1
Obiettivi
Il presente elaborato ha lo scopo di raccogliere e analizzare i dati relativi ai consumi e determinare le prestazioni energetiche di alcuni reparti del complesso ospedaliero Versilia di Lido di Camaiore, realtà piuttosto particolare ed esempio “virtuoso” nel panorama italiano. L’impianto, inaugurato nel giugno del 2002, è stato progettato in un’ottica multidisciplinare cercando di fondere l’efficienza energetica strutturale con un’equilibrata strategia impiantistica e l’utilizzo di fonti energetiche rinnovabili.
Inizialmente sarà presentato un excursus della normativa vigente in materia di gestione ed efficientamento energetico principalmente in ambito ospedaliero.
Il capitolo successivo si concentrerà su una descrizione del presidio ospedaliero, dei servizi offerti e della struttura complessiva, ponendo particolare attenzione alle soluzioni impiantistiche adottate.
Oggetto principale dell’elaborato sarà l’analisi delle prestazioni impiantistiche del complesso. Il primo passo sarà quello di effettuare delle ricognizioni volte al reperimento di informazioni tecniche indispensabili per l’analisi dei consumi energetici relative all’edificio, agli impianti e alla loro gestione. L’attività di tirocinio svolta all’interno del complesso ha permesso un’esperienza diretta sull’impianto, garantendone una conoscenza più approfondita.
Il passo successivo sarà l’implementazione e lo studio dei dati ottenuti mediante un software di diagnosi energetica (SEAS). Tale analisi permetterà di apprezzare debitamente gli effetti delle variazioni climatiche rilevabili nell'arco del periodo dell’anno preso in considerazione e la conseguente variazione del fabbisogno energetico dell’intero complesso, consentendo una migliore osservazione della risposta dell’edificio e dell’impianto alle variazioni climatiche e delle condizioni esterne.
Infine sarà presentato un confronto tra i dati ottenuti tramite il software di diagnosi energetica e i consumi effettivi derivanti dal funzionamento reale dell’impianto analizzato, al fine di mostrare la bontà della simulazione fornita dal codice di calcolo ed evidenziare eventuali criticità e problematiche impiantistiche da migliorare. Attraverso tale analisi verranno successivamente proposti alcuni interventi migliorativi per ottimizzare l’uso razionale dell’energia e verranno presentati alcuni sviluppi futuri applicabili.
3
Indice
Obiettivi ... 1
Indice ... 3
1. Introduzione ... 7
1.1. L’utilizzo dell’energia nelle strutture ospedaliere ... 7
1.2. Normativa impiantistica vigente ... 9
2. L’Ospedale Versilia di Lido di Camaiore ... 19
2.1. Attività sanitaria ... 20 2.2. La struttura ... 28 2.3. Dati ambientali ... 29 2.4. Generalità impianto ... 31 2.4.1. Centrale termica ... 31 2.4.2. Centrale pompe ... 40 2.4.3. Centrale idrica ... 40 2.4.4. Centrale frigorifera ... 41 2.4.5. Impianto di climatizzazione ... 43
2.5. Building Management System (BMS) ... 44
2.5.1. Automazione ... 46
2.5.2. Controllo di una regolazione semplice ... 47
2.5.3. Controllo di una regolazione compensata... 48
4
2.6. Il microclima dell’Ospedale Versilia ... 48
2.7. I consumi dell’Ospedale ... 50
3. L’UTA 7.2 – Zona Nord ... 55
3.1. Dati strutturali ... 56
3.1.1. Strutture opache: Parete ventilata verticale ... 56
3.1.2. Strutture opache: Parete composta ... 57
3.1.3. Strutture opache: Copertura Livello 7 ... 58
3.1.4. Superfici vetrate ... 58
3.1.5. Ponti termici ... 60
3.2. L’impianto di climatizzazione ... 60
3.2.1. Dati tecnici ... 61
3.2.2. Sistema di supervisione e controllo ... 64
3.3. Illuminazione e altri carichi elettrici ... 68
4. Analisi dei dati registrati dal sistema BMS ... 69
4.1. Raccolta dei dati ... 69
4.2. Trattamento dei dati estratti dal sistema di supervisione ... 70
4.3. Calcolo del fabbisogno di energia termica della zona Nord UTA 7.2 ... 72
4.4. Correlazione tra potenza di riscaldamento e temperatura esterna (firma energetica) ... 73
4.5. Relazione tra potenza di riscaldamento e irraggiamento ... 77
4.6. Relazione tra potenza di riscaldamento e numero di occupanti dei locali ... 80
5
5.1. Quadro normativo ... 83
5.1.1. UNI CEI EN 16247 ... 85
5.1.2. UNI/TS 11300 ... 89
5.2. Calcolo del fabbisogno di energia termica per il riscaldamento e il raffrescamento di un edificio ... 92
6. Diagnosi energetica d’involucro tramite il software SEAS ... 99
6.1. Il software SEAS ... 99
6.2. Inserimento dati ... 101
6.2.1. Contesto geografico ... 102
6.2.2. Profili di utilizzo ... 104
6.2.3. Dispersioni per trasmissione e apporti solari ... 107
6.2.4. Ventilazioni ed apporti interni ... 109
6.2.5. Risultati di involucro ... 113
7. Analisi dei risultati e possibili interventi migliorativi... 117
7.1. Confronto tra i risultati della simulazione con SEAS e i consumi reali ricavati dal sistema BMS ... 117
7.2. Criticità impiantistiche riscontrate ... 119
7.3. Analisi degli apporti e delle perdite costituenti il fabbisogno energetico ... 121
7.3.1. Riduzione delle perdite di trasmissione di finestre e infissi ... 122
7.3.2. Riduzione delle perdite di ventilazione ... 125
7.3.3. Riduzione complessiva del fabbisogno energetico ... 129
6
8.1. Considerazioni finali ... 131
8.2. Sviluppi futuri ... 131
9. Bibliografia ... 135
7
1. Introduzione
Le strutture sanitarie sono caratterizzate da un elevato fabbisogno di energia e da un’ampia diversificazione negli usi finali della stessa a causa della particolarità del servizio pubblico reso al loro interno. Tali strutture devono garantire la continuità delle prestazioni mediche agli utenti, assicurando al contempo elevati livelli di comfort e la salubrità degli ambienti. Naturalmente una tale singolarità della tipologia di attività, occupazione e utilizzo degli ambienti è contraddistinta da forti potenzialità di razionalizzazione dei consumi di energia migliorando l’efficienza delle strutture e degli impianti e contenendo gli sprechi inevitabilmente presenti, garantendo comunque standard elevati di qualità del servizio offerto. E’ proprio la mission principale di queste strutture ad essere punto cardine e oggetto principale della progettazione e pertanto non può essere messa su un piano secondario, anche se ciò può essere foriero di un utilizzo non ottimale delle risorse.
