stati progettati per abbattere carichi latenti molto rilevanti, specie negli ambienti serviti da ventilazione a tutta aria esterna.
Aspetti generali del progetto
Il Centro di eccellenza è un esempio di progettazione olistica, mirato a offrire risposte semplici e pragmatiche ai problemi socio-ambientali contemporanei, sul duplice fronte di una visione inclusiva e partecipativa, nell’interesse delle generazioni presenti e future, e dell’innovazione dei processi costruttivi, secondo principi bio-ecologici.
Il tema della resilienza è al centro del progetto: l’ospedale propone infatti soluzioni integrate anche alle sfide poste dall’emergenza climatica, focalizzate sull’autosufficienza energetica e idrica, attraverso un edificio flessibile capace di adattarsi e di reagire positivamente alle sollecitazioni esterne.
La progettazione architettonica è stata sviluppata dal Renzo Piano Building Workshop assieme allo Studio TAMassociati, con la Building Division di Emergency e con i professionisti sanitari già operanti nella zona. La società di ingegneria multidisciplinare Prisma Engineering ha curato la progettazione degli impianti termomeccanici ed elettrici/speciali, con l’obiettivo di garantire il massimo livello di funzionalità, igiene, sicurezza, efficienza energetica e comfort termoigrometrico.
In generale tutte le principali apparecchiature e componenti impiantistiche sono state selezionate per abbinare un’elevata efficienza energetica con caratteristiche di semplicità di installazione, utilizzo e manutenzione, puntando anche a minimizzare la quantità di pezzi di ricambio necessari al loro mantenimento nelle migliori condizioni operative.
L’ospedale: funzioni e percorsi
Il Centro di eccellenza in Chirurgia pediatrica sorge all’interno di un lotto ampio circa 120.000 m2, messo a disposizione dal Governo ugandese che ha fornito supporto anche durante la costruzione dell’ospedale e nella ricerca e formazione professionale del personale locale. Il complesso (circa 9.700 m2) è composto da 6 fabbricati immersi nel verde, prevalentemente organizzati in linea lungo l’asse est-ovest.
Preceduto da un parcheggio, il piccolo edificio d’ingresso svolge sia la funzione di selezionare l’accesso all’ospedale di persone e veicoli, sia di accoglienza e triage nei confronti dei piccoli pazienti e dei loro familiari. I percorsi veicolari sono diretti alla vicina area diagnostica (ambulanze) e al piazzale logistico interno, dal quale si accede a tutti gli altri edifici.
L’ospedale vero è proprio è composto da 3 volumi disposti su 2 livelli, alcuni dei quali parzialmente ipogei per effetto del dislivello del terreno, che gravitano attorno al giardino interno:
- il corpo A (a sud, prossimo all’edificio d’ingresso) ospita laboratorio con emoteca e magazzini (piano interrato), la hall con sala d’attesa, 6 ambulatori e la diagnostica per immagini, con sale per radiologia e TAC (piano terreno);
- il corpo B (al centro) è destinato alla farmacia, agli spogliatoi e ai locali tecnici (piano seminterrato), al blocco operatorio (3 sale chirurgiche più l’open space per osservazione e stabilizzazione) e alla terapia intensiva con 6 posti letto (piano rialzato);
- il corpo C (a nord) accoglie le aree amministrative, gli altri servizi sanitari e generali più alcuni spazi tecnici (piano terreno), gli studi medici con aule per la formazione e le degenze di tipo ordinario, con 50 posti letto più sale ricreative e spazi per il gioco e lo svago dei bambini, e di terapia sub-intensiva, con 16 posti letto (primo piano).
La dotazione è completata dalla foresteria e dalla centrale tecnologica. La prima è situata a settentrione rispetto al corpo C: si tratta di un edificio ipogeo in linea, che dispone di camere per 36 fra parenti e accompagnatori dei piccoli pazienti. Facilmente accessibile dai flussi veicolari e pedonali, la centrale tecnologica si trova a levante rispetto all’ospedale ed è articolata su un unico livello.
Gli edifici ospedalieri in linea sono organizzati secondo una sezione a corpo triplo, con connettivo centrale. Gli accessi e i percorsi interni all’ospedale consentono un razionale sviluppo dei flussi, separando anche dal punto di vista altimetrico quelli d’ambito sanitario (personale e pazienti interni, pazienti esterni, ecc.) da quelli dei materiali e dei servizi ausiliari.
