Nuovi spazi per l’insegnamento scientifico

Un edificio per la didattica universitaria mette a sistema un assetto architettonico sobrio e razionale con impianti di climatizzazione orientati all’efficienza energetica e alla sostenibilità, per ambienti piacevoli, salubri e confortevoli.

Entrato in funzione nel giugno 2023, il nuovo Polo Didattico di Scienze del Farmaco potenzia l’offerta didattica e incrementa la disponibilità di spazi e apparecchiature dell’Università degli Studi di Pavia, rispondendo a precise esigenze programmatiche con un manufatto dall’immagine contemporanea, che si inserisce con caratteri espressivi e dinamici nel contesto esistente.

Il percorso progettuale è stato orientato al raggiungimento del miglior rapporto costi-benefici, attraverso la ricerca di soluzioni integrate focalizzate su qualità architettonica, funzionalità, sostenibilità energetica e ambientale, salubrità e comfort degli spazi costruiti. Il progetto impiantistico (meccanici, elettrici, antincendio, gas tecnici, ecc.) è stato sviluppato da Ingegneri Riuniti, nel contesto di un raggruppamento professionale coordinato da RossiProdi Associati.

Spazi e funzioni

L’area d’intervento è situata nel quadrante nord-ovest della città, in posizione centrale all’interno del campus, nel cosiddetto “polo delle chimiche” che comprende diverse strutture dipartimentali. Il nuovo edificio occupa il sedime del preesistente fabbricato, realizzato negli anni ‘80 e demolito per consentire la costruzione, ora circondata da un’area verde con parcheggi a raso. Orientato in direzione est-ovest e allineato al limitrofo edificio di Chimica, il compatto volume del Polo Didattico di Scienze del Farmaco presenta una forma pressoché parallelepipeda.

La facciata principale è rivolta verso settentrione, con ampie superfici opache che inquadrano la grande vetrata a tutta altezza, attraverso la quale traspare la candida scala interna che collega tutti i livelli. La continuità visiva tra spazio esterno e interno caratterizza l’atrio, elemento cardine degli spazi connettivi destinato alla so cializzazione e al relax.

L’articolazione spazio-funzionale ruota attorno a questo ambiente rappresentativo che facilita l’orientamento, previene l’affollamento e riduce il disturbo acustico alle attività in corso. Ai diversi livelli l’edificio accoglie:

• al piano terreno: sala studio delimitata da pareti vetrate su tre lati, laboratori di farmacologia sperimentale e colture cellulari, servizi igienici; un filtro immette nel corridoio che conduce ai 4 laboratori di ricerca, al laboratorio di microbiologia e agli uffici, sul quale si aprono anche locali di supporto e servizio;
• al primo piano: aula didattica (125 posti), laboratori di sintesi, preparazione e tecnica, con relativi spogliatoi, depositi e disimpegni interni, e servizi igienici;
• al secondo piano: aula didattica (125 posti), laboratori di analitica e riconoscimento e preparazione, sempre con relativi spogliatoi, depositi e disimpegni interni, e servizi igienici;
• al terzo piano: centrale termofrigorifera e di ventilazione ed estrazione, con locali adibiti a deposito e accessibile dalla scala di servizio e dall’elevatore che collegano tutti i livelli.

La parola al progettista

L’ing. Giovanni Tenti (Ingegneri Riuniti) ha curato la progettazione degli impianti meccanici ed elettrici:

«Il nuovo Polo Didattico di Scienze del Farmaco è un’opera di elevato pregio architettonico e orientata al risparmio energetico. Le richieste espresse dal personale universitario sono state alla base del progetto, risultato di un percorso mirato alla qualità complessiva del manufatto, all’integrazione edificio-impianti e alla sicurezza, per tutti gli aspetti edilizi e tecnici.

Nella fase progettuale come in quella costruttiva, l’impiego del BIM ha permesso di trasferire al committente le informazioni inerenti l’effettiva consistenza di quanto realizzato, all’interno di un modello aggiornato per facilitare la gestione e la manutenzione dell’edificio. Questa opportunità sarà particolarmente utile specie per quanto attiene l’impiantistica meccanica, che costituisce l’ambito tecnologico più pervasivo e complesso».

