Nella nuova sede di un’importante azienda a vocazione medico-chirurgica gli impianti termomeccanici fronteggiano le diverse esigenze degli spazi dedicati alla produzione, alla formazione, alla ricerca, all’amministrazione e ai servizi.
Combinare scienza, ricerca e formazione con un’offerta a elevato contenuto tecnologico e sanitario è la strategia imprenditoriale di Mech & Human, un’azienda giovane e moderna che opera nell’ambito dei dispositivi medici legati al mondo odontoiatrico, in particolare nel settore dell’implantologia.
Forte dell’imprinting meccanico e dei 50 anni di esperienza nella produzione di componentistiche per il settore automotive alle spalle, Mech & Human ha trasferito il proprio know-how alla progettazione, produzione e commercializzazione di impianti dentali, frese chirurgiche e componentistica protesica, ossia tutto quello che serve a un implantologo per donare il sorriso al proprio paziente.
In collaborazione con importanti atenei italiani e con affermati docenti e ricercatori, l’azienda promuove la ricerca scientifica in ambito odontoiatrico. Il patrimonio di competenze ed esperienza maturate è messo a disposizione dei professionisti del settore, attraverso un’intensa attività di formazione e aggiornamento basata sull’organizzazione di eventi collettivi, che costituiscono un tratto distintivo dell’approccio imprenditoriale.
La realizzazione del nuovo quartiere generale di Mech & Human a Grisignano di Zocco (Vicenza) ha offerto l’occasione per mettere a sistema le diverse “anime” dell’azienda, all’interno di spazi concepiti per integrare accoglienza, funzionalità e comfort, caratterizzati da standard elevati in termini di qualità architettonica, efficienza energetica e salubrità degli ambienti.
L’edificio in sintesi
Situato in una zona industriale a breve distanza dall’autostrada A4, il nuovo quartiere generale di Mech & Human è un edificio dall’immagine contemporanea, con asse principale allineato in direzione nord-sud, che si sviluppa tre livelli ciascuno dedicato a una funzione principale. Il piano terreno è introdotto dalla hall d’ingresso ed è eminentemente destinato all’attività produttiva, con officina meccanica, magazzini (materie prime, prodotti finiti), locale per misurazioni e qualità, customer care, spogliatoi del personale, al piano terreno.
L’area vocata alla formazione si trova al primo piano e comprende tre sale per lezioni frontali, sala riunione e uffici con area break. Il secondo piano accoglie gli ambienti per la ricerca scientifica, il management e la ristorazione: sala congressi con area attesa/relax, sala riunione, uffici direzionali e per ricerca e sviluppo, mensa e cucina.
L’edificio (volume circa 34.900 m3) è realizzato con una struttura in calcestruzzo armato prefabbricata e integrata con elementi portanti realizzati in opera. L’involucro verticale è composto da setti opachi di colore scuro, che si aprono verso l’esterno con volumi trasparenti in corrispondenza della hall. Le superfici vetrate sono protette dall’irraggiamento solare grazie all’impiego di vetri selettivi e di sistemi di schermatura e ombreggiamento.
Caratterizzato dall’ampia superficie trasparente della hall che si eleva a tutta altezza, il prospetto principale è rivolto a ponente. La hall funge da spazio di ingresso, accoglienza e connettivo: scale, balconate perimetrali e l’elevatore panoramico mettono in comunicazione tutti i livelli dell’headquarters, facilitando l’orientamento degli ospiti all’interno dell’edificio.
Gli spazi interni sono caratterizzati da superfici candide e da ampie vetrate, che inondano gli ambienti con luce naturale e che permettono la visione di quanto avviene nell’area produttiva. Al secondo piano un patio scoperto offre la possibilità di relax all’aperto. I principali locali tecnici si trovano sulla copertura piana (centrali termofrigorifera e trattamento aria, oltre all’impianto fotovoltaico da circa 60 kWp) e al piano terreno (sottocentrale).