La parola al progettista
L’ing. Luciano Viero (Prisma Engineering) ha curato la progettazione degli impianti termomeccanici: «Abbiamo ottenuto la commessa grazie all’esperienza nella progettazione impiantistica a elevata efficienza energetica nel settore ospedaliero, anche in ambiti molto particolari come i laboratori ad elevato rischio biologico e gli ospedali per infettivi.
Il percorso progettuale è stato estremamente interessante, sia per la partecipazione di un architetto dello spessore di Renzo Piano, sia per la stretta collaborazione con i tecnici di Emergency, che hanno trasferito al nostro team le reali esigenze – raccolte nel tempo nei loro ospedali in tutto il mondo – ottenendo così un sistema che risponde alle particolari esigenze di determinati territori e agli standard ospedalieri più evoluti.
Efficienza, contenimento dei consumi energetici, semplicità, pulizia e linearità degli impianti sono stati i nostri obiettivi principali. Anche il vincolo estetico è stato molto forte: in un contesto architettonico di tale importanza, l’integrazione degli impianti è stata una delle maggiori difficoltà, risolta egregiamente grazie alla progettazione sviluppata interamente in BIM.
Abbiamo sviluppato layout impiantistici innovativi, in modo da lasciare a vista solamente le parti esteticamente gradevoli (ad esempio l’“altana” soprastante il blocco operatorio, sulla quale sono installate le UTA) e nascondendo quasi completamente le distribuzioni, senza pregiudizio per l’accessibilità. Il principio della semplicità impiantistica ha permesso di assicurare tutti i servizi necessari con impianti di facile installazione e, soprattutto, molto intuitivi in sede di manutenzione, utilizzando componenti il più possibile standardizzati.
Ad esempio, i compressori delle macchine frigorifere sono tutti uguali, quindi ricorrendo a un solo pezzo di ricambio si potrà ripristinare il normale funzionamento del sistema. Paradossalmente, la ricerca della massima semplicità è stata facilitata da una tecnologia avanzata – quella della pompa di calore polivalente – che ha permesso di realizzare una rete distributiva dei fluidi tanto semplice quanto efficace.
Allo stesso modo sono state selezionate le pompe, che presentano taglie e modelli ridotti a poche tipologie. La rete è composta da un unico circuito a 4 tubi, alimentato da un solo set di pompe per il lato caldo e da solo set di pompe per il lato freddo, senza distinzione tra circuito primario e secondario.
Nelle UTA, inoltre, abbiamo inserito il sistema di recupero rigenerativo, con un recuperatore a doppia batteria (run around coil) installato a monte e a valle della batteria di raffreddamento e deumidificazione. In questo modo il calore sensibile assorbito dalla batteria di raffreddamento si trasferisce direttamente al post-riscaldamento e viceversa, ottenendo quindi un notevole risparmio energetico e un ragguardevole abbassamento delle potenze frigorifere di picco».
L’edificio in sintesi
Progettata per garantire sicurezza e senso di protezione, la costruzione integra sistemi costruttivi tradizionali e tecnologie contemporanee. Sulle fondazioni in calcestruzzo armato sono impostate le murature portanti perimetrali, realizzate in terra cruda con la tecnica cosiddetta “pisè”, i pilastri intermedi interni agli edifici e le strutture esterne, in elevazione, che sostengono le parti aggettanti della copertura.
Le murature in pisé formano l’involucro edilizio lungo i fronti nord e sud degli edifici principali: il materiale costruttivo è stato ottenuto riutilizzando il terreno di risulta ottenuto dagli scavi effettuati per la costruzione dei livelli ipogei. La tradizionale miscela di argilla, sabbia, ghiaia e acqua, pressata all’interno di casseforme in legno, è stata rinforzata con leganti di ultima generazione che rendono la struttura stabile, sicura e durevole.
In questo modo le murature in terra cruda possono sopportare i carichi trasmessi dal reticolo strutturale in acciaio che sorregge la copertura e, grazie al notevole spessore (circa 60 cm) e all’inerzia termica dei paramenti murari, gli spazi interni godono di una notevole stabilità della temperatura. In corrispondenza delle finestre, la strombatura esterna delle aperture facilita la penetrazione della luce naturale negli ambienti.