1.1. L’utilizzo dell’energia nelle strutture ospedaliere
I fabbisogni di energia delle strutture ospedaliere rispondono tanto ad esigenze tecnologiche quanto funzionali e vengono soddisfatti ricorrendo all’impiego di energia termica ed elettrica. L’energia termica è impiegata principalmente per rispondere alle necessità di riscaldamento e climatizzazione degli ambienti, in modo da garantire il comfort ambientale in tutti i locali. In aggiunta essa è utilizzata per la produzione di acqua sanitaria, per la sterilizzazione, per il condizionamento estivo e per i servizi di lavanderia e cucina.I maggiori consumi energetici di una struttura ospedaliera sono proprio imputabili alla produzione di calore, spesso a bassa temperatura (<100°C), necessario per il riscaldamento di ambienti, per compensare le perdite di calore derivanti dalle necessità di ventilazione e per la produzione di acqua calda sanitaria. Un altro settore che consuma calore, ma a entalpie più elevate (vapore) è quello della disinfezione e sterilizzazione. La necessità di garantire livelli di servizio elevati anche in caso di guasti improvvisi o di emergenze presuppone di dover disporre di fonti di produzione energetiche ridondanti. Al fine di aumentare l’affidabilità frequentemente è presente un collegamento tra il sistema a vapore ed il circuito di riscaldamento, che però rappresenta un punto di degradazione energetica. L’energia elettrica viene invece impiegata per l’illuminazione (interna ed esterna), il condizionamento estivo, la comunicazione tra ambienti, il trattamento dell’aria, l’alimentazione di apparecchiature medicali, diagnostiche e di monitoraggio, la conservazione e il funzionamento di sistemi computerizzati e di sicurezza. L’acqua refrigerata prodotta è impiegata per il raffrescamento dei reparti degenza, del blocco operatorio e dei reparti speciali, è inoltre impiegata per il raffreddamento di macchinari speciali con particolare sviluppo di calore o aventi esigenze
8
particolari. La produzione di acqua refrigerata per il raffrescamento degli ambienti avviene principalmente nel periodo estivo, mentre la produzione dedicata al raffreddamento di apparati e al mantenimento di determinate condizioni termoigrometriche nei locali critici è richiesta sia in estate che in inverno. L’utilizzo di diverse fonti energetiche conduce all’impiego di opzioni tecnologiche diverse e con ciò a specifici costi di esercizio e livelli di emissioni differenti.
L’utilizzo di energia termica è quello che maggiormente si presta ad interventi di razionalizzazione, poiché ha un’elevata incidenza sui consumi energetici totali degli ospedali e quindi può essere foriero di risparmi maggiormente significativi. Inoltre, essa è usata soprattutto per finalità di riscaldamento degli ambienti; tale impiego ammette qualche temporanea interruzione del servizio necessaria alla realizzazione degli interventi stessi. Ciò non è possibile, invece, per l’energia elettrica, in quanto il suo impiego in molte funzioni di primaria importanza non permette interruzioni nell’erogazione. In ogni caso, la realizzazione di interventi di razionalizzazione anche in questo campo è ovviamente possibile, oltre che auspicabile, tenendo conto delle necessarie misure atte ad evitare interruzioni. I consumi energetici degli ospedali in generale, e quelli relativi a sistemi, impianti o apparecchiature in particolare, possono presentare una significativa variabilità da struttura a struttura, come conseguenza diretta dei numerosi fattori in grado di influenzarne le performance energetiche. In prima approssimazione, tali fattori risultano essere: la dimensione dell'ospedale, il numero di posti-letto, l’anno di costruzione, la localizzazione geografica, l’esposizione, le condizioni climatiche, il numero di fabbricati, le specializzazioni mediche, il numero e le tipologie di impianti esistenti, il tipo di gestione ecc. Inoltre, le difformità di consumo energetico sono particolarmente evidenti nel caso degli impianti di riscaldamento e ventilazione, mentre risultano più contenute per tutte le altre utilizzazioni dell'ospedale, in quanto la localizzazione geografica e le conseguenti condizioni climatiche esterne determinano ampie variazioni del consumo di energia per riscaldamento, ma influenzano in maniera più limitata i consumi delle altre utenze. A ciò si aggiunge che le strutture ospedaliere sono inoltre per loro natura spesso soggette ad interventi di carattere strutturale/organizzativo e possono subire nel tempo modifiche della volumetria, delle destinazioni d’uso delle varie zone o delle condizioni termo-igrometriche richieste da adeguamenti normativi. Spesso l’impiantistica progettata per soddisfare i bisogni della struttura originale può risultare non più ottimale, in quanto non più corrispondente ai nuovi fabbisogni.