Il progetto termomeccanico
Promosso da SDN Holding, il nuovo headquarters Mech & Human è stato progettato da Tecnostudio (architettura, strutture) e TFE Ingegneria (impianti).
Ecco i principi che hanno orientato la progettazione degli impianti termomeccanici (HVACR, idrico-sanitario, antincendio, BMS):
- soddisfacimento delle esigenze di igiene, comfort e benessere degli utenti;
- alti rendimenti termodinamici anche ai fini del contenimento di consumi ed emissioni climalteranti;
- elevato grado di sicurezza intrinseca;
- affidabilità e lunga aspettativa di vita delle soluzioni tecnologiche;
- flessibilità d’uso e integrazione edificio/impianti;
- minimizzazione dei disagi e dei tempi di ripristino grazie a un’opportuna ridondanza.
Il mantenimento di adeguati valori di temperatura e di deumidificazione dell’aria, nel periodo estivo, e di purezza dell’aria, durante l’intero arco dell’anno, ha costituito il principale obiettivo del progetto degli impianti di climatizzazione e ventilazione meccanica.
In tutte le stagioni la temperatura ambiente prefissata può essere variata in rapporto alla temperatura esterna, garantendo gli intervalli di temperatura e umidità in funzione di esigenze particolari previa azione sui dispositivi di regolazione locali o centralizzati. In ogni caso è garantito un ricambio minimo dell’aria nell’ordine di 11 l/s x persona (36 m3/h), con velocità residua dell’aria immessa a livello degli occupanti inferiore a 0,2 m/s.
Il fabbisogno energetico complessivo dell’edificio è soddisfatto impiegando fonti rinnovabili e impianti ad alta efficienza.
Considerando le specifiche esigenze dell’attività produttiva, la flessibilità impiantistica è stata declinata per assicurare:
- l’accesso facilitato per l’ispezione e la manutenzione delle apparecchiature;
- la possibilità di inserimento e spostamento degli utilizzatori finali;
- la riconfigurazione di intere sezioni impiantistihe in caso di modifiche o ampliamento successivi, senza disservizi all’utenza.
La realizzazione del progetto è stata affidata alle imprese MU.BRE. Costruzioni (opere edili), Antonio Basso (strutture prefabbricate) e S.I.C.E. (installazione impianti).
La hall d’ingresso dispone di:
- pavimento radiante per solo riscaldamento, con tubazioni in pex posate su lastre di isolante preformato ribassato, per compensare le ampie superfici fredde costituite dalle vetrate;
- immissione diretta dell’aria primaria tramite diffusori;
- controllo mediante sonda di temperatura ambiente (con autorità anche della sonda di temperatura esterna, che agisce sulla valvola miscelatrice a monte del collettore) e sonda di irraggiamento solare (con autorità parziale per anticipare la riduzione della temperatura di mandata).
La climatizzazione delle aree di produzione è demandata a aerocondizionatori installati a parete, composti da cassa portante in lamiera metallica, batteria a pacco di ampia superficie, motore elettrico con inverter, raddrizzatori di flusso e bacinella per la condensa, ed equipaggiati con regolatori di portata autoflow, doppia valvola modulante a 3 vie, valvole d’intercettazione e rubinetto di scarico.
L’officina è mantenuta in leggera depressione rispetto a quelli confinanti. L’aria è immessa attraverso canalizzazioni microforate ad alta induzione, a sezione circolare in acciaio, in condizioni pressoché neutre per compensare la quantità d’aria espulsa dalle cappe dei centri di lavoro, secondo parametri regolati in base alla temperatura di set ambiente e con possibilità di operare in leggero antagonismo.
Gli ambienti a elevato affollamento (sala conferenze, sale formazione, mensa) sono dotati di impianti a tutt’aria, con:
- mandata mediante diffusori lineari a più feritoie installati a controsoffitto (sale conferenza e formazione) e diffusori quadrangolari ad alta induzione (mensa, ecc.);
- ripresa tramite griglie lineari a feritoie (sale conferenza e formazione) e griglie ad alette inclinate (mensa, ecc.).
