PROGETTAZIONE

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Linee guida sugli impianti per uffici

Le tematiche legate alla progettazione degli impianti

HVAC per le zone uffici si sono spostate negli ultimi

anni dalla richiesta in senso stretto di un generico grado

di comfort climatico, ad una più ampia valutazione del

benessere termico globale includente un maggiore

controllo della qualità dell’aria e del comfort percepito.

E proprio da quest’ultimi parametri, uniti ad un necessario

risparmio energetico, che si sviluppano le indicazioni

della nuova prUNI 10339 giunta alla fase finale di

inchiesta pubblica.

In teoria, la gran parte dei sistemi di climatiz-

zazione, se impiegati correttamente, sono in

grado di soddisfare le condizioni di comfort

per un qualsiasi tipo di edificio avente una

destinazione d’uso per uffici.

Tuttavia in pratica, sono numerosi i fattori che

limitano le possibili scelte impiantistiche per

un dato tipo di costruzione e tra questi con-

viene segnalare: i costi di installazione e di

gestione, la ripartizione degli spazi, il design

architettonico, la posizione urbana e ambien-

tale ed infine, non ultime, le necessarie valu-

tazioni di ingegneria applicata.

Bisogna purtroppo rilevare che il progettista

HVAC interviene molto spesso in coda al pro-

cesso architettonico e raramente partecipa al-

la prima fase preliminare di scelta delle carat-

teristiche progettuali dell’insediamento.

Alla luce di queste considerazioni è facile ca-

pire perché vengano tutt’ora realizzati edifi-

ci che necessitano di un notevole dispendio

energetico a cui molto spesso rimane associa-

ta una difficoltà intrinseca di controllo e rego-

lazione alle condizioni di comfort.

Difatti la forma della costruzione, con parti-

colare attenzione alle aree perimetrali, la sua

geometria, l’orientamento e la conseguente

esposizione esogena, solo per citarne i princi-

pali, sono parametri che incidono, e di molto,

sulla progettazione tecnologica e sulla poten-

zialità erogata dall’intero sistema. Ad esem-

pio, una costruzione rettangolare con il rap-

porto geometrico dei lati di quattro a uno, ri-

chiede sostanzialmente un maggior dispendio

di energia rispetto ad una analoga area con

copertura quadrata.

A queste semplici valutazioni si aggiunge og-

gigiorno una doverosa attenzione alla soste-

nibilità dell’intero progetto e alla valutazione

del conseguente impatto ambientale degli im-

pianti (rumore, smaltimento reflui e acqua,

inquinamento dell’aria, ecc.)

Condizioni climatiche ambientali

Le strutture edilizie destinate ad uso ufficio

sono generalmente caratterizzate da due di-

stinti comparti, soggetti a differente grado di

Luca Ferrari

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intervento climatico: una fascia esterna o pe-

rimetrale e una area interna e centrale.

La zona perimetrale si estende dalla parete

più esterna verso l’interno della costruzione

per circa 3 - 6 m ed è di frequente corredata

con grandi superfici vetrate e/o con facciate

ventilate. Le zone esterne sono soggette a

carichi termici variabili a causa della diversa

esposizione solare e del conseguente flusso

termico indotto nell’aria ambiente. In queste

aree deve essere previsto quasi certamente

un sistema di riscaldamento per la stagione

invernale.

Viceversa le aree interne richiedono solita-

mente un intervento di raffreddamento ra-

gionevolmente uniforme durante tutto l’an-

no, perché di norma non sono soggette a

contributi energetici esterni e i loro carichi

termici sono derivati quasi interamente dal-

le luci, dalle apparecchiature d’ufficio e dal-

le persone.

E’ quindi facile prevedere che nelle stagioni

intermedie, sia possibile trovarsi di fronte a

richieste di climatizzazione antagoniste, situa-

zione che comporta l’utilizzo di un impianto

di climatizzazione con funzionamento poli-

valente. Un parametro da valutare con molta

attenzione risulta l’indice di occupazione degli

ambienti, il suo andamento orario e l’even-

tuale effetto di contemporaneità.

