Gli impianti delle cucine per la ristorazione

Per garantire le condizioni di benessere per il personale delle cucine è necessario prevedere impianti di estrazione ad alta efficienza per rimuovere gli inquinanti e il calore dissipato, abbinati a un sistema HVAC per il trattamento e l’immissione dell’aria di ventilazione.

Le cucine costituiscono ambienti di lavoro che presen­tano notevoli problematiche per quanto riguarda il controllo delle condizioni ambientali. La preparazione dei cibi comporta infatti il rilascio di grandi quantità di grassi e contaminanti, come pure l’emissione di vapore e calore sotto forma radiante dagli apparecchi di cottura.

L’impianto HVAC deve essere in grado di garantire una tempera­tura ambiente non superiore a 28 °C nella stagione calda, men­tre per l’umidità relativa sono accettabili valori tra il 35 e il 60%. Un fattore importante per il comfort è la velocità dell’aria nella zona occupata che deve essere compresa tra 0,15 e 0,30 m/s in fase di riscaldamento e tra 0,20 e 0,40 m/s in fase di raffrescamento.

Per quanto riguarda la ventilazione, la norma UNI 10339 prescrive una portata minima di estrazio­ne di 16,5 L/s per m² di superficie dell’ambiente, mentre la portata immessa per il reintegro deve essere inferiore in modo da mantenere la cucina in depressione rispetto ai locali adiacenti.

Per la filtrazione dell’aria esterna nelle unità di trattamento si prevedono filtri a tasche precedu­ti da prefiltri. Il valore minimo di efficienza deve essere pari a 80% secondo ISO ePM1 in caso di edifici situati in ambienti urbani e pari a 50% in ambienti rurali. Sull’espulsione dell’aria estratta è necessario prevedere filtri a carboni attivi o lavatori d’aria. Il livello massimo di rumore è compreso tra 40 e 60 dB(A) con un valore medio di 55 dB(A).

I carichi termici

Le emissioni di calore degli apparecchi di cottura sono compre­se tra circa 5 kW per un fornello a gas elettrico e 38 kW per m² di superficie di una piastra elettrica. La presenza di cappe di estrazione poste direttamente al di so­pra degli apparecchi permette di ridurre tali apporti a circa il 50% del valore di targa. Il valore specifico complessivo dovuto agli ap­parecchi di cottura può raggiungere 700 W/m² di calore sensibile e di 20 W/m² di calore latente.

Per determinare la portata d’aria da estrar­re dalle cucine possono essere utilizzati metodi generici o dettagliati.

I primi sono basati su alcune caratte­ristiche della cucina, quali il numero di pasti serviti simultaneamente, la superficie della cu­cina (300 L/s per m²), i ricambi orari (20-30 vol/h) op­pure la velocità di aspirazione attraverso la su­perficie libera tra la parte bassa della cappa e il piano di cottura (valori compresi tra 0,2 e 0,5 m/s). Questi metodi risultano di semplice appli­cazione ma comportano una notevole approssi­mazione e in molti casi causano un sovradimen­sionamento dell’impianto, in quanto non tengono conto del tipo di apparecchi di cucina e di lavaggio e del sistema di ventilazione adottato.

Risulta quindi consigliabile adottare metodologie di calcolo più dettagliate, come quella indicata dalla norma tedesca VDI 2052, basata sui valori di emissione di calore da parte degli apparecchi di cottura e utilizzata in particolare per le cappe a induzione e per i soffitti aspiranti. Oltre al carico delle apparecchiature si considerano i contributi dovuti all’affollamento di una persona ogni 20 m², con un appor­to pro-capite di 100 W di calore sensibile e di 130 W di calore latente, e all’illuminazione, che può essere stimato pari a 15 W/m² di calore sensibile.

Le cappe di estrazione

L’impianto principale per le cucine è ovviamente quello di estra­zione dell’aria, che ha la funzione di aspirare gli effluenti e il calo­re generato dagli apparecchi di cottura evitandone la dispersio­ne verso lo spazio circostante. Il sistema di estrazione più efficace e diffuso prevede l’impiego di cappe localizzate, sistemate in corrispondenza delle diverse zone della cucina, quali cottura, grill, lavaggio pentole e lavapiatti. Per garantire il reintegro dell’a­ria espulsa è necessario prevedere un sistema di trattamento e distribuzione di aria esterna.