Per ognuna delle sale formazione il controllo climatico è indipendente dalle altre, demandato a regolatori di portata dell’aria e alle batterie di post-riscaldamento, termoregolate da valvole a 2 vie con segnale da sonda ambiente integrato nel BMS.
Negli uffici e nel connettivo interno sono previsti ventilconvettori installati nei controsoffitti del tipo a cassetta o canalizzabili – questi ultimi solo per gli uffici direzionali, con: plenum di mandata e canale flessibile fonoassorbente a monte dei diffusori lineari; diffusore lineare di ripresa che funge da plenum e canale convogliato al ventilconvettore.
Ogni ventilconvettore è equipaggiato con regolatori di portata autoflow sulle tubazioni, doppia valvola a 3 vie, valvole d’intercettazione a sfera, rubinetti di scarico, batteria singola, filtri e valvole di intercettazione.
La regolazione è affidata a un regolatore dedicato con sonda ambiente integrata nel BMS.
Spogliatoi e servizi igienici sono riscaldati mediante radiatori tubolari a elementi verticali, alimentati tramite collettori e dotati di valvola termostatica. Il ricambio igienico dell’aria è affidato a sistemi VMC dedicati che mantengono i locali in leggera depressione rispetto a quelli limitrofi: l’immissione avviene negli spogliatoi e nei disimpegni, mentre l’estrazione è sempre posizionata nei servizi igienici.
Nei locali tecnici sono installati impianti autonomi di raffrescamento, del tipo a espansione diretta con potenza pari a 2,5 kWf (locale controllo qualità; CED) e 2 kWf (locale quadri), in grado di operare con temperature esterne fino a -15°C.
Le unità interne sono di tipo monosplit installate a parete con comando a filo.
L’esperienza dell’impresa
L’ing. Davide Levorin è Coordinatore della Divisione impianti termomeccanici di S.I.C.E., nonché project manager della commessa Mech & Human:
S.I.C.E.
«Abbiamo ottenuto la commessa attraverso una gara per l’installazione degli impianti elettrici e meccanici, sviluppando internamente tutte le soluzioni necessarie a soddisfare le necessità del committente in ordine al phasing delle opere da realizzare.
A causa della pandemia, infatti, Mech & Human ha deciso di portare a compimento solo gli spazi destinati all’accoglienza, alla produzione, alle attività formative e parte degli uffici, rimandando a una seconda fase il completamento degli spazi e degli impianti. Di conseguenza, alcune delle previsioni progettuali sono state ridefinite dall’ufficio tecnico interno, di concerto con i progettisti, per consentire l’attivazione dell’edificio nelle condizioni di massima funzionalità ed efficienza energetica, con tutte le predisposizioni necessarie a permetterne il futuro completamento.
È stato il caso, ad esempio, della centrale termofrigorifera. Attualmente l’unico generatore presente è il solo gruppo polivalente, che opera sul circuito primario con portata del fluido variabile, mentre il circuito secondario è a portata costante. Per garantire la migliore funzionalità del gruppo polivalente si è scelto di:
- rivedere la configurazione dei circuiti, in particolare il funzionamento del sistema di controllo della distribuzione a portata variabile del primario;
- installare un disgiuntore idraulico tra i circuiti primario e secondario e circolatori dedicati per entrambi;
- semplificare la gestione della portata variabile del primario, basando il controllo sulle temperature lette sui vari rami del circuito;
- realizzare un circuito secondario a portata costante.
Grazie al ricorso a kit con doppia valvola a 3 vie sui terminali per riscaldamento/raffrescamento (UTA, ventilconvettori, ecc.), è così garantita la piena circolazione dell’intera portata dei fluidi. In questo modo abbiamo potuto anche installare ventilconvettori a batteria singola, caratterizzati da migliori prestazioni in termini di comfort, specie per quanto attiene la deumidificazione nel periodo estivo anche con temperature superiori a 7 °C, senza pregiudizio per il riscaldamento.