Quali soluzioni distinguono gli impianti aeraulici?

«La decisione di riunire le centrali meccaniche nel piano tecnico e la previsione di un ampio cavedio, posto in posizione centrale rispetto ai laboratori e attraversato da gran parte delle reti di ventilazione ed estrazione, hanno facilitato l’ottimizzazione sia degli aspetti impiantistici, sia di quelli spazio-funzionali.

Per contenere i consumi energetici e i costi sono state previste cappe a bassa portata che, nel rispetto dei requisiti normativi, hanno pressoché dimezzato i volumi d’aria integrativi per i laboratori, assicurando adeguate condizioni operative e di sicurezza e, contestualmente, il contenimento dei costi per l’acquisto e l’installazione di macchine e reti.

La stretta collaborazione fra i componenti del gruppo di progettazione e la costante interlocuzione con la committenza e con l’impresa hanno contribuito alla risoluzione delle complessità incontrate durante il percorso, ad esempio per quanto attiene la ricollocazione del fabbricato tecnico rispetto alle previsioni progettuali».

Strutture, involucro, centrali

Lo scheletro strutturale è costituito da un sistema misto in acciaio e calcestruzzo armato, con strutture portanti verticali costituite da nuclei in c.a, che realizzano un sistema sismo-resistente di controvento, oltre a setti e pilastri che supportano solai pieni in c.a..

L’involucro edilizio è composto da:

• pareti opache in blocchi di calcestruzzo cellulare aerato autoclavato, caratterizzati da eccellenti prestazioni termiche e che non necessitano di ulteriori strati isolanti, con rivestimento in listelli di klinker, particolarmente durabili e piacevoli alla vista;
• facciate continue e serramenti realizzati con telai a taglio termico e vetrocamere, che restituiscono elevate prestazioni energetiche e acustiche;
• copertura piana con strati termofonoisolanti.

La maggior parte dei sistemi costruttivi sono composti da prodotti provenienti da filiera tracciata, con elevate percentuali di materiali riciclati (calcestruzzo cellulare, acciaio, alluminio, ecc.) e facilmente riciclabili (vetro, calcestruzzo, pietra naturale, ecc.), approvvigionati sul mercato locale.

La centrale tecnica al terzo livello costituisce un piano d’uso ed è stata interpretata con una propria identità architettonica, espressa dalla copertura leggera che ripara gli impianti e sostiene i moduli fotovoltaici. Dalla centrale le reti degli impianti meccanici percorrono un ampio cavedio verticale, situato in posizione centrale rispetto all’edificio.

Generalità del progetto impiantistico

Contenimento dei consumi energetici, elevate prestazioni e rendimenti, ricorso a fonti rinnovabili e al recupero termico, economicità e flessibilità d’esercizio, rispetto di limiti restrittivi per l’inquinamento ambientale e acustico, semplicità e accessibilità di utilizzo, massima sicurezza e completa manutentabilità: queste le linee guida che hanno orientato la progettazione degli impianti.

L’edificio (superficie utile 2.044 m2, volume climatizzato 10.233 m3; rapporto S/V 0,31) sorge in zona climatica E (2.623 gradi giorno; T min progetto -5 °C; T max progetto 32 °C) e assicura agli utenti condizioni termo-igrometriche interne standard: temperatura 20÷26 °C con U.r. 40÷60%. Sono presenti un impianto fotovoltaico (50 kWp; circa 60.000 kWh/anno) e la predisposizione per colonnine di ricarica dei mezzi elettrici.

Climatizzazione e ventilazione sono affidati a impianti per: produzione e distribuzione dell’energia termica per riscaldamento e raffrescamento; ricambio igienico e compensazione dei volumi necessari all’estrazione dell’aria da cappe chimiche e arredi tecnici; supervisione del funzionamento.

Tutta l’impiantistica meccanica, elettrica e speciale è gestita da un sistema elettronico dedicato, del tipo aperto e implementabile con nuove installazioni e funzionalità, che opera il controllo su ogni spazio e componente tecnologico mediante contatori, sensori (presenza, luminosità, ecc.), con gestione facilitata mediante pagine web interattive.