Le cappe di estrazione possono essere di tipo tradizionale, con impianto di immissione di aria esterna separato, oppure del tipo a compensazione, ovvero dotate di un proprio impianto di im­missione.

Le cappe tradizionali provocano il richiamo dell’aria da espellere direttamente dalla cucina che dovrà quindi essere do­tata di diffusori d’aria posti a soffitto. Per minimizzare la portata d’aria estratta dall’ambiente, la cappa dovrebbe essere posizio­nata il più possibile vicino alla superficie di cottura. Le norme di sicurezza richiedono peraltro che i filtri antigrasso siano posti a una certa altezza rispetto a tale superficie, variabile in base al tipo di apparecchio di cottura.

Come regola generale le cappe devono essere installate a un’altezza minima di 2 metri dal pa­vimento. Per assicurare la captazione di effluenti e calore anche in presenza di correnti d’aria e turbolenze, le cappe tradizionali richiedono l’estrazione di notevoli portate d’aria, e ciò comporta di conseguenza la rimozione dall’ambiente di grandi quantità di aria trattata con conseguenti elevati consumi energetici.

Per risolvere tale problema, sono state sviluppate le cappe a compensazione, nelle quali una percentuale variabile tra il 70 e l’80% dell’aria estratta è costituita da aria esterna non miscelata, introdotta direttamente nella cappa. Questo flusso d’aria, detto flusso di cattura, aumenta l’efficienza della cappa in quanto spinge verso l’alto l’aria contaminata diri­gendola verso i filtri antigrasso. Questo sistema consente pertan­to di ridurre notevolmente la portata d’aria estratta dall’ambien­te e di conseguenza il carico termico dovuto alla ventilazione.

Tra i vari tipi di cappe a compensazione, le più efficaci sono le cappe a induzione (figura 1), nelle quali il flusso d’aria esterna introdotto all’interno della cappa provoca un effetto di richiamo degli effluenti che migliora l’efficienza di aspirazione riducendo la portata d’aria estratta di circa il 40%.

Le cappe a induzione integrano anche il sistema di diffusione dell’aria di rinnovo, realizzata attraverso un elemento frontale che la diffonde in ambiente a bassa velocità senza correnti, di­rettamente sopra il posto di lavoro (figura 2). In tal modo l’aria immessa raffresca la parte superiore del corpo degli addetti, che è quella maggiormente esposta allo stress termico sotto forma di calore radiante prodotto dagli apparecchi di cottura.

Per la protezione in caso di incendio le cappe possono essere dotate di ugelli d’acqua o di agenti estinguenti chimici a secco o a umido. Quando viene attivato il sistema di protezione antincen­dio, automaticamente si interrompe l’alimentazione del com­bustibile all’apparecchio di cottura posto al di sotto della cappa d’aspirazione e viene arrestato il ventilatore della cappa.

I soffitti aspiranti

Per le cucine di grandi ristoranti, di mense oppure di strutture dedicate alla preparazione dei pasti vengono utilizzati sistemi di estrazione di tipo distribuito su tutta la superficie a soffitto. Essi sono caratterizzati da una notevole flessibilità in quanto l’e­strazione non è vincolata alla posizione delle apparecchiature di cottura, che può quindi essere modificata.

Il sistema si basa in­fatti sulla copertura di tutta la superficie a soffitto con elementi modulari di aspirazione e filtrazione, nei quali vengono integrati anche gli elementi di distribuzione dell’aria e il sistema l’illumi­nazione con lampade incassate montate in asse tra gli elementi di aspirazione. La distribuzione ottimale dell’aria viene realizzata mediante la combinazione di una diffusione dall’alto, con getti d’aria di cattura delle emissioni, e laterale a parete con diffusori a dislocamento posti che garantiscono il comfort del personale di cucina (figura 3). I soffitti aspiranti rappresentano una soluzio­ne particolarmente adatta ai centri cottura di grandi dimensioni (figura 4).