Difatti gli uffici vengono generalmente im-

pegnati dalle ore 8:00 del mattino fino alle

18:00 del pomeriggio; raramente e solo per

alcune specifiche attività, alcuni uffici vengo-

no occupati fin dalle ore 5:30 del mattino e

non oltre le 19:00.

In altri casi può essere necessario garantire un

lavoro notturno, anche se difficilmente la gior-

nata lavorativa viene estesa oltre le ore 22:00.

In Italia, i dati di riferimento delle condizioni

di progetto sono definiti dalla UNI 10339

del lontano 1995, la cui necessaria bozza

di revisione, prUNI 10339, è giunta final-

mente alla fase finale di inchiesta pubblica

e si spera dunque possa essere recepita in

tempi brevi. Va da se che fino allora rimar-

rà vigente la UNI 10339:1995.

Temperatura e umidità

Le temperature dell’aria esterna di proget-

to invernale vengono indicate nella norma

UNI EN 12831, con un umidità relativa fissa-

ta all’80%. La temperatura dell’aria esterna

e umidità relativa di progetto estive sono in-

vece dedotte dall’apposita appendice C della

norma prUNI 10339.

Per le condizioni indoor Viene introdotto il

concetto di temperatura operativa, come ri-

sultato dalla media tra la temperatura dell’aria

interna e la temperatura media radiante delle

pareti rispetto all’occupante.

Per le condizioni invernali ambiente negli uf-

fici, pur conservando un valore medio del-

la temperatura operativa di 20 °C, vengono

considerate escursioni di -/+ 1 °C.

La temperatura media operativa estiva viene

indicata sui 26 °C, anch’essa con un escursio-

ne di -/+ 0,5/1 °C,

Le prescrizioni riportate nell’ASHRAE Handbo-

ok “2011 HVAC Applications” viceversa indi-

cano per le condizioni di progetto indoor un

intervallo di temperatura tra i 20,3 – 24,2 °C

in inverno e di 23,3 – 26,7 °C in estate.

Rimane comunque sempre valido il consiglio

di limitare durante l’estate la differenza di

temperatura tra aria esterna ed interna en-

tro i 7 °C. In inverno, nei periodi di non oc-

cupazione, la temperatura potrà essere man-

tenuta tra i 10 e i 16 °C. Il valore di umidità

relativa viene ricompreso in estate tra il 55 e

65 per cento (50 - 60 ASHRAE) e tra il 35 e

45 per cento in inverno (20 - 30 ASHRAE).

Qualità dell’aria interna

Vengono considerate tre classi di qualità dell’a-

ria interna (Elevata, Media, Bassa) corrispon-

denti a quelle indicate dalla UNI EN 13779. I

valori di concentrazione di CO2 distinguono

la classe di qualità dell’aria interna (tabella 1).

Va comunque detto che la tendenza comune

è quella di associare valori minimi di portata

d’aria esterna con la misurazione degli indici

di qualità dell’aria (CO2) e dunque di deter-

minare in progress la quantità minima di aria

esterna necessaria.

Portata d’aria di rinnovo

La portata d’aria esterna nella nuova

prUNI 10339 viene ridotta a 7,5 L/s (10-3 m3

s-1) per persona per gli uffici singoli ed open -

space e a 7 L/s per i locali riunione (tabella 2).

Il valore minimo pro capite consigliato dallo

Tab. 1 - Classe di qualità dell’aria interna. (Fonte: Appendice A - prUNI 10339:2014, “Impianti aeraulici per la climatizzazione – Classificazione, prescrizione e requisiti prestazionali per la progettazione e la fornitura”).

Classe di qualità dell’aria

CorrispondenzaUNI EN 13779:2008

Differenza di concentrazione di CO2

tra aria interna e aria esterna (ppm)

Elevata IDA 1 ≤ 400

Media IDA 2 400 - 600

Basse IDA 3 601 - 1000

IDA 4 > 1000

Tab. 2 - Portate volumetriche di aria esterna. (Fonte: prUNI 10339:2014).

qv,o,p

10-3 m3 s-1 per persona

Classe di qualità dell’ambiente termico

Elevata Media Bassa

Uffici 8,5 7,5 5,5

Uffici open space 8,5 7 5

Locali riunione 8,5 7 5

Call center 8,5 7 5

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ANSI/ASHRAE standard 62-2010, anch’esso

in diminuzione, viene indicato in 8,5 L/s per

gli uffici e su valori minori per le altre aree

accessorie.