9
1.2. Normativa impiantistica vigente
L’azione progettuale dei tecnici della climatizzazione negli ambienti costruiti, tradizionalmente orientata al benessere termoigrometrico, nell’ambiente ospedale ha sempre avuto una valenza aggiuntiva, cercare di contribuire al prodotto salute, scopo dell’attività ospedaliera. Per raggiungere l’obiettivo è necessario conoscere a fondo il livello qualitativo che si vuol conseguire, le cause di insorgenza e diffusione della contaminazione e trovare quindi le soluzioni idonee ed energeticamente compatibili, avendo coscienza delle responsabilità connesse.
La normativa italiana vigente in materia di requisiti fisico-tecnici per le costruzioni edilizie ospedaliere (proprietà termo-igrometriche, ventilazione e illuminazione) si basa principalmente su due testi di riferimento: la Circolare del Ministero dei Lavori Pubblici del 22/11/1974 n. 13011 e il DPR 14/01/1997.
Circolare del Ministero dei Lavori Pubblici del 22/11/1974 n. 13011
La Circolare consiste in un breve scritto dal titolo “Requisiti fisico-tecnici per le costruzioni edilizie ospedaliere. Proprietà termiche, igrometriche, di ventilazione e di illuminazione” che per molti anni è stato l’unico testo del corpus legislativo per strutture sanitarie a disciplinare tale settore e in aggiunta in modo insufficiente.
La norma prescrive che siano rispettati i seguenti punti:
- Nei reparti ospedalieri, compresi i servizi, dovrà essere garantito, durante il periodo invernale, mediante adatto impianto di riscaldamento, un valore della temperatura degli ambienti di 20°C ± 2°C;
- Nelle camere di degenza, nei locali ad uso collettivo e possibilmente anche nei disimpegni, durante il periodo invernale, dovrà essere inoltre assicurato un valore dell'umidità relativa dell'ambiente, mediante trattamento di umidificazione dell'aria di ventilazione pari al 40% con tolleranza di ± 5%;
- I valori di ricambio d’aria dovranno essere quelli riassunti in tabella 1.1 e assicurati da un impianto di ventilazione forzata che garantisca una velocità dell’aria inferiore a 0,15 m/s.
10
Zona Ricambi d’aria
Degenze 2 volumi/ora
Degenze bambini 3 volumi/ora
Reparti diagnostica 6 volumi/ora
Reparti speciali 6 volumi/ora
Isolamento 12 volumi/ora
Servizi 10 volumi/ora
Soggiorni 30 m3/ora per persona (valore minimo)
Tabella 1.1 Ricambi d’aria
L’aria dovrà essere prelevata dall’esterno con idoneo filtraggio. Potrà eventualmente prescriversi che l’aria sia sottoposta a preventivo processo di sterilizzazione. Ove i vani dei servizi igienico-sanitari siano privi di finestra, e quindi dotati di impianto di ventilazione forzata dovrà essere sempre garantita la continuità di funzionamento dell’impianto stesso (gruppo elettrogeno di emergenza);
- Nei blocchi operatori, sale travaglio, rianimazione, parti prematuri, lattanti, terapia intensiva, centro dialisi, centrale di sterilizzazione (settore sterile) e laboratori di analisi, dovrà prevedersi un impianto di condizionamento senza ricircolo atto ad assicurare in tutti i suddetti locali sia in estate che in inverno, valori prestabiliti della temperatura interna, dell'umidità relativa e della velocità dell'aria, tenuta eventualmente presente la prescrizione del punto 2.1.6. della UNI 5104 (poi divenuta UNI 10339). L'impianto di condizionamento e di ventilazione dovrà essere in grado di funzionare anche in caso di mancanza di erogazione della energia elettrica esterna, mediante una centrale elettrogena autonoma capace di far funzionare gli impianti in caso di emergenza;
- I valori minimi dei livelli di illuminazione naturale e artificiale sono indicati nella tabella 1.2 seguente:
Illuminazione sul piano di lavoro o osservazione
medica (escluso il piano operatorio) 300 lux
Illuminazione sul piano di lavoro negli spazi per
lettura, laboratori negli uffici 200 lux
Illuminazione in spazi per riunioni, per ginnastica misurati su un piano ideale posto a
0,60 m dal pavimento
100 lux Illuminazione nei corridoi, scale, servizi igienici,
atrii, spogliatoi misurati su un piano ideale posto a 1 m dal pavimento
80 lux
11 Le condizioni di illuminamento esposte in tabella dovranno essere assicurate in qualsiasi situazione di cielo e in ogni punto dei piani di utilizzazione considerati, mediante uno stretto rapporto di integrazione dell'illuminazione naturale con quella artificiale. Particolare cura deve essere posta per evitare fenomeni di "abbagliamento" sia diretto che indiretto, facendo in modo che nel campo visuale delle persone non compaiano oggetti la cui luminanza superi rapporti di 20 volte i valori medi.