Infine, per privilegiare l’affidabilità e la durabilità degli impianti installati, abbiamo preferito l’impiego di tubazioni in polipropilene che, oltre a presentare vantaggi notevoli rispetto alle tradizionali tubazioni in acciaio dal punto di vista della resistenza alla corrosione, in sede di posa in opera si prestano anche a una lavorazione meno laboriosa e perciò più rapida e pulita.
In cantiere le attività sono state eseguite sia da personale interno, sia da subappaltatori di fiducia, coordinati da capisquadra specializzati che facevano riferimento al capocantiere, chiamato a interfacciarsi anche con le altre imprese, e al project management. Complessivamente l’intervento è durato poco più di 1 anno e si è concluso nel febbraio 2021: ad oggi gli impianti funzionano come previsto – conclude l’ing. Levorin – senza anomalie né disservizi».
Produzione del calore
La centrale termofrigorifera è al servizio di un impianto di distribuzione a 4 tubi ed è attualmente composta da 1 pompa di calore aria/acqua (344 kWt; COP 2,74; 411 kWf; EER 3,06; ESEER 4,10), del tipo polivalente silenziato, equipaggiata con 4 compressori scroll (R410A) ripartiti su 2 circuiti frigoriferi, con modulazione di potenza su 4 gradini.
Il progetto prevede anche l’installazione di:
- 1 gruppo frigorifero aria/acqua (kW 418 kWf; EER 3,12; ESEER 4,18) del tipo silenziato, equipaggiato con 4 compressori scroll (R410A) ripartiti su 2 circuiti frigoriferi, con modulazione di potenza su 4 gradini;
- 1 caldaia modulare (340 kWt) alimentata a metano, del tipo a condensazione.
Il progetto prevede la produzione dei fluidi termovettori alle seguenti temperature:
- – 45÷40 °C (mandata primario pompa di calore e circuiti terminali, batterie UTA e desurriscaldatore), con salto termico massimo -5 °C;
- – 7÷9 °C (mandata primario pompa di calore e gruppo frigorifero), con salto termico massimo +5 °C;
- – 70 °C (mandata primario caldaia), con salto termico massimo -15 °C.
Il dimensionamento e le altre caratteristiche di funzionamento dei generatori termofrigoriferi derivano dalla necessità di garantire una costante riserva, per consentire un funzionamento continuo anche nelle condizioni operative più critiche, eventualmente a fronte della riduzione localizzata delle portate d’aria negli ambienti non critici (produzione, recuperatori di calore), senza compromessi per il mantenimento delle temperature.
La pompa di calore polivalente risulta particolarmente utile durante la stagione estiva, per la produzione contemporanea del fluido refrigerato (per il raffrescamento degli ambienti e il trattamento dell’aria) e del fluido caldo (per il post–riscaldamento finalizzato al controllo dell’umidità). In modalità recupero totale la pompa di calore restituisce 504 kWt e 386 kWf (TER 7,51).
La caldaia opererà principalmente per l’integrazione termica della pompa di calore, in caso di condizioni climatiche esterne gravose, per il riscaldamento e la produzione di ACS. Il dimensionamento consente una riserva quasi totale, perciò in caso di necessità la caldaia potrà operare anche in sostituzione della pompa di calore, con eventuale limitazione del funzionamento di alcune UTA.
Distribuzione dei fluidi
Il circuito primario dei generatori alimentati a elettricità è diretto alla sottocentrale di pompaggio e scambio termico, anch’essa situata sulla copertura, ed è del tipo a portata variabile: è composto da gruppi di pompaggio multi-pompa al servizio dei circuiti caldo e refrigerato, con sistema di controllo intelligente che governa la sequenza dei gruppi e la portata.