I canali di estrazione

I canali di estrazione sono realizzati in lamiera di acciaio nero con spessore di 2 mm e sono assemblati con giunzioni longitudinali e trasversali saldate a perfetta tenuta. Per minimizzare il deposito delle particelle di grasso i canali devono essere dimensionati per velocità comprese tra 9 e 11 m/s e tutte le curve devono essere realizzate con gomiti che abbiano un raggio minimo di 1,5 volte la dimensione del canale nella direzione di curva.

Devono esse­re sempre previsti sportelli di ispezione per le pulizie periodiche, posizionati su ogni cambiamento di direzione (gomiti) e a un in­tervallo massimo di 3 metri per i tratti orizzontali. Deve inoltre essere prevista una valvola di scarico per il grasso nel punto più basso.

I ventilatori di estrazione devono sopportare temperature fino a 230 °C e sono collocati in prossimità della parte terminale del canale in modo che questo risulti sempre in depressione e vengano così ridotte al minimo le fughe d’aria, che possono cau­sare problemi di odori.

Soluzioni per il risparmio energetico

L’aria viziata espulsa mediante le cappe di estrazione deve es­sere reintegrata da un’equivalente portata d’aria di rinnovo. Nel caso delle cucine a servizio di ristoranti ciò con­sente di limitare la portata d’aria aspirata dalla zona pranzo al valore minimo per mantenere la cucina in depressione ed evitare la diffusione degli odori. A tale scopo vengono utilizzate unità di trattamento aria dotate di batterie di riscalda­mento e raffreddamento.

Durante la stagione fredda l’aria esterna deve essere immessa a una temperatura non inferiore a 16 °C, per evitare che il grasso possa coagula­re sui filtri, causando un’elevata perdita di cari­co. Inoltre il personale della cucina può avvertire disagio se dalla cappa viene immessa aria a bas­sa temperatura verso il posto di lavoro. Le prese d’aria esterna e le griglie di espulsione devono essere poste in modo tale che il flusso d’aria espulsa non venga ripreso dall’impianto. Dato che in ogni caso vi è spesso il rischio che gli odori espulsi siano aspi­rati, è consigliabile dotare le unità di trat­tamento di filtri a carboni attivi o lavatori d’aria.

I consumi dovuti al trattamento dell’aria di rinnovo hanno un peso considerevole sul bilancio energetico. Un notevole risparmio nei costi di gestio­ne può essere ottenuto mediante la mo­dulazione della portata in funzione del fabbisogno e l’arresto dell’impianto nel periodo di inattività.

L’impianto di ventilazione della cucina può essere fatto funzionare alla massi­ma velocità soltanto durante l’effettivo periodo di attività della cucina (dalle 9 alle 14 e dalle 17 alle 22) oppure, sem­pre durante lo stesso periodo, alla massima velocità durante i pasti e a bassa velocità nel periodo restante. Nel caso di punti di estrazione distinti, la modulazione delle portate richiede una buona ripartizione dell’aria nei locali ventilati, in funzione dei periodi di funzionamento dei diversi punti di estrazione.

Un altro sistema di risparmio energetico consi­ste nell’impiego di recuperatori di calore sull’aria espulsa, che in inverno presenta una temperatu­ra elevata dovuta all’effetto di dispersione di ca­lore per irraggiamento dalle apparecchiature di cottura e all’elevato contenuto di calore latente dovuto all’umidità emessa dai cibi di cottura. Il tipo di recuperatore più indicato è quello statico a tubi di calore in quanto esso impedisce l’inqui­namento incrociato tra i flussi d’aria e consente una più facile manutenzione.

L’ostacolo principale all’impiego dei sistemi di recupero di calo­re nelle cucine commerciali è sempre stata la presenza di una quantità elevata di grasso nella canalizzazione di espulsione, tale da provocare lo sporcamen­to dello scambiatore del recu­peratore e quindi una notevole perdita di efficienza. Per evitare o comunque limitare tale fenomeno è possibile utiliz­zare un sistema a raggi UV per il trattamento dell’aria espulsa, in­tegrato nelle cappe di estrazione a induzione.