DPR del 14/01/1997
Il testo definisce i requisiti minimi che devono essere rispettati ad applicati da parte di una struttura sanitaria in termini di politica, obiettivi ed attività, di struttura organizzativa, di gestione delle risorse umane e tecnologiche, di valutazione e miglioramento delle qualità, di sistema informativo.
La sezione più interessante del DPR riguarda i requisiti minimi impiantistici delle strutture ospedaliere a ciclo continuato o diurno per acuti. Il complesso sanitario viene suddiviso in 13 ambienti funzionali. Per 6 di tali zone (medicina nucleare, attività di radioterapia, day hospital, day surgery, pronto soccorso e area di degenza) non sono definite delle specifiche condizioni di benessere, ma sussistono solo obblighi di sicurezza e igiene, pertanto generalmente i progettisti si affidano alla circolare precedente o a normativa estera.
Nel DPR sono invece specificate le caratteristiche termo-igrometriche delle seguenti aree: - Reparto operatorio
Temperatura interna invernale ed estiva compresa tra 20°C e 24°C Umidità relativa invernale ed estiva compresa tra 40% e 60%
Ricambi d’aria pari a 15 volumi/ora e obbligo d’aria esterna senza ricircolo (occorre specificare che le Linee Guida dell’ISPESL del 23/07/1999 ammettono che, fatti salvi i 15 volumi/h d’aria esterna, si possono incrementare questi stessi utilizzando anche aria di ricircolo limitata alla singola sala operatoria, ossia non si possono miscelare i flussi d’aria provenienti da due distinte sale operatorie)
Filtraggio dell’aria del 99,97% - Blocco parto:
Temperatura interna invernale ed estiva compresa tra 20°C e 24°C Umidità relativa invernale ed estiva compresa tra 30% e 60%
12
Ricambi d’aria pari a 6 volumi/ora e obbligo d’aria esterna - Rianimazione e terapia intensiva:
Temperatura interna invernale ed estiva compresa tra 20°C e 24°C Umidità relativa invernale ed estiva compresa tra 40% e 60% Ricambi d’aria pari a 6 volumi/ora e obbligo d’aria esterna - Gestione farmaci:
Temperatura interna invernale ed estiva compresa tra 20°C e 26°C Umidità relativa invernale ed estiva compresa tra 45% e 55% Ricambi d’aria pari a 2 volumi/ora e obbligo d’aria esterna
Classe di purezza del filtraggio dell’aria in conformità a filtri di media efficienza
- Servizio sterilizzazione:
Temperatura interna invernale ed estiva compresa tra 20°C e 27°C Umidità relativa invernale ed estiva compresa tra 40% e 60% Ricambi d’aria pari a 15 volumi/ora e obbligo d’aria esterna
Classe di purezza del filtraggio dell’aria in conformità a filtri di media efficienza
- Servizio disinfezione:
Temperatura interna invernale ed estiva compresa tra 20°C e 27°C Umidità relativa invernale ed estiva compresa tra 40% e 60% Ricambi d’aria pari a 15 volumi/ora e obbligo d’aria esterna
Classe di purezza del filtraggio dell’aria in conformità a filtri di media efficienza
- Servizio mortuario:
Temperatura interna invernale ed estiva non superiore a 18°C per i locali con presenza di salme
Umidità relativa invernale ed estiva compresa tra 55% e 65% Ricambi d’aria pari a 15 volumi/ora e obbligo d’aria esterna.
Nel DPR sono anche indicati i requisiti minimi strutturali e le modalità di impiego dei locali in relazione alle destinazioni d’uso degli stessi e alle funzioni che devono svolgere. Tutti i presidi devono essere in possesso dei requisiti previsti dalle vigenti norme in materia di protezione antisismica, protezione antincendio, protezione acustica, sicurezza elettrica e continuità elettrica, sicurezza anti-infortunistica, igiene dei luoghi di lavoro, protezione dalle radiazioni ionizzanti.
13 Per le aree di degenza la superficie minima per posto letto sia per camera singola che per camera multipla è di 9 m2 al netto dell’area dei servizi igienici. Inoltre prescrive che:
- per ogni camera ci debba essere un massimo di 4 degenti; - ci sia almeno un servizio ogni 4 posti letto;
- almeno il 10% delle stanze di degenza debba ospitare un solo letto; - ci sia un locale per visita e medicazioni;
- ci sia un locale, per ogni piano di degenza, per il personale di assistenza diretta;
- ci sia uno spazio per la caposala, uno per i medici, uno di soggiorno, una cucina di reparto, un bagno assistito e una sala d’attesa per i visitatori;
- ci sia un locale per il deposito del materiale pulito e uno per il materiale sporco dotato di vuotatoio e lavapadelle.