Velocità dell’aria

La velocità media dell’aria, misurata nella

zona occupata, deve essere compresa entro

i 0,20 m/s durante la climatizzazione estiva e

tra 0,05 e 0,15 m/s in regime di riscaldamen-

to (tabella 3).

Filtrazione

La filtrazione dell’aria viene messa in relazione

con la classe dell’aria interna desiderata (ec-

cellente/media/bassa) e la relativa classe dell’a-

ria esterna (eccellente/media/bassa).

In questo modo è possibile utilizzare filtri con

efficienza da M5 a F9 (tabella 4). Lo stadio di

filtrazione può essere anche unico o procedu-

to dal altri filtri di efficienza inferiore.

Si consiglia inoltre di consultare anche il rego-

lamento locale di igiene, che a volte, prescrive

valutazioni diverse e più variegate.

In alcuni casi può essere necessario prevede-

re anche a filtri a carbone attivo per la rimo-

zione di odori e di effluenti gassosi presenti

nell’aria esterna.

Livello sonoro

I livelli sonori massimi consentiti all’interno de-

gli ambienti, stabiliti dalla norma Uni 8199,

sono di 35 dB(A) per gli uffici direzionali, di

40 dB(A) per gli uffici singoli e di 45 dB(A) per

gli uffici open - space.

Di diverso avviso il D.P.C.M. 5/12/97 che sta-

bilisce invece un valore massimo per tutti gli

ambienti pari a 35 dB(A).

Infine, l’Ashrae indica dei livelli sonori com-

presi tra le curve NC 30 e 45.

Carichi termici

Come consueto è necessario comprendere a

fondo le differenti tipologie dei carichi termi-

ci che insistono sulla costruzione in modo da

progettare sistemi flessibili in grado di rispon-

dere adeguatamente alle diverse fluttuazioni

energetiche. Difatti l’analisi della variabilità dei

carichi termici sia nel tempo che in intensità

costituiscono un caposaldo del procedimen-

to progettuale. Viene dunque necessario co-

struire l’andamento orario dei profili del carico

nell’arco dell’intera giornata.

In questo modo è possibile inoltre prevedere

un eventuale studio economico sull’utilizzo di

un sistema di recupero e/o di accumulo del

calore onde far fronte ad eventuali sovracca-

richi termici dell’edifico.

Radiazione e trasmissione

I carichi per radiazione e trasmissione riguar-

dano quasi esclusivamente le zone perime-

trali, dipendendo direttamente dalle caratte-

ristiche costruttive e fisiche dei componenti

edilizi.

L’utilizzo, in queste aree, di estese superfici

vetrate, porta a considerare l’impiego di vetri

ad elevate prestazioni (ad esempio tripli vetri

con strato basso emissivo) che consentono di

ottenere coefficienti di conducibilità inferiori

ai 1 W/(m²K).

Vengono inoltre realizzate direttamente sul-

le pareti esterne facciate attive a ventilazione

forzata, nelle quali l’aria ripresa dagli ambien-

ti viene fatta circolare attraverso l’intercape-

dine costituita dal vetro esterno e da quello

interno. Queste facciate presentano un coef-

ficiente di conducibilità pari ancora minore e

un fattore solare pari a 0,20. Ciò consente di

limitare il carico dovuto alle radiazioni a cir-

ca 50 W/m²

Persone

L’affollamento previsto negli uffici varia in ba-

se al tipo di destinazione d’uso. Gli uffici chiu-

si hanno una superficie compresa tra i 16 m²

(individuali) e i 25 m² (per 2 persone o dire-

zionali), mentre gli uffici aperti di tipo open -

space hanno un affollamento medio di 8 m²

per persona (tabella 5).

Come valore medio si può considerare 1 perso-

na ogni 10 m², al quale corrisponde un carico

medio di 70 W di calore sensibile di 65 W di

calore latente. Nelle sale riunioni, e ove non

sia definito il numero di posti, si può invece

considerare un affollamento di una persona

ogni 1,6 m².

