Pinacoteca Musei Vaticani – “Sala Raffaello”

La Pinacoteca dei Musei Vaticani risulta essere una delle strutture museali più visiatate al mondo, in quanto contiene opere uniche e di inestimabile valore, che vengono conservate da moltissimi anni. Come già detto, è molto importante controllare i parametri che influenzano le condizioni in ambiente, in quanto potrebbero compromettere l’integrità delle opere conservate.

Figura 4.5.1.1 – Sala Raffaello, pinacoteca dei musei vaticani

Nello specifico caso della Sala Raffaello, il carico termico è dovuto essenszialemnte dall’afflusso variabile dei visitatori (media giornaliera stimata di 1700 visitatori), provocando le seguenti condizioni:

- Temperatura variabile tra 14°C e 34°C;

- Umidità relativa variabile tra il 35% e il 90%.

Tale situazione rende più complesso il controllo della temperatura e dell’umidità relativa, non solo per via degli alti carichi termici ma anche per la discontinuità del carico dovuto all’affollamento variabile. Pertanto, la tipologia di impianto in esame deve essere in grado di soddisfare i carichi e, al contempo, di “inseguire” il carico con tempi di messa a regime molto brevi. Al fine di mantenere l’ambiente in condizioni ottimali, è necessario andare a controllare, oltre alla temperatura e all’umidità relativa, anche la quialità dell’aria interna, tenendo presente comunque che l’impianto deve essere il più silenzioso e il meno invasivo possibile.

pag. 91 L’impianto a servizio della sala si compone di diversi sistemi che cooperano per mantenere le condizioni fissate:

- Sistemi ad espansione diretta VRF, a recupero di calore, di Mitsubishi Electric;

- Unità di trattamento aria idroniche, alimentate da un gruppo polivalente a 4 tubi di Climaveneta;

- Sistema di gestione e controllo, mediante la programmazione di un PLC Siemens.

Il sistema descritto, ad oggi, permette di rispondere in modo positivo alle esigenze di climatizzazione e ventilazione della sala, permettendo di:

- Controllare la temperatura ambiente puntualmente, mediante impianti VRF ad espansione diretta a recupero di calore;

- Controllare con precisione l’umidità relativa dell’ambiente, mediante sonde di umidità a controllo dell’aria di mandata di ciascuna UTA;

- Modulare la portata d’aria di rinnovo con continuità in funzione dell’effettivo affollamento degli ambienti, mediante sonde di CO2 poste sulle bocchette di ripresa dell’aria, cosi da mantenere costanti i parametri termo igrometrici della sala.

Inoltre, viene garantita l’affidabilità complessiva dell’impianto, che resterà ion funzione anche in caso di avaria di uno dei due sistemi (espoansione diretta o idronico).

Descrizione impianti di climatizzazione

Il sistema VRF relativo alla climatizzazione della sala si compoine di n.4 unità motocondensanti esterne (in copertura) e da n.14 unità interne VRF (pensili a soffitto), installate nel sottotetto lungo il perimetro della sala, in modo da garantire una copertura totale. La potenzialità dell’impiantop esistente è di 100 kW in refrigerazione e di 113 kW in riscaldamento.

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Figura 4.5.1.2 – Predisposizione terminali VRF

Essendo un sistema a recupero di calore, le unità interne possono essere impostate in entrambi i modi operativi (riscaldamento / raffrescamento) anche contemporaneamente, garantendo la flessibilità richiesta durante le variazioni repentine di carico. Le unità interne VRF sono accorpate ai distributiri BC, tipici degli impianti a recupero di calore di Mitsubishi Electric.

In Tabella 4.5.1.1 vengono riassunti i componenti di impianto.

Descrizione impianti di ventilazione

L’impianto di ventilazione consiste in n.2 UTA da 7500 m3/h ciascuna, poste in cupertura, lungo i lati lunghi del perimetro. Al fine di evitare la vista delle unità di trattamento aria dal piano stradale, sono state dimensionate ed installate UTA sviluppate prevalentemente in lunghezza, in modo da mantenere un’altezza inferiore al parapetto del terrazzo (circa 1,3m).

Figura 4.5.1.3 – Unità di trattamento aria per la sala

pag. 93 Le due unità sono fornite di recuperatore a piastre a flussi incrociati ad alta efficienza con serranda di bypass e di ricircolo, quest’ultima con servomotore di tipo modulante controllato sulla base della CO2 rilevata in ambiente. Sono costruite per essere posizionate all’esterno e a terra su basamento senza sporgere dall’attuale parapetto esterno al fine di non essere visibili dal piano stradale. Sono del tipo a tre batterie con umidificazione a vapore (integrato nella macchina) con entrambi i ventilatori di tipo plug-fan con motori EC.