Le testate degli edifici principali, esposte a est e ovest, sono invece costruite con facciate continue trasparenti, appositamente disegnate per rispondere a precise esigenze statiche, prestazionali ed estetiche. La configurazione dei profili in alluminio forma un corpo unico con la struttura in carpenteria d’acciaio, restituendo adeguati livelli di tenuta all’aria e all’acqua.
La presenza di tende tecniche esterne e, nei serramenti, di veneziane orientabili e impacchettabili, consente di regolare l’irraggiamento solare sulle superfici vetrate e la luminosità all’interno degli ambienti. Gli spazi connettivi ai piani superiori, posti all’interno degli edifici, ricevono luce zenitale attraverso lucernari schermati dalle griglie soprastanti.
L’ospedale dispone di un intelligente sistema a doppia copertura, concepito per minimizzare l’irraggiamento solare delle falde, raccogliere l’acqua piovana e massimizzare la superficie esposta del campo fotovoltaico. Le falde costituiscono la parte inferiore della copertura: sono realizzate con normali solai in lamiera grecata e getto di calcestruzzo integrativo, sormontati da uno strato termoisolante e rivestiti con pannelli metallici in lamiera zincata.
La parte superiore della copertura è sorretta dalle strutture in tubolari d’acciaio che fuoriescono dalla fascia piana del colmo, dove sono installati i lucernari, e dai pilastri disposti ai lati degli edifici. Si tratta di un vero e proprio schermo solare, realizzato con lamiere metalliche – che ombreggiano le falde durante il giorno – sormontate dai moduli fotovoltaici. L’unica parte permeabile alla luce è costituita dal percorso tecnico sopraelevato, in grigliato metallico, posto sulla verticale dei lucernari.
Alimentazione e sicurezza elettrica
Situata su lato opposto del piazzale logistico rispetto al corpo B, la centrale tecnologica accoglie la cabina di trasformazione, i quadri elettrici principali, i gruppi elettrogeni, le centrali idrico-sanitaria, termofrigorifera e antincendio e l’officina.
Gli impianti elettrici sono alimentati dalla rete di distribuzione, previa trasformazione MT/BT tramite 1 trasformatore a secco in resina epossidica, del tipo “a perdite ridotte” (1.000 kVA) con sistema fisso di rifasamento locale. Un UPS (1.000 VA) provvede all’alimentazione in assoluta continuità dei circuiti ausiliari interni a cabina e sala quadri MT.
Oltre al power center, la sala quadri BT ospita il sistema di rifasamento automatico, 1 stabilizzatore di tensione elettrodinamico (1.000 kVA, con predisposizione per l’installazione di un secondo stabilizzatore) e 1 UPS (6.000 VA) per i circuiti ausiliari interni.
Durante il giorno, il fabbisogno elettrico è parzialmente coperto dall’impianto fotovoltaico (289,24 kWp) esteso sulle coperture dei volumi in linea dell’ospedale, collegato al lato BT tramite un interruttore di interfaccia. Il campo fotovoltaico è composto complessivamente da 2.464 moduli a film sottile, di cui 1.176 da 120 Wp e 1.288 x 115 Wp), suddivisi in 4 sottocampi attestati su altrettanti inverter trifase (2 da 91,4 kW e 2 da 43,6 kW) installati nella centrale tecnologica.
Nonostante la potenza specifica inferiore rispetto ai moduli al silicio cristallino, la tecnologia fotovoltaica a film sottile è più adatta alla produzione di elettricità nelle condizioni di illuminazione diffusa che caratterizzano i periodi di pioggia e cielo coperto. Inoltre, le superfici captanti operano una schermatura passiva delle lamiere sottostanti, che riduce sostanzialmente il surriscaldamento del tetto a opera dei raggi solari.
Tutte le utenze con alimentazione prioritaria sono collegate a UPS dedicati:
- 2 ridondanti (60 kVA; autonomia 1 h) funzionanti in parallelo, per le utenze mediche;
- 1 (80 kVA; 15 min) per il Laboratorio analisi e gli utenti PC;
- 1 (80 kVA; 1 h) per l’impianto dei gas medicali;
- 1 (20 kVA; 1 h) per il CED;
- 1 (125 kVA; 10 min.) per la diagnostica TC Scan.
