Progettare e realizzare impianti efficienti per strutture ospedaliere

Gli impianti di climatizzazione nelle strutture ospedaliere dovrebbero rappresentare lo stato dell’arte per quanto riguarda la ricerca tecnologia e il risparmio energetico mantenendo sempre il più alto livello di benessere per gli operatori e gli utenti. In realtà, meno della metà delle strutture sanitarie moderne sono di recente costruzione: il 10% risale al IX secolo, il 6% è stato costruito tra il 1801 e 1900, il 20% tra il 1901 e 1940, il 30% risale al periodo tra il 1941 e il 1970 e solo il 34% è stato realizzato dopo il 1971 (fonte: Centro nazionale per l’Edilizia e la Tecnica Ospedaliera e dall’Università Cattolica di Roma, 2000).

A causa della disponibilità limitata di fondi e di una visione poco lungimirante della classe dirigenziale/politica, si tende spesso a ristrutturare e riqualificare le strutture, senza analizzare seriamente il rapporto costi/benefici che comporta tale scelta: strutture costruite ex-novo permettono infatti di raggiungere livelli di consumi energetici che portano quasi al dimezzamento dei costi.

Questi risultati si ottengono perché nelle strutture sanitarie gli impianti HVAC devono garantire il benessere dei pazienti, ma soprattutto le esigenze di processo legate alle attività di tipo medico, come ad esempio le sale operatorie o le zone dedicate alle terapie intensive. In strutture progettate ex novo è possibile ottimizzare gli spazi e le rese di questo complesso sistema di impianti, ottenendo risultati molto più performanti rispetto allo stesso impianto “sacrificato” all’interno di una struttura esistente con vincoli storici o spazi poco adatti.

I componenti principali degli impianti HVAC: requisiti e best practice

Partiamo dal cuore del sistema, le centrali tecnologiche che, viste le potenze termiche ed elettriche in gioco, vengono inserite all’interno di una struttura edilizia staccata dal corpo centrale.

Le centrali tecnologiche devono essere collegate al corpo centrale tramite una galleria tecnica, all’interno della quale saranno alloggiate tutte le principali dorsali degli impianti meccanici ed elettrici. Essendo questo il cordone ombelicale della struttura, le dorsali vanno dimensionate con cura e realizzate in più copie, in modo da poter intervenire per le manutenzioni, senza mettere fuori servizio le utenze.

Negli ultimi anni, per ridurre i consumi di energia termica, oltre ai classici generatori del tipo tradizionale, si è iniziato ad integrare sistemi di tri-generazione, ossia macchine capaci di produrre contemporaneamente energia elettrica, termica e frigorifera. Il gruppo di tri-generazione è composto da un motore endotermico alimentato a gas metano accoppiato ad un generatore elettrico, e da un gruppo frigorifero ad assorbimento a bromuro di litio, alimentato dall’acqua calda di recupero utilizzata per raffreddare il motore.

Nel 2010, presso l’Ospedale Fraternità Santa Maria della Misericordia di Urbino è stato installato un sistema di tri-generazione da 475kW termici e 323kW elettrici e ben 1.094 kW frigoriferi. Un sistema del genere, pur coprendo solo il 20% del fabbisogno complessivo della struttura, ha fatto risparmiare 2.720 MWh all’anno, pari a 800 tonnellate di petrolio equivalente.

Un secondo esempio interessante è quello dell’impianto di Solar Cooling installato presso l’Istituto di Assistenza e Cura S. Margherita, in provincia di Pavia.
L’impianto è composto da quasi 70 pannelli solari sottovuoto per una superficie captante complessiva di 230 mq. L’impianto solare permette di spostare il calore accumulato dai collettori e cederlo agli accumuli termici. La fase interessante di questa soluzione avviene durante l’estate, quando gli accumuli termici raggiungono la temperatura di circa 85°C, l’acqua calda viene spillata per alimentare la macchina ad assorbimento che converte l’energia termica in energia frigorifera. L’acqua refrigerata viene quindi stoccata alla classica temperatura di 7°C per poi essere immessa nell’impianto assieme all’acqua prodotta dai gruppi frigo nei momenti più critici dell’estate. In caso di sovra produzione di calore, entra in funzione una torre evaporativa, che scarica l’energia in eccesso mantenendo il sistema sotto controllo alle temperature desiderate. Il sistema permette di produrre anche il 32% dell’acqua calda sanitaria necessaria alla struttura, ottenendo un risparmio solo per questa utenza, pari a 50.000 metri cubi di gas metano.

Tornando alla distribuzione impiantistica, le dorsali degli impianti dovrebbero avere le seguenti caratteristiche:

• Essere rigorosamente a portata variabile;
• Leggermente sovradimensionate (in modo da permettere futuri ampliamenti);
• Creare possibilmente una rete ad anello, per permettere eventuali interventi di manutenzione straordinaria, limitando al massimo la zona da porre fuori servizio;
• Essere di comodo accesso;
• Essere di facile manutenzione (un buon vano tecnico dei dorsali dovrebbe essere alto almeno 3 metri).