Per le degenze pediatriche sono previsti spazi di soggiorno e svago ad uso esclusivo dei bambini. Per le degenze psichiatriche deve essere previsto un locale specifico per colloqui/visite specialistiche. Il DPR dà indicazioni sulle dimensioni delle sale operatorie, in funzione della complessità e tipologia delle prestazioni erogate e in relazione all’attivazione o meno della Day Surgery. Per il reparto operatorio è necessario prevedere uno spazio filtro di entrata degli operandi, una zona filtro per il personale, una zona preparazione pazienti, una zona risveglio utenti, un deposito presidi e strumentario chirurgico e un deposito materiale sporco. Sono inoltre definiti i requisiti minimi impiantistici, tecnologici e strutturali per tutte le altre aree.
Oltre a quelle indicate, sono da citare altre normative tecniche che disciplinano vari settori. La UNI 10339 “Impianti aeraulici ai fini di benessere. Generalità, classificazione e requisiti. Regole per la richiesta d’offerta, l’offerta, l’ordine e la fornitura” è in vigore dal 1995. Prescrive che gli impianti, al fine di garantire livelli di benessere accettabili per le persone, in accordo con le esigenze di contenimento dei consumi energetici, assicurino:
- un’immissione di aria esterna almeno pari a determinati valori minimi in funzione della destinazione d’uso dei locali;
- una filtrazione minima dell’aria;
- una movimentazione dell’aria con velocità entro determinati limiti.
Il tutto per mantenere nel volume convenzionalmente occupato dalle persone, adeguate caratteristiche termiche, igrometriche e di qualità dell’aria. Di seguito si riportano i dati tecnici in
14
merito alla ventilazione e ai dispositivi per garantire una corretta qualità dell’aria in ambito ospedaliero (tabella 1.3):
Zona Portata aria esterna minima
Degenze 11 litri/s per persona
Corsie 11 litri/s per persona
Camere sterili 11 litri/s per persona
Camere per infettivi Specificata in base alle esigenze
Sale mediche/soggiorni 8,5 litri/s per persona
Terapie fisiche 11 litri/s per persona
Sale operatorie/sale parto Specificata in base alle esigenze
Servizi igienici Estrazione di 8 volumi/ora
Tabella 1.3 Portata aria esterna minima
Le portate indicate devono essere corrette in funzione dell’altitudine applicando specifici coefficienti correttivi a seconda dell’altezza sul livello del mare. Come si nota, anche per le degenze e per le corsie è resa obbligatoria la ventilazione senza ricircolo, particolarmente onerosa a livello energetico.
Di fondamentale importanza sono anche le indicazioni relative alla filtrazione presentate in tabella 1.4:
Zona Classe filtri (min-max) Catena di filtrazione
Degenze F6-F8 M+A
Corsie F6-F8 M+A
Camere sterili e infettivi H10-H11 M+A+AS
Maternità, anestesia e
radiazioni H10-H11 M+A+AS
Prematuri e sale operatorie H11-H12 M+A+AS
Visite mediche F6-F8 M+A
Soggiorni e terapie fisiche F6-F8 M+A
15 La norma indica anche le velocità dell’aria massime ammissibili nel volume occupato per mantenere le condizioni di benessere (tabella 1.5). Da notare che gli obblighi di ventilazione e di massima velocità dell’aria sono legati tra loro.
Zona Riscaldamento [m/s] Raffrescamento [m/s]
Degenze, corsie, camere sterili, infettivi, visite mediche
e soggiorni
0,05-0,1 0,05-0,15
Maternità, anestesia, radiazioni, prematuri e sale
operatorie
0,05-0,1 0,05-0,15
Terapie fisiche 0,1-0,2 0,15-0,25
Tabella 1.5 Velocità massime dell’aria
Altra norma di fondamentale importanza è la UNI 11425 che definisce i requisiti richiesti dall’impianto VCCC (Ventilazione Climatizzazione Controllo e Contaminanti) asservito al blocco operatorio (tabella 1.6). L’impiego di aria di ricircolo nelle singole sale operatorie è consentito a patto che tale aria venga estratta ed immessa nella stessa sala operatoria, senza venire a contatto con flussi d’aria provenienti dalle altre.
16
17 Per quanto riguarda la richiesta di acqua calda sanitaria risultano interessanti le ultime indicazioni suggerite dalla norma UNI 9182 del 2014 “Impianti di alimentazione e distribuzione d'acqua fredda e calda - Progettazione, installazione e collaudo” (tabella 1.7):
Tabella 1.7 Richiesta acqua calda sanitaria
Sono inoltre presenti le indicazioni nella Normativa UNI 11300-2 (tabella 1.8).
Categoria di edificio Fabbisogno di ACS
Attività ospedaliera day hospital 10 litri/giorno per posto letto Attività ospedaliera con pernottamento e
lavanderia 90 litri/giorno
Tabella 1.8 Fabbisogno acqua calda sanitaria
Tali valori si riferiscono ad una temperatura dell’acqua calda di 40°C e ad una temperatura dell’acqua di acquedotto di 15°C. E’ però necessario considerare che in molti ospedali il numero di posti letto non è un dato particolarmente significativo e potrebbe portare ad una stima della spesa energetica per ACS discordante dal dato reale, pertanto potrebbe essere significativo riferirsi al numero delle docce presenti.