L’alimentazione d’emergenza è affidata a 2 generatori con alimentazione a gasolio (ciascuno 1.150 kVA LTP), entrambi in grado di fronteggiare il fabbisogno energetico dell’intero ospedale. Un ulteriore generatore diesel (450 kVA LTP) provvede all’erogazione dell’elettricità durante la notte. Per garantire la massima continuità del servizio, tutti i sistemi di continuità sono caricati anche dai generatori.
I terminali in ambiente dell’impianto idronico sono costituiti da:
- batterie di post-riscaldamento, al servizio di tutti gli ambienti dotati di ventilazione meccanica a tutta aria, compresi il blocco operatorio e le “clean area” ad alta intensità di cura (ICU);
- ventilconvettori regolati da valvole a 3 vie, prevalentemente del tipo da incasso a controsoffitto, negli altri ambienti ad alto carico sensibile interno;
- barriere a lama d’aria situate sopra gli ingressi principali, la cui funzione non ha una stretta attinenza con la climatizzazione, ma risponde allo scopo impedire l’intrusione degli insetti volanti mediante il ricircolo forzato dell’aria in ambiente, senza alcun trattamento termico.
Studiato per garantire sia il massimo comfort, sia un elevatissimo grado di controllo dei contaminanti aerodispersi nelle sale operatorie e nelle clean areas, l’impianto aeraulico è attestato su 5 UTA ad altissima efficienza, al servizio degli impianti a tutta aria esterna.
Installate sulla copertura del corpo centrale e all’interno della struttura nei corpi A e C, le UTA per gli ambienti standard trattano l’aria a 20 °C (U.r. 36,4%) in inverno e a 16 °C (U.r. 99%) in estate, con filtrazione G4 + F7, e processano rispettivamente:
- 14.080 m3/h (mandata) e 13.980 m3/h (ripresa) per i corpi A e B (livelli 0 e 1);
- 30.440 m3/h e 30.907 m3/h per il corpo A (livelli 0 e 1).
Le UTA destinate alle clean area trattano l’aria a 22 °C (U.r. 32,2%) in inverno e a 13 °C (U.r. 99%) in estate, con filtrazione G4 + F9 (H14 per le sale chirurgiche) e processano:
- 12.964 m3/h e 12.790 m3/h per il blocco operatorio;
- 7.740 m3/h e 5.418 m3/h per la terapia intensiva;
- 6.831 m3/h (mandata e ripresa) per l’area di diagnostica strumentale.
In generale la distribuzione dell’aria è affidata a canalizzazioni con sezione rettangolare, realizzate in pannelli sandwich preisolati, celate nei controsoffitti e dotate di diffusori di mandata selezionati puntualmente per ciascun locale (lineare nelle degenze, ugelli ad alta induzione orientabili negli spazi ampi) in funzione delle necessità di lancio, del comfort termoacustico e dell’impatto estetico.
Nelle sale operatorie l’aria di mandata è immessa attraverso plafoni filtranti a soffitto, ad ampia superficie, ed è estratta mediante le griglie di ripresa disposte nei quattro angoli della sala, con suddivisione della portata d’aria nei canonici 2/3 in basso e 1/3 in alto. Nelle clean area, invece, l’aria è immessa tramite diffusori di mandata a flusso laminare con filtro assoluto H14.
Per attuare una rigorosa separazione fra le canalizzazioni aerauliche, ai fini igienico-sanitari, e coniugare semplicità di installazione con facilità nella manutenzione, le UTA sono equipaggiate con un sistema di recupero del calore del tipo “run-around coil”.
Si tratta di dispositivi semplici dal punto di vista costruttivo, composti essenzialmente da:
- batterie per lo scambio termico situate nei canali di adduzione ed espulsione dell’aria;
- circuiti idronici (caldo e freddo) di collegamento, equipaggiati con un’elettropompa;
- vaso d’espansione, valvola a 3 vie, sonda di temperatura, ecc.
A fronte di un’efficienza energetica superiore al 50%, questi scambiatori mantengono nettamente separati i flussi dell’aria, a vantaggio della salubrità dell’aria immessa negli ambienti, e sono perciò idonei alle applicazioni mirate a un’elevata qualità dell’aria interna. La possibilità di modificare la portata dell’aria e di invertire il flusso del fluido di scambio termico permette di pre-raffreddare efficacemente l’aria esterna durante le stagioni calde.