Nei grandi complessi ospedalieri vengono realizzati veri e propri interpiani tecnici, che consentono la manutenzione ordinaria e straordinaria sugli impianti, limitando al minimo il disagio nei reparti.

Arriviamo quindi alle centrali di trattamento dell’aria, macchine indispensabili per i trattamenti intensivi, dove gli unici impianti consentiti dalle norme sono sistemi a tutta aria. Queste unità, per rispettare i parametri richiesti dalla normativa, sono molto grandi ed energivore, quindi sarebbe opportuno integrare fin dall’inizio un sistema di Free Cooling che consente, durante le mezze stagioni e in strutture con grandi superfici vetrate, di raffreddare o pre-riscaldare l’aria sfruttando la differenza di temperatura interna-esterna, senza azionare gruppi frigo o generatori di calore.

Per quanto riguarda il posizionamento, le UTA (Unità Trattamento Aria) vanno posizionate, se possibile, in appositi locali tecnici, che consentano una facile manutenzione e una veloce sostituzione dei filtri. Vanno evitate le installazioni su tetti con limitata accessibilità o su zone che possano mettere a rischio la sicurezza degli operatori, i quali devono poter accedere agevolmente alle macchine.

Per limitare al massimo le dimensioni delle reti di canalizzazione, è consigliato installare le UTA quanto più possibile in adiacenza alle utenze da servire. Le reti aerauliche, sdoppiandosi verso l’alto e verso il basso, riducono di molto l’ingombro dei cavedi e i percorsi delle canalizzazioni possono essere contenuti al minimo indispensabile.

Le distribuzioni secondarie sono spesso relegate allo “spazio rimanente”, anche se in realtà sono un punto nevralgico per il corretto funzionamento del reparto. La buona norma chiede almeno un’altezza utile del cavedio tecnico secondario pari a 1,2 - 1,5 metri, da variare in funzione alla grandezza del reparto. Questo spazio tecnico è uno dei punti che dovrebbe essere preso in considerazione nelle fasi preliminari del progetto, in quanto si ripercuote su tutta la progettazione architettonica e statica della struttura.

Gli impianti all’interno della zona degenza hanno visto un’interessante evoluzione energetica, passando negli ultimi anni da impianti a tutta aria, altamente energivori, a impianti misti, composti da una struttura radiante a soffitto e un sistema ad aria di rinnovo. In questo modo le UTA a servizio delle zone di degenza e le condotte aerauliche risultano notevolmente ridotte. Di conseguenza anche i sistemi di generazione (sia estivi che invernali), vengono ridotti, con un risparmio stimato attorno al 30% del fabbisogno annuale. Questo sistema porta moltissimi vantaggi, tra i quali la possibilità di interfacciarlo con un sistema domotico che rilevi sia la presenza all’interno della stanza, sia la qualità dell’aria interna, variando da remoto le caratteristiche richieste.

Riassumendo, un buon impianto HVAC a servizio di una struttura ospedaliera, dovrebbe avere:

• Impianti ridondanti/paralleli;
• Utilizzo di sistemi a portata d’acqua variabile in funzione alle richieste delle utenze;
• Sistemi di generazione diversificati, in modo che un sistema informatizzato azioni il generatore con il più alto rendimento e quindi il più basso costo di produzione dell’energia;
• Sistemi radianti per la climatizzazione estiva ed invernale delle degenze;
• Sistema di controllo perdite e temperature che copra l’intera rete distributiva;
• Cavedi tecnici che permettano una seria manutenzione;
• UTA a portata variabile, in funzione delle presenze nell’ambiente;
• Contabilizzatori nei vari reparti, per monitorare i consumi termici e frigoriferi negli anni;
• Utilizzo dello stand-by (ove possibile), per ambienti ad occupazione non continua.
• Ottimizzazione dei sistemi di regolazione e controllo, che tengano conto delle reali esigenze.

Principali normative vigenti

UNI 10339:1995 Impianti aeraulici ai fini di benessere. Generalità, classificazione e requisiti. Regole per la richiesta d’offerta, ordine e fornitura.
UNI 13779:2008 Ventilazione degli edifici non residenziali. Requisiti di prestazione per i sistemi di ventilazione e di climatizzazione.
UNI 11425:2011 Impianto di ventilazione e condizionamento a contaminazione controllata (VCCC) per il blocco operatorio. Progettazione, installazione, messa in marcia, qualifica, gestione e manutenzione.
Standard ANSI/ASHRAE/ASHE 170:2008 Ventilation Standard. For Health Care Facilities.
DPR 14 Gennaio 1997 Decreto Bindi - Sale operatorie.
Circolare LLPP 22 Novembre 1974 n.13011.