Per il collegamento fra il generatore termico e la sottocentrale è invece previsto un collettore generale con disconnessione idraulica a portata costante, oltre a circuiti di tipo:
- miscelato di iniezione in soccorso alla pompa di calore;
- produzione ACS in rifinitura e soccorso alla pompa di calore.
La sottocentrale accoglie anche i sistemi di trattamento dell’acqua, l’impianto di produzione dell’ACS, i collettori generali e i gruppi di pompaggio dei circuiti di distribuzione.
Quest’ultima è affidata a dorsali che transitano sulla copertura, dirette verso:
- la centrale di trattamento dell’aria;
- il cavedio verticale dedicato, dal quale le reti si diramano ai diversi piani, all’interno dei vani a controsoffitto, per raggiungere i terminali.
Tutte le reti idroniche sono realizzate con tubazioni in polipropilene rinforzato con fibra di vetro (PP-R), giuntate a fusione e con isolamento termico. Fanno eccezione le tubazioni:
- all’aperto, sulla copertura, realizzate in acciaio nero preverniciato serie media;
- poste a valle dei collettori di distribuzione di ventilconvettori e radiatori, realizzate in multistrato Pex-Al-Pex termoisolate.
La produzione dell’ACS è affidata a un bollitore ad alta temperatura (1.000 l), in acciaio zincato rivestito con termoisolante, equipaggiato con serpentino interno che riceve calore dai generatori mediante scambiatore di calore e pompa di circolazione dedicati, che lavorano nella parte alta dell’accumulo.
A valle del bollitore sono previste 2 uscite distinte, entrambe dotate di miscelatore termostatico per la regolazione della temperatura dell’acqua (55 °C per la cucina; 48 °C per i servizi igienici) e di propria pompa per le reti di ricircolo, servite da valvole di bilanciamento termostatiche.
L’impianto aeraulico è attestato su 5 UTA, 1 estrattore dedicato alla cucina (cappe nelle aree cottura e lavaggio) più 5 sistemi VMC per il rinnovo dell’aria con recupero del calore negli spogliatoi e nei servizi igienici.
Le macchine sono riunite nella centrale situata sulla copertura dell’edificio, individuata con l’obiettivo di contenere la lunghezza delle reti, e UTA sono composte da:
- presa dell’aria esterna con serranda, pre-filtrazione, silenziatore a setti;
- recuperatore del calore con scambiatore a flussi incrociati, ad alta efficienza con bypass per free-cooling;
- filtrazione a tasche rigide;
- batterie di preriscaldamento, raffrescamento e deumidificazione, post-riscaldamento;
- ventilatore di mandata del tipo plug fan ad alta efficienza con motore EC o inverter a bordo;
- silenziatore a setti per mandata dell’aria;
- ripresa dell’aria con pre-filtrazione e silenziatore a setti;
- ventilatore di espulsione con motore EC o inverter a bordo, silenziatore a canale ed espulsione dell’aria con serranda.
L’estrazione dalle cappe della cucina è realizzata mediante un condotto in acciaio inox sfociante sulla copertura, equipaggiato con ventilatore e motore resistenti fino a 110 °C, con compensazione affidata all’UTA dedicata, entrambi comandati manualmente dal personale.
I recuperatori di calore sono composti da:
- presa dell’aria esterna con serranda e filtrazione;
- ventilatori di mandata del tipo plug fan ad alta efficienza con motore EC o inverter a bordo, ad alta prevalenza;
- recuperatore del calore con scambiatore a flussi incrociati, ad alta efficienza, più serranda di by-pass;
- batteria di riscaldamento/raffrescamento;
- silenziatore a setti per ripresa dell’aria;
- recuperatore del calore con scambiatore a flussi incrociati, ad alta efficienza, più serranda di by-pass;
- ripresa dell’aria con pre-filtrazione e silenziatore a setti;
- ventilatore di espulsione con motore EC o inverter a bordo, silenziatore a canale ed espulsione dell’aria con serranda;
- silenziatore a canale per mandata dell’aria;
- batterie esterna di raffrescamento a più ranghi e di post-riscaldamento, realizzate in tubi di rame e alette di alluminio.