Ad integrazione delle normative italiane è consuetudine fare riferimento anche alle più importanti normative estere, in particolare la tedesca DIN 1946-4 “Ventilation and air conditioning – Part 4: VAC system in buildings and rooms used in the health care sector” e la statunitense ASHRAE 170-2013 “Ventilation of heath care facilities”. Le condizioni di pressione prescritte da quest’ultima per i vari locali, al fine di evitare possibili contaminazioni e fughe di flussi batterici, sono normalmente impiegate anche in Italia (tabella 1.9):
18
Zona Condizioni di pressione rispetto all’ambiente circostante
Sale operatorie, traumatologia, parto, nursery e
terapia intensiva Sovrapressione
Camere di degenza normale Controllo non necessario
Servizi igienici Depressione
Reparto di isolamento per infettivi Depressione
Reparto di isolamento per immunodepressi Sovrapressione
Laboratori Specificate in base alle esigenze
Visite mediche Controllo non necessario
Locali di medicazione Sovrapressione
Sterilizzazione e lavanderia Depressione
Tabella 1.9 Condizioni di pressione rispetto all’ambiente circostante
19
2. L’Ospedale Versilia di Lido di Camaiore
La Legge Regionale n°84 del 28 dicembre 2015 ha previsto un riordino nell’assetto istituzionale e organizzativo del sistema sanitario regionale toscano e ha portato all'accorpamento delle aziende sanitarie, che da 12 sono diventate 3:
1. Azienda USL Toscana Centro, che riunisce le precedenti aziende dell'area vasta centro: ASL 3 di Pistoia, ASL 4 di Prato, ASL 10 di Firenze, ASL 11 di Empoli;
2. Azienda USL Toscana Nord Ovest, che riunisce ASL 1 di Massa Carrara, ASL 2 di Lucca, ASL 5 di Pisa, ASL 6 di Livorno, ASL 12 di Viareggio;
3. Azienda USL Toscana Sud Est, che riunisce le ASL 7 di Siena, ASL 8 di Arezzo, ASL 9 di Grosseto.
L’ospedale Versilia è pertanto passato dall’azienda USL 12 di Viareggio costituita con L.R. n. 28 del 23/03/1995, all’azienda USL Toscana Nord Ovest, che raccoglie al suo interno anche i presidi ospedalieri di Massa Carrara, Lucca, Pisa e Livorno.
Figura 2.1 L'Ospedale Versilia
20
Figura 2.2 Posizione dell'Ospedale
2.1. Attività sanitaria
L’idea di realizzare il Nuovo Ospedale della Versilia è nata in base ad un programma di riorganizzazione ospedaliera approvato dalla Regione Toscana nel dicembre 1988: costruito in soli cinque anni è stato inaugurato il 13 giugno del 2002 e ha sostituito i 4 vecchi ospedali di Viareggio, Camaiore, Pietrasanta e Seravezza. L’Ospedale ha un bacino di utenza di 165.000 abitanti distribuiti in sette Comuni, che diventano mezzo milione durante la stagione estiva con un flusso giornaliero di oltre 3.500 persone tra operatori, pazienti e parenti. Attualmente il presidio ospita le seguenti attività (tabella 2.1):
REPARTI AMBULATORI SERVIZI
Blocco parto Anatomia Patologica Bar
Blocco operatorio Pronto soccorso Farmacia
Rianimazione Centro prelievi Cappella
Cardiologia Centro trasfusionale Biblioteca
Chirurgia 1 Laboratorio Analisi Accettazione
Chirurgia Polispecialistica Odontoiatria Uffici amministrativi
Ginecologia Poliambulatori Direzione sanitaria
Medicina Alta Intensità Medicina Riabilitativa Mensa
Medicina Media Intensità Ginecologia Banca
21
Ematologia Radiologia Obitorio
Oculistica Centrale 118
Ortopedia Centrale di Sterilizzazione
Ostetricia Laboratorio Farmaceutico
Pediatria Distribuzione Farmaci
Psichiatria Istituto Toscano Tumori
Urologia Istituto Stomatologico
Toscano
Week Hospital Auditorium
Day Surgery Sale Didattiche
Day Hospital Medicina Day Hospital Ortopedia Day Hospital Oncologia Day Hospital Cardiologia
Oncologia Procreazione Assistita Medicina Riabilitativa cod. 56 Medicina Riabilitativa cod. 75
Pneumologia Dermatologia Nido - UTIN
UTIC
22
L’ospedale dispone di 440 posti letto (373 in ricovero ordinario e 67 in Day Hospital, dati 2015), oltre ai letti tecnici (dialisi, culle, breve degenza), situati in camere singole o doppie, tutte con aria condizionata, bagno personale e vista “direzione Alpi Apuane” o “direzione mare”.
23 I posti letto relativi alle degenze ordinarie sono così ripartiti tra i vari reparti:
Figura 2.4 Ripartizione posti letto degenze ordinarie
L’attività di Day Hospital presenta questa ripartizione dei posti letto:
Figura 2.5 Ripartizione posti letto Day Hospital
Chirurgia Generale; 45 Oculistica; 1 Ortopedia E Traumatologia; 40 Otorinolaringoiatri a; 8 Urologia; 19 Cardiologia; 17 Malattie Endocrine, Del
Ricambio E Della Nutrizione; 2 Geriatria; 4 Medicina Generale; 46 Nefrologia; 10 Neurologia; 6 Dermatologia; 1 Gastroenterologia; 12 Pneumologia; 10 Terapia Intensiva; 10 Nido; 25 Ostetricia E Ginecologia; 28 Pediatria; 18 Neonatologia; 8 Ematologia; 6 Oncologia; 12 Recupero E Riabilitazione Funzionale; 19 Neuro-Riabilitazione; 14 Psichiatria; 12
Posti letto
Degenze ordinarie
Chirurgia Generale; 3 Oculistica; 1 Ortopedia E Traumatologia; 2 Otorinolaringoiatria; 2 Urologia; 1 Cardiologia; 3 Medicina Generale; 6 Nefrologia; 2 Neurologia; 2 Dermatologia; 1 Ostetricia E Ginecologia; 4 Pediatria; 2 Ematologia; 4 Oncologia; 16 Recupero E Riabilitazione Funzionale; 14 Neuro-Riabilitazione; 1 Psichiatria; 3Posti letto
Day Hospital
24
Nell’anno 2015 sono stati effettuati 14.428 ricoveri di cui 8.856 medici e 5.533 chirurgici con una durata media di 6,43 giorni e un tasso di occupazione dei posti letto pari a 69,07%.