Illuminazione e apparecchiature elettriche

Il carico prodotto dell’impianto d’illuminazio-

ne costituisce una parte significativa del cari-

co termico totale. Anche per questo e alme-

no nelle zone perimetrali, l’utilizzo di estese

superfici vetrate contribuisce a valorizzare in

parte la luce naturale proveniente dall’am-

biente esterno.

Tab. 5 - Indice di affollamento per unità di superficie. (Fonte: prUNI 10339:2014).

ns

persone/m2

Uffici singoli 0,1

Uffici open space 0,12

Locali riunione 0,6

Call center 0,4

Tab. 3 - Valori della velocità dell’aria. (Fonte: prUNI 10339:2014).

riscaldamento (m s-1) raffrescamento (m s-1)

Uffici in genere, locali riunione da 0,05 a 0,15 da 0,05 a 0,20

Tab. 4 - Classe della filtrazione minima finale prevista. (Fonte: prUNI 10339:2014).

Classe qualità aria esterna

Classe dei filtri finali

Classe di qualità dell’aria interna

Elevata Media Bassa

Uffici in genere Elevata F7 M6 M5

Locali riunione Media F8 F7 M6

Call center Bassa F9 F7 M6

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Il livello luminoso minimo negli uffici viene

indicato in 400 - 500 lux sul piano di lavo-

ro, mentre nelle restanti aree può essere di

soli 250 lux.

Generalmente le luci e le apparecchiature

elettriche connesse (reattore) sviluppano un

carico termico in media di 10-50 W/m2, a se-

conda del tipo di illuminazione questo valore

può assumere stime considerevolmente più

alte, o invece ridursi notevolmente se viene

previsto l’utilizzo esteso delle nuove apparec-

chiature a Led (tabella 6).

Va comunque considerato che se viene uti-

lizzato un sistema di diffusione dell’aria di-

sposto nel controsoffitto, circa un 30% del

calore totale emesso dalle luci può essere ri-

mosso attraverso la ripresa/espulsione dell’a-

ria e, pertanto, non dovrà essere considerato

nel calcolo del carico termico in ambiente,

anche se deve essere comunque tenuto in

considerazione nel calcolo della potenza fri-

gorifera complessiva.

Apparecchiature per ufficio

Negli uffici si trovano sistemate apparecchia-

ture elettriche ed elettroniche (personal com-

puter, monitor, stampanti, fotocopiatrici, ecc.)

i cui apporti di calore, spesso rilevanti, vanno

stimati con accuratezza sia per assicurare il

benessere delle persone sia per garantire il

regolare funzionamento delle apparecchia-

ture stesse (tabella 7).

Per valutare il calore dissipato sarà necessa-

rio conoscere la potenza elettrica realmente

assorbita che risulta funzionalmente sempre

diversa da quella di targa.

Inoltre tutte le apparecchiature, comunque,

difficilmente lavorano ininterrottamente e si

dovrà cercare il valore del carico termico per

una utilizzazione media.

In queste condizioni una stima del carico

per unità di superficie diventa molto impro-

babile, anche se l’Ashrae Handbook “2013

Fundamentals” riporta un valore massimo

di 45 W/m².

Va detto comunque che recenti revisioni han-

no dimostrato che i carichi possono essere

di molto inferiori, essendo compresi tra 4 e

12 W/m².

Gli impianti di climatizzazione

Come indicato in apertura sono molteplici e

diversamente integrati, i sistemi di climatizza-

zione applicati con successo nelle costruzioni

adibite ad uso ufficio. Le dimensioni dell’in-

tera struttura determinano una prima e ge-

nerale valutazione delle scelte progettuali, ma

in particolar modo risultano determinanti le

preferenze accordate dalla proprietà alla even-

tuale natura modulare e multicomparto della

costruzione.

La flessibilità intrinseca del sistema risulta dun-

que elemento essenziale della fase progettua-

le, in quanto è sempre più frequente (e richie-

sta) la riorganizzazione degli spazi lavorativi.