La sicurezza è affidata a impianti di rilevazione dei fumi e del metano, antintrusione e per la gestione degli accessi. Oltre agli impianti idrico-sanitari e di scarico sono inoltre presenti impianti per gas tecnici, sicurezza antincendio e irrigazione.

Allo scopo è stato realizzato anche un fabbricato tecnico, situato in posizione baricentrica anche rispetto agli altri edifici esistenti nel campus, nel quale sono accentrate alcune funzioni impiantistiche:

• nuova cabina elettrica per trasformazione MT/BT, con possibilità di futura espansione;
• serbatoio antincendio con relativo gruppo di pompaggio, con possibilità di estensione della rete ad anello;
• centrali di decompressione dei gas tecnici inerti e serbatoio dell’azoto liquido;
• depositi per solventi e rifiuti;
• locale per misure e di supporto.

Climatizzazione degli ambienti

L’energia termica è prodotta da 2 pompe di calore aria/acqua di tipo reversibile (ciascuna: 172 kWt; 216 kWf), ad altissima efficienza (SCOP 3,35; SEER 3,50), entrambe equipaggiate con: circuito frigorifero riempito con R410A, 4 compressori scroll e altrettanti ventilatori, più scambiatori a piastre, modulo idronico e con accumulo a bordo (500 l).

La suddivisione del carico su più generatori permette di modulare la potenza erogata in funzione delle condizioni operative effettive, ottimizzando l’efficienza complessiva, e di alimentare le utenze prioritarie in caso di fermo di una delle pompe di calore. A valle dei generatori e dell’equilibratore idraulico, un unico collettore distribuisce 5 circuiti realizzati con tubazioni multistrato, di cui:

• 2 per le UTA (aria di rinnovo; compensazione cappe), con temperature dei fluidi pari a 60÷50 °C e a 7÷12 °C;
• 2 per i ventilconvettori (laboratori e uffici; aule, connettivo e servizi igienici), a 45÷40 °C e a 7÷12 °C;
• 1 per i pannelli radianti (atrio), a 40÷35 °C e a 7÷12 °C.

Allo scopo sono installate elettropompe con le seguenti caratteristiche:

• singola, portata 35 m³/h, prevalenza 5 m.c.a. (UTA aria di rinnovo);
• singola, 40 m³/h, 5 m.c.a. (UTA compensazione cappe);
• gemellare, 40 m³/h, 7 m.c.a. (ventilconvettori laboratori e uffici);
• gemellare, 25 m³/h, 8,5 m.c.a. (ventilconvettori aule);
• gemellare, 3 m3/h, 6 m.c.a. (pannelli radianti).

I ventilconvettori sono del tipo a cassette (laboratori, uffici, aule, servizi igienici) o canalizzati (connettivo), tutti installati a controsoffitto. Si tratta di terminali a regolazione continua della potenza erogata, per adeguare il funzionamento alle esigenze di ogni singolo locale in termini di temperatura e secondo l’orario di occupazione. L’atrio d’ingresso dispone di pannelli radianti a pavimento, sempre con funzionamento gestibile a seconda delle necessità.

Ventilazione ed estrazione

L’edificio dispone di due tipi di impianti aeraulici, ciascuno attestato su un’UTA dedicata per:

• il trattamento dell’aria di rinnovo, diffusa in tutti gli ambienti a 20 °C;
• il bilanciamento della quantità d’aria estratta dalle cappe situate nei laboratori, in relazione al loro funzionamento, sempre a 20 °C.

Concepita per adeguare in continuo la portata d’aria alla domanda effettiva, l’UTA ad aria primaria (mandata 18.000 m3/h) è equipaggiata con: filtri piani e a tasche, ventilatori a girante libera, batterie, umidificatore, serrande, ecc., più un recuperatore di calore rotativo (efficienza 75%).

Anche l’UTA a tutt’aria (22.000 m3/h) è dotata di inverter, per variare il flusso di mandata e integrare l’aria estratta evitando fastidiose depressioni negli ambienti dotati di cappe, bracci aspirati e armadi aspirati. Inoltre, è equipaggiata con 6 ventilatori di mandata dotati di inverter, che garantiscono un più ampio range di funzionamento.