Le reazioni chimiche attivate dai raggi UV provocano la tra­sformazione delle particelle di grasso in una polvere che può essere espulsa fuori della cana­lizzazione. Grazie alla riduzione del deposito di grasso all’interno dei canali e sul ventilatore l’uti­lizzo di un sistema UV aumenta inoltre la protezione antincendio e permette di diminuire i costi di manutenzione.

Un progetto esemplare

Un progetto esemplare relativo a un grande centro di produzione pasti è quello realizzato dalla società Milano Ristorazione che ge­stisce le mense scolastiche, di proprietà del Comune.

Il centro è stato ricavato dalla ristrutturazione di un edificio pre­cedentemente utilizzato per il mercato ittico in via Sammartini e occupa una superficie lorda di quasi 6000 m², esclusi i depositi e i locali tecnici. La struttura si sviluppa su tre livelli: il piano in­terrato ospita magazzini e locali tecnici, al piano terra si trova il centro cottura, mentre il piano su­periore è destinato al centro del gusto, dedica­to all’educazione alimentare dei bambini in età scolare. Il centro è in grado di produrre 10 mila pasti al giorno.

L’impianto principale è quello a servizio della zona cottura che occupa uno spazio di quasi 500 m². Oltre ai normali carichi interni dovuti a affollamento e illuminazione, l’impianto deve neutralizzare quelli dovuti alle apparecchiature utilizzate nel processo di produzio­ne, in particolare pentole, cuocitori, bracieri, forni e cuocipasta, con un carico specifico pari a 650 W/m² e un carico complessivo di 330 kW (sensibile più latente).

Per il calcolo della potenza emessa dai processi di produzione, e di conseguenza della portata d’aria necessaria a neutralizza­re gli apporti di calore, è stato utilizzato il metodo VDI, in base al quale l’effettivo carico termico da trattare è stato considerato pari al 35% del carico dichiarato dal costruttore delle macchine. Inoltre, il metodo VDI suggerisce un fattore di carico mediamen­te del 75% del calore così precedentemente calcolato. Il fattore di contemporaneità è stato considerato unitario, in modo da non valutare l’interazione tra aree e isole su cui è sud­diviso il centro cottura.

Sulla base di un differenziale di temperatura di 9 °C (tra aria im­messa e aria ambiente) la portata d’aria di estrazione necessaria è risultata pari a 110.000 m³/h, equivalente a 63 vol/h. Tale valo­re risulta quindi notevolmente superiore a quanto richiesto dalla normativa UNI 10339, che prescrive un ricambio minimo di 16,5 L/s per m², dal quale si sarebbe ricavata una portata minima di 28.630 m³/h.

La zona cottura è stata quindi dotata di un im­pianto di estrazione dell’aria del tipo a soffitto aspirante. L’estrazione avviene mediante noc­cioli aspiranti e filtri ad alta velocità che tratten­gono circa l’85% del grasso presente nell’aria proveniente dai processi di cottura. L’aspirazione, essendo totalmente canalizzata, impedisce qualunque formazione di sporco o grasso al di fuori delle canalizzazioni stesse. L’a­ria di reintegro è immessa attraverso il medesi­mo soffitto da pannelli forellati, con una portata complessiva di 87.000 m³/h.

Gli apparecchi di cottura sono alimentati direttamente dalla rete di distribuzione di vapore, prodotto mediante due genera­tori. L’utilizzo del vapore, in luogo del gas, consente di ottenere maggiori rendimenti di produzione termica ed elevate velocità di trasferimento del calore, con conseguente riduzione dei tempi di cottura.

La regolazione automatica degli impianti viene realizzata utiliz­zando una filosofia in controllo digitale diretto (DDC) median­te unità programmabili in grado di operare autonomamente. Il sistema è in grado di garantire la gestione secondo le effettive necessità di controllo termoigrometrico e di qualità dell’aria non­ché in base agli orari di funzionamento.