Figura 2.6 Ripartizione ricoveri ordinari
Il Day Hospital ha ospitato 3.638 ricoveri ripartiti sui vari reparti.
Figura 2.7 Ripartizione ricoveri Day Hospital Chirurgia Generale; 1.755 Oculistica; 3 Ortopedia E Traumatologia; 2.179 Otorinolaringoiatria; 287 Urologia; 1.324 Cardiologia; 909
Malattie Endocrine, Del Ricambio E Della Nutrizione; 3 Geriatria; 8 Medicina Generale; 1.634 Nefrologia; 299 Neurologia; 224 Dermatologia; 9 Gastroenterologia; 490 Pneumologia; 328 Terapia Intensiva; 188 Nido; 1.073 Ostetricia E Ginecologia; 1.684 Pediatria; 693 Neonatologia; 105 Ematologia; 213 Oncologia; 296 Riabilitazione ; 243 Neuro-Riabilitazione; 73 Psichiatria; 408
Ricoveri ordinari
Chirurgia Generale; 576 Oculistica; 340 Ortopedia E Traumatologia; 232 Otorinolaringoiatria; 205 Urologia; 102 Cardiologia; 95 Medicina Generale; 1 Nefrologia; 231 Neurologia; 16 Dermatologia; 13 Ostetricia E Ginecologia; 771 Pediatria; 38 Ematologia; 116 Oncologia; 454 Recupero E Riabilitazione Funzionale; 267 Psichiatria; 18125 Il presidio ha richiamato pazienti provenienti anche da aree esterne a quelle comprese nel territorio coperto dall’USL Toscana Nord Ovest, per un totale di 1.798 pazienti sia Toscani che di altre regioni.
Figura 2.8 Pazienti provenienti da zone esterne all’USL Toscana Nord Ovest
Nel 2015 sono state effettuate 5.815 operazioni di tipo ordinario, 2.076 in Day Surgery e 8.592 di tipo ambulatoriale.
Figura 2.9 Operazioni ordinarie USL CENTRO 28% USL SUD-EST 4% EXTRA REGIONE 68%
Attrattività
CHIRURGIA; 1.416 DERMATOLOGIA; 7 OCULISTICA ; 10 ORTOPEDIA; 2.055 OTORINO; 253 UROLOGIA; 1.166 OSTETRICIA E GINECOLOGIA; 759 NEFROLOGIA E DIALISI; 57 PNEUMOLOGIA; 28 ANESTESIA E RIANIMAZIONE; 60 CARDIOLOGIA; 1 DIREZIONE SANITARIA P.O.; 3Operazioni Ordinarie
26
Figura 2.10 Operazioni in Day Surgery
Figura 2.11 Operazioni ambulaoriali
Per quanto riguarda l’attività del Pronto Soccorso, sono stati conteggiati 76.751 accessi, 16.086 dei quali relativi al settore pediatrico, categorizzati mediante colori diversi relativi alla gravità e urgenza del caso.