Centrali termomeccaniche
L’acqua utilizzata nell’ospedale è fornita dall’acquedotto pubblico ed è stoccata in 2 cisterne ipogee (100 m3 ciascuna), dotate di sistemi per il ricircolo, la filtrazione e il dosaggio di prodotti disinfettanti. A valle delle cisterne si trovano la centrale di pressurizzazione della rete antincendio (elettropompa, motopompa e pompa jockey) e la sezione di trattamento dell’acqua potabile, così articolata:
- 2 filtri a sabbia con sistema di controlavaggio, 2 addolcitori e dosatore di disinfettante, per l’acqua fredda e calda sanitaria;
- un ulteriore dosatore di prodotti antincrostanti, per la preparazione dell’acqua per usi tecnici.
La produzione dei fluidi termovettori a 45÷40 °C e a 7÷12 °C è appannaggio di:
- 1 pompa di calore polivalente (198 kWt; 177 kWf) che utilizza R410a per la produzione dell’acqua calda (COP 2,92) e refrigerata (EER 2,26) destinate al circuito idronico, equipaggiata con 4 compressori scroll e 4 ventilatori;
- 1 gruppo frigorifero (208 kWt) per la sola acqua refrigerata (EER 2,62), che utilizza R410a, anch’esso dotato di 4 compressori scroll e di 4 ventilatori, più la predisposizione per l’installazione di un secondo chiller della stessa potenza.
La produzione dell’ACS è affidata a:
- un campo solare termico composto da 28 collettori (orientamento sud; inclinazione 15°; superficie captante complessiva 70 m2), installato sulla copertura della centrale tecnologica;
- 1 caldaia (115 kW) alimentata a gasolio, che funge anche da backup nei confronti della pompa di calore.
Lo stoccaggio avviene in 2 bollitori ad accumulo (3.000 l ciascuno) con doppio serpentino, in vista della distribuzione dell’ACS in una rete dotata di ricircolo. Per semplificare l’impianto, le reti per la distribuzione dell’acqua fredda potabile e dell’ACS sono del tipo a portata costante, attestate su elettropompe ad altissima efficienza.
Impianti elettrici e speciali
A valle del power center, i circuiti si diramano verso i quadri locali secondari, mediante tubazioni interrate contenenti linee in cavo completamente ridondanti. In particolare:
- le sale operatorie dispongono di quadri con trasformatori di isolamento dedicati (ciascuno 7,5 kVA);
- tutte le utenze degli impianti meccanici, comprese le connessioni elettriche per il sistema di controllo, sono collegate direttamente.
L’impianto di terra collega tutte le strutture metalliche interne all’edificio (armature strutturali, tubazioni, canalizzazioni, apparecchiature, ecc.) all’impianto equipotenziale. In tutti i locali sono presenti prese universali da incasso (da 16 A e da 10 A) con trattamento superficiale antibatterico, tranne:
- nelle sale operatorie, che sono dotate di propri quadri con interruttore dedicato a ciascuna presa (16 A; IP55);
- nei locali con postazioni per pc, dotati di scatole di derivazione con prese interbloccate protette da fusibili (16 A);
- nei locali tecnici e nei magazzini, che dispongono di prese a vista.
L’illuminazione artificiale è appannaggio di lampade a LED installate in apparecchi chiusi (tipo IP4x), del tipo UGR<19 per gli uffici e per tutti gli ambienti dove si utilizzano pc. Un sistema per l’alimentazione centralizzata dell’illuminazione d’emergenza (14,5 kW; 2 h) collega i relativi apparecchi, sempre di tipo LED, con cavi resistenti al fuoco.
Sono stati inoltre installati i seguenti impianti speciali:
- rilevazione degli incendi, con pulsanti e rilevatori di fumo ottici indirizzabili dotati di segnale luminoso in tutti i locali, tranne quelli tecnici che sono forniti di rilevatori di calore, più pannello di allarme visivo-acustico e avvisatore acustico esterno;
- rilevazione delle fughe di gas metano, con rilevatori e pannello di allarme visivo-acustico;
- chiamata infermieri esteso a camere di degenza, locale per paziente isolato in terapia intensiva, servizi igienici;
- TVCC per il monitoraggio delle aree di accesso, degli ingressi principali, di servizio dell’edificio e in generale di tutte le aree comuni e pubbliche, mediante telecamere impermeabili ad alta risoluzione dotate di sensori di movimento.