Entrambe le UTA possono operare in free cooling, permettendo il raffrescamento notturno degli ambienti durante il periodo estivo.

Le reti di distribuzione aeraulica sono composte da canali in lamiera zincata, con regolatori di portata VAV, e presentano soluzioni differenti per l’immissione dell’aria:

• nelle aule e nei laboratori al piano terreno sono stati installati diffusori lineari, più adatti a dirigere i flussi dell’aria verso le ampie superfici vetrate, evitando la formazione di appannamenti e condense;
• negli ambienti ai piani superiori, che presentano aperture di dimensioni più contenute, sono stati utilizzati diffusori a microugelli e a disco elicoidale, tarabili e configurabili a seconda delle esigenze di ogni singolo locale.

In alcuni laboratori (microbiologia, colture cellulari) l’aria è immessa previo passaggio in un filtro assoluto. Nella maggior parte degli ambienti la ripresa dell’aria è affidata a griglie e valvole di aspirazione installate nei controsoffitti.

Oltre ai servizi igienici, cappe e arredi tecnici sono collegati a canali diretti verso i rispettivi estrattori, posti nel locale tecnico al livello 3. Per evitare sia la formazione di scintille durante il funzionamento del motore elettrico, sia la corrosione causata da sostanze aggressive, canali ed estrattori sono realizzati con materiali selezionati. Si tratta complessivamente di una cinquantina di estrattori, con portata costante pari a:

• circa 500 m³/h per le cappe (da 180 cm);
• circa 100 m³/h per i bracci aspirati e gli armadi solventi e acidi e basi.

Gli estrattori sono in grado di estrarre contemporaneamente fino a 22.000 m3/h (contemporaneità di utilizzo delle cappe pari a 1). Le canalizzazioni di espulsione sono separate per ogni cappa e convergono verso 3 torrini in linea, posti sulla struttura di copertura del locale tecnico.

Altri impianti idrici

L’acqua fredda per l’uso sanitario e tecnico è approvvigionata dal punto di consegna situato nei pressi dell’edificio ed è inviata alla centrale idrica posta al terzo piano, che accoglie apparecchiature per i trattamenti dell’acqua potabile (addolcimento, ecc.), erogata a tutte le utenze (servizi igienici, lavelli nei laboratori, arredi tecnici), e delle acque tecniche, che rifornisce il gruppo di riempimento automatico degli impianti meccanici.

La produzione dell’ACS è affidata a 2 generatori autonomi composti da accumulo (ciascuno 270 l) e pompa di calore di tipo splittato, a elevata efficienza energetica (ciascuna 1,75 kWt), con generatori istantanei che non richiedono il trattamento antilegionella. Le tubazioni con sistema di ricircolo si diramano verso le utenze (servizi igienici, lavelli nei laboratori).

La rete di scarico è composta da tubazioni insonorizzate distinte per le acque grigie (lavabi, lavelli, arredi tecnici), che confluiscono nella rete fognaria, e le acque nere (vasi, utenze che producono acque luride), convogliate verso fosse biologiche interrate.

L’impianto di spegnimento antincendio è attestato sul serbatoio interrato (capacità 21,6 m3), che funge da riserva idrica, e sul gruppo di pompaggio ad avviamento automatico (elettropompa, motopompa, pompa jockey), entrambi situati nel fabbricato tecnico esterno. Attorno all’edificio universitario, la tubazione diretta agli idranti forma un semianello che alimenta due differenti colonne montanti, con distribuzione interna a tutti i piani verso i 7 idranti UNI 45.

Per l’irrigazione delle aree verdi si utilizza una cisterna interrata, alimentata dalla rete di drenaggio delle acque pluviali e, quando necessario, integrata dalla rete idrica al servizio dell’edificio. La cisterna è dotata di un impianto di pompaggio interno che distribuisce a una dorsale ramificata in 4 rami, ciascuno dei quali è attivato da un’elettrovalvola comandata dalla centralina e dispone di irrigatori a scomparsa a raggio variabile.