CHIRURGIA; 517 DERMATOLOGIA; 8 OCULISTICA; 329 ORTOPEDIA; 168 OTORINO; 101 UROLOGIA; 106 OSTETRICIA E GINECOLOGIA; 575 NEFROLOGIA E DIALISI; 197 PNEUMOLOGIA; 74 DIREZIONE SANITARIA P.O.; 1
Operazioni Day Surgery
CHIRURGIA; 359 DERMATOLOGIA; 2.573 OCULISTICA; 2.034 ORTOPEDIA; 221 OTORINO; 69 UROLOGIA; 126 CENTRO PROCREAZIONE ASSISTITA; 1.932 OSTETRICIA E GINECOLOGIA; 860 PNEUMOLOGIA; 63 ANESTESIA E RIANIMAZIONE; 355
Operazioni Ambulatoriali
27
Figura 2.11 Codici accessi Pronto Soccorso
Figura 2.12 Codici accessi Pronto Soccorso Pediatrico
Rosso; 700
Giallo; 15.897
Verde; 31.383 Azzurro; 11.880
Bianco; 719 Altri; 86
Accessi Pronto Soccorso
Rosso; 11 Giallo; 491
Verde; 12.197 Azzurro; 4
Bianco; 3.372 Altri; 11
28
2.2. La struttura
La struttura ospedaliera è costituita da due corpi paralleli, della lunghezza di 260 m circa e della larghezza di 28 m, collegati da quattro corpi doppi trasversali della lunghezza di 23 m e della larghezza di 19 m, posti sulle due testate e in punti intermedi. In aggiunta ci sono tre torri di connettivo verticale, di cui due in corrispondenza delle due testate e la terza in posizione assiale mediale. L’edificio si sviluppa su sette livelli – due al di sotto del terreno (uno dei quali adibito a parcheggio coperto) e cinque fuori terra - per un’altezza complessiva che non supera i 18 metri. All’edificio principale è collegata, sul lato Nord-Ovest, una struttura composta da due piani interrati, di circa 48 m per 62 m, contenente i locali tecnici e la cucina centrale, servita da un piazzale per lo scarico delle merci e il carico dei rifiuti. La struttura complessiva è compatta secondo la tipologia del monoblocco e sorge all’interno di una pineta di 11 ettari. La superficie utilizzata a terra è di circa 25.000 m2 con un volume abitabile (escluso il parcheggio) di circa 200.000 m3. Il livello 1 dell’ospedale (esclusi i locali tecnici) è occupato dall’autorimessa per il personale, per un totale di circa 620 autovetture, cui si accede mediante 5 rampe. Il parcheggio è aperto verso le corti interne ed è ulteriormente ventilato da un cavedio perimetrale a cielo aperto dove sono collegate le scale di fuga. All’interno delle due corti poste alle estremità sono presenti due corpi destinati a depositi e officine, la cui copertura è attrezzata a giardino pensile. I livelli 2 e 3 sono caratterizzati da una struttura in cemento armato coperta da una muratura in laterizio rivestita in piastrelle di cotto. Le pareti esterne della parte emergente hanno un andamento obliquo verso l’interno e si collegano, al livello 4, ad un portico perimetrale. Da questo livello la struttura portante è realizzata in profilati metallici. Il livello 4 è quasi completamente vetrato (salvo l’inserimento di pannellature opache dove necessario). Da questo livello, cui i visitatori accedono dall’atrio centrale, si diramano i collegamenti del pubblico alle degenze. Queste occupano il livello 5 e 6. Sulla copertura del livello 6 sono collocati i locali tecnici, articolati in 12 corpi a struttura metallica.
Tra le caratteristiche del complesso vi è il rispetto per l'ambiente circostante, la separazione dei percorsi per i dipendenti, i visitatori, le emergenze, le merci. La progettazione architettonica ha prioritariamente ricercato un rapporto positivo tra gli elementi ambientali e naturali che caratterizzano l’area e l’edificio - la vicinanza al mare, alla spiaggia, alla barriera di pini costieri. La scelta di non superare con l’altezza dell’edificio la chioma dei pini frontali al fine di non incidere negativamente sullo sky line della Versilia ha prodotto una morfologia dell’ospedale che si è sviluppata con un andamento lineare e compatto (né a piastra, né a torre).
29 Le dimensioni dell’edificio e la crescente vocazione degli ospedali ad essere sempre più “energivori” hanno sviluppato l’attenzione del progetto all’efficienza energetica strutturale sulla base delle seguenti linee guida:
- Studio dei materiali costruttivi per favorire l’aumento dell’inerzia termica dell’involucro edilizio:
Pareti ventilate nella parte esterna
Isolamento a cappotto nelle corti interne
Tetto rovescio isolato e ventilato
Finestrature a taglio termico
Copertura a verde dei magazzini
Pellicole schermanti su superfici vetrate con esposizione sfavorevole nel periodo estivo;
- Mitigazione dell’irraggiamento solare con sistemi di finitura edilizia (brise-soleil, lamelle in alluminio);
- Attenzione all’orientamento dell’edificio e sfruttamento della pineta come schermo all’irraggiamento, soprattutto nel periodo estivo.
2.3. Dati ambientali
Il complesso ospedaliero è situato a Lido di Camaiore, località turistica frazione del comune di Camaiore lungo il litorale della Versilia. La zona gode di un clima particolarmente temperato. Le giornate di sole in un anno sono mediamente 270, con temperature medie di 24,5°C d'estate e 9,4°C d'inverno. Grazie alla vicinanza del mare alle montagne, in estate si ha una moderata calura, mentre in inverno l'enorme massa di acqua, cede il calore accumulato mitigando i rigori tipici della stagione. Il comune di Camaiore si colloca nella zona climatica D, pertanto il periodo di riscaldamento previsto per legge è di giorni 166 e precisamente dal 1° novembre al 15 aprile. I gradi giorno del Comune sono 1485 GG, determinati in base al D.P.R. 412 del 26/08/93 e successive modifiche e integrazioni. La temperatura minima di progetto dell’aria esterna secondo norma UNI 5364 e successivi aggiornamenti è 0°C. Le temperature medie mensili e le umidità relative medie mensili esterne determinate in base alla norma UNI 10349 sono le seguenti (tabella 2.2):
30
Gen Feb Mar Apr Mag Giu Lug Ago Set Ott Nov Dic
Tmed
[°C] 7,0 4,6 10,5 13,0 17,1 21,4 23,9 23,5 20,8 16,1 11,5 8,10 U.R.
[%] 81,5 79,6 73,0 72,4 71,3 70,7 66,1 67,7 74,2 77,1 82,6 82,3
Tabella 2.2 Temperatura e umidità media mensile esterne
L’Ospedale si trova in una zona periferica rispetto al centro città e sorge all’interno di una pineta di 11 ettari che separa la struttura dalla