Le batterie di scambio termico delle UTA sono alimentate da un’unità polivalente Climaveneta, posta anche’essa in copertura, che rende disponibile tutto l’anno in modo indipendente sia i fluidi caldi che freddi, per un totale per le due unità di circa 208kWf e 145kWt.

Le unità polivalenti di climaveneta sono in grado di soddisfare contemporaneamente le richieste di acqua fredda e acqua calda, con un sistema che non necessita di commutazioni stagionali. L’unità specifica, NECS-Q/B 0904, è equipaggiata con n.4 compressori rotativi scroll per R-410a, ventilatori assiali, scambiatori a piastre e valvola di espansione termostatica.

Figura 4.5.1.4 – Unità idronica polivalente a servizio dell’UTA

Descrizione sistema di gestione

Il sistema gestionale installato da Siemens regola l’impianto secondo una logica ben precisa in funzione alla stagionalità e all’affollamento della sala. Per fare ciò, sono state installate alcune sonde di temperatura e umidità in ambiente; la lettura dei parametri in ambiente viene acquisita da un controllore programmabile PLC che, in funzione alla logica di programmazione, invia comandi alle unità di climatizzazione e ventilazione.

pag. 94 La programmazione del controllore è stata fatta sulla base di due periodi stagionali (inverno, estate) e di due indici di affollamento (0 e 200 persone), ricavando così quattro possibili casi:

- Caso estivo con affollamento di 0 persone (26°C 50%UR)

Il controllo della temperatura è affidato alle unità interne VRF che lavorano tutte in raffreddamento con una parzializzazione al 64%, mentre l’umidità relativa è regolata dalle UTA (ventilazione al 67% della portatta nominale) che inviano in ambiente aria pretrattata secondo processi di raffreddamento deumidificazione e post riscaldamento.

- Caso estivo con affollamento di 200 persone (26°C 50%UR)

La presenza delle persone richiede un fabbisogno maggiore sia si raffreddamento / deumidificazione sia di rinnovo dell’aria. In relazione a ciò, il gestionale annulla la parzializzazione delle unità interne VRF (che laorano al 100%) e, di conseguenza, al fine di non avere un’umidità relativa troppo elevata, viene allungato il post riscaldamento delle UTA, così come la portata di aria trattata (ventilazione al 100%).

- Caso invernale con affollamento di 0 persone (21°C 50%UR)

In questa configurazione 4 delle 14 unità V si spengono e le restanti, in funzione del carico, lavorano in riscaldamento al 33% della capacità nominale. L’umidità relativa è regolata dalle UTA (ventilazione al 67% della portatta nominale) che inviano in ambiente aria pretrattata secondo processi di pre riscaldamento e umidificazione a vapore. L’umidificazione risulta necessaria al fine di non avere un ambiente troppo secco; la tipologia di umidificatore non richiede un post riscaldamento in quanto segue un processo a temperatura costante.

- Caso invernale con affollamento di 200 persone (21°C 50%UR)

La presenza di persone riduce il carico relativo al riscaldamento, per cui 7 delle 14 unità VRF si spengono e le restanti, in funzione del carico minimo, lavorano al 33% della capacità nominale. La presenza di persone inoltre richiede un aumento della ventilazione (UTA al 100% della portata) e una regolazione sulla batteria di pre riscaldamento che, considerando l’apporto termico degli occupanti, dovrà

pag. 95 fornire meno calore. Inoltre, per abbattere l’umidità, viene introdotta aria leggermente secca, limitando il contributo dell’umidificatore.

Risulta essere molto delicata la regolazione durante le mezze stagioni in quanto l’affollamento và a determinare il modo operativo delle unità convolte. In tale contesto, oltre alla ventilazione, risulta di fondamentale importanza la capacità del sistema a recupero di calore di poter destinare parte delle unità interne al riscladamento e parte al raffrescamento.

Risulta abbastanza critica la regolazione dei sistemi durante le mezze stagioni con pioggia all’esterno: l’aumento improvviso dell’affollamento dovuto all’ingresso di persone bagnate, provoca un repentino aumento dell’umidità in ambiente; tale carico non può essere abbattuto mediante raffreddamento e deumidificazione in quanto si avrebbe un forte calo della temperatura. Per evitare ciò, oltre ad aumentare la ventilazione, alcune unità interne VRF vanno a funzionare in riscaldamento, limitando il sottoraffreddamento dell’ambiente.