Va detto inoltre che molte palazzine di uffici

(ad esempio centri direzionali) sono caratteriz-

zate dalla presenza di diverse realtà aziendali,

spesso in locazione, che con ogni probabilità,

esigono una ulteriore personalizzazione degli

Tab. 6 - Carico termico stimato delle apparecchiature illuminanti e stima della richiesta di potenza frigorifera unitaria per uffici.(Fonte: Ashrae).

Carico Basso Carico Medio Carico Alto

Luci (W m-2)Potenza

frigorifera**

(W m-2)Luci (W m-2)

Potenza frigorifera**

(W m-2)Luci (W m-2)

Potenza frigorifera**

(W m-2)

Uffici in genere 43* 105 64,5* 135 97*

Uffici direzionali/privati 21,5* 105 62,5* 135 86,5*

*La potenza elettrica indicata per le luci comprende anche gli altri carichi elettrici normalmente presenti.** Le potenze frigorifere unitarie riportate sono riferite ad una temperatura esterna di 35 °C b. a. e ad una temperatura ambiente compresa tra 24,4 °C e 26,7 °C, con il 50% di u. r.

Tabella 7 Valori indicativi dei flusso termico sensibile qs, dovuti alla

presenza di diverse apparecchiature caratterizzate dalla potenza massima assorbita P. (Fonte: “Pocket Guide for Air Conditioning, Heating, Ventilation, Refrigeration”, Ashrae).

Apparecchiatura Pmax

(W) qs (W)

Personal computer 100 - 600 90 - 550

Minicalcolatori 2000 - 6500 2000 - 6500

Stampanti laser 850 350

Copiatrici eliografiche 1100 - 2500 1100 - 2500

Fotocopiatrici 450 - 6600 450 - 6600

Scanner 1700 1500

Imbustatrici ed etichettatrici 600 - 6000 400 - 4000

Distributori di acqua refrigerata 700 1750

Distributori di bevande fredde 1200 - 1900 550 - 900

Macchine del caffè 1500 1000

Forni a microonde 600 400

Distruttori di documenti 250 - 3000 200 - 2400

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impianti, anche a scapito di una ergonomia

complessiva.

In tutti casi comunque deve essere prestata

una attenzione particolare anche ai singoli (e

ripetitivi) particolari dell’impianto, in quanto

direttamente collegati con i costi di gestione

e di realizzazione dell’intero sistema.

Nelle costruzioni più grandi sono general-

mente presenti anche ulteriori aree di sup-

porto all’attività principale quali i depositi, i

ristoranti, le infrastrutture ricreative, i centri

di elaborazione dati e di telecomunicazione,

ecc. Queste attività di norma hanno una ri-

chiesta termica e di ventilazione differenziata

rispetto all’impianto principale di climatizza-

zione e quindi spesso necessitano di sistemi

di condizionamento ausiliari e indipendenti.

Tipologie d’impianto

In Italia risulta una tecnologia ormai conso-

lidata la climatizzazione delle zone uffici at-

traverso l’utilizzo combinato di aria primaria

inviata in ambiente da un sistema centraliz-

zato e i terminali induttivi o fan-coil posizio-

nati direttamente nello spazio climatizzato.

In questo modo la duplice azione dell’impian-

to garantisce contemporaneamente i giusti

valori di IAQ con l’invio di aria esterna (pri-

maria) e il controllo dei carichi termici sensibili

attraverso i terminali.

Nelle zone centrali, in alternativa, si può

provvedere con la sola azione dell’impianto

a tutt’aria a portata variabile.

Una diversa soluzione viene dall’utilizzo sem-

pre più frequente di impianti VRF/VRV, che

grazie alla loro innovazione e versatilità stanno

aumentando considerevolmente la loro quota

di mercato. In questi casi è necessario preve-

dere l’utilizzo di un impianto di ventilazione

per il giusto ricambio di aria esterna e il con-

trollo preciso dell’umidità relativa.

In alternativa, un classico, rimane ancora l’im-

pianto centralizzato a doppio condotto (fred-

do/caldo) a portata d’aria variabile con casset-

te terminali di miscelazione.

Comunque indipendentemente dal sistema di

climatizzazione prescelto gli impianti devono

poter garantire la concomitanza dell’azione di

riscaldamento e raffreddamento per le diverse

zone dell’edificio.

Ed in particolar modo nelle zone interne

dell’edifico bisogna prestare attenzione che

la variabilità del carico ai valori minimi, non

comporti un eccessivo raffreddamento degli

ambienti in virtù dei valori minimi prefissati

di aria esterna.

Nelle costruzioni più grandi ed in special mo-

do in quelle a sviluppo verticale, viene previ-

sto normalmente un impianto con condotte

d’aria principali verticali. Queste vengono in-

tercettate ad ogni piano attraverso una ser-

randa di bypass. Una unità ventilante dotata

di batteria di post-riscaldamento provvede alla

successiva distribuzione al piano.

In piccoli e medi uffici è diffuso l’impiego di

unità compatte di trattamento dell’aria in ag-

giunta al classico impianto di riscaldamento

(anche radiante).

In questo ambito è possibile utilizzare anche

sistemi con pompe di calore (aria – aria).

Ventilazione, IAQ

e distribuzione dell’aria

Le recenti normative, la diversa disposizione

delle aree uffici e la crescente attenzione ver-

so la qualità dell’aria ha portato a sviluppare

impianti che assicurino sempre un minimo va-

lore di aria esterna. Questo in particolar mo-

do per sistemi di condizionamento a portata

variabile e/o con fan coil.

Viceversa sono decisamente rare le situazio-

ni in cui venga richiesta in ambiente una per-

centuale del cento per cento di aria esterna,

ad esclusione ovviamente del funzionamento

in free cooling.

Negli ultimi tempi inoltre si stanno sviluppan-

do sistemi completamente dedicati al tratta-

mento dell’aria esterna che vengono messi

in parallelo al sistema energetico principale.

Questo consente di evitare sottodimensionan-

ti dell’aria esterna e di poter anche procedere

al riscaldamento in zone eventualmente trop-

po raffreddate dal free cooling.

Il controllo dell’aria esterna viene in questi casi

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demandato ad opportuni sensori che misura-

no il valore dell’anidride carbonica presente in

ambiente. L’attività prevalentemente seden-

taria svolta negli uffici obbliga il progettista

ad un accurata e attenta scelta del sistema di

distribuzione dell’aria.

A seconda del tipo d’impianto e della zona

considerata, si potrà disporre di una diffusio-

ne a miscela attraverso terminali a soffitto, a

parete, a pavimento/davanzale o di un siste-

ma di dislocamento dell’aria anche da sotto-

pavimento.

Nelle zone perimetrali è frequente l’utilizzo di

diffusori lineari o a davanzale posti in prossi-

mità della parete esterna in modo da realizza-

re un ipotetico sbarramento alle interferenze

climatiche esterne.

Viceversa nelle zone interne trovano impiego

diffusori ad alta induzione posizionati gene-

ralmente nel controsoffitto.

L’utilizzo del sistema a dislocamento assicura

la quantità di aria esterna, ma nulla o poco

incide sulla neutralizzazione dei carichi ter-

mici. E’ cosi inevitabile che esso venga pro-

ficuamente impiegato in abbinamento solo

con altri sistemi.

Le altre aree

A seconda del tipo di edificio, le aree tecniche

dedicate alle apparecchiature meccaniche ed

elettriche comportano una sottrazione della

superficie coperta mediamente del 8-10%.

A questo handicap si può porre rimedio po-

nendo sopra la copertura, dove è possibile,

l’unità di trattamento dell’aria, i gruppi frigo

e le eventuali torri di raffreddamento.

Naturalmente questo può avvenire per edi-

fici di media-bassa altezza, viceversa per co-

struzioni alte è necessario prevedere una area

tecnica ogni 8 – 20 piani.

Negli uffici, le unità terminali interne, induttori

o fan-coil richiedono anch’esse uno spazio tra

l’1 e il 3% della superficie lorda di pavimento

(SLP), mentre in generale le canalizzazioni, i

tubi e accessori richiedono tra il 3 e il 5% sem-

pre della stessa superficie lorda di pavimento.© RIPRODUZIONE RISERVATA

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