Le reti aerauliche sono composte da canalizzazioni in lamiera d’acciaio zincato (classe di tenuta B), dimensionate per il transito dell’aria a bassa velocità (3,5 m/s) e termoisolate mediante lastre flessibili in elastomero espanso, materassino coibente in lana di vetro e lamierino d’alluminio (tratti esterni) oppure pannelli in polietilene espanso (tratti interni).
Altri impianti meccanici
Il punto di consegna dell’acquedotto locale per gli impianti igienico-sanitari, meccanici e antincendio è situato al confine del lotto, in prossimità di un accesso carraio. L’acqua potabile è convogliata a una riserva a pressione atmosferica (10 m3), con autoclave (portata max ~2,8 l/s; prevalenza 50 m) predisposta per l’allacciamento.
Previa clorazione e disinfezione algale dell’accumulo idrico, le elettropompe a inverter a portata variabile inviano l’acqua alla sottocentrale in copertura, dove avviene la filtrazione e la distribuzione mediante collettore ai circuiti dell’acqua fredda:
- sanitaria, per servizi igienici e cucina;
- addolcita (15°F) con dosaggio di prodotto anticorrosivo filmante e sanificante (con azione antilegionella) e antincrostante, per la produzione dell’ACS;
- addolcita (15 °F) con dosaggio di prodotto filmante, per i circuiti tecnologici;
- addolcita (7 °F), per la cucina.
Le reti di distribuzione verticali e orizzontali sono realizzate in tubazioni multistrato pex/alluminio/polietilene, con raccorderia a pinzare.
A valle degli apparecchi, le reti di scarico sono realizzate con tubazioni di polipropilene rinforzato a tre strati con collegamento ad innesto, dotate di sifoni e di ventilazione primaria (o parallela) e secondaria, con raccolta separata delle acque oleose rispetto a quelle reflue.
Oltre a estintori a polvere e a CO2, l’impianto antincendio è composto da una rete mista di idranti e naspi, più attacco autopompa esterno, attestata su una centrale con elettropompa e pompa jockey, che assicura:
- portata 15 m3/h e prevalenza 35 m agli idranti;
- portata 8,6 m3/h e prevalenza 52 m ai naspi.
La caldaia è alimentata con una fornitura di gas metano a bassa pressione (max 40 mbar), mentre la zona cottura della cucina dispone di soli apparecchi elettrici.
Supervisione, controllo e regolazione climatica
Il BMS realizza le seguenti funzioni:
- rilevamento e registrazione continua del funzionamento degli impianti collegati;
- calcolo dei tempi di funzionamento e invio di messaggi per gli interventi di manutenzione;
- sorveglianza dei limiti di funzionamento delle grandezze controllate e trasmissione di allarmi;
- comando da programma orario o a cicli ottimizzati del funzionamento, degli avviamenti e degli arresti degli impianti;
- messa in funzione delle riserve;
- riduzione del carico in caso di manutenzione straordinaria di un gruppo frigorifero o termico, intervenendo sulle valvole di regolazione delle batterie delle UTA meno importanti.
Il BMS provvede inoltre:
- al controllo continuo, all’efficienza, al contenimento dei costi di gestione e all’allungamento della vita utile degli impianti;
- alla sorveglianza decentralizzata, mediante micro-processori programmabili funzionanti autonomamente;
- all’archiviazione dei dati.
È prevista almeno una sottostazione per ogni centrale, sottocentrale e UTA, compresi i terminali di postriscaldamento, con collegamento via bus e successivo interfacciamento alla rete generale di interconnessione in fibra ottica, attraverso i nodi locali (uno per ogni zona impiantistica).
Ogni gruppo di regolazione e telecontrollo è autonomo ed è collegato a sensori, attuatori e organi finali. La connessione fra le sottostazioni e l’unità centrale di supervisione avviene tramite bus seriale dedicato, oppure via modem su linea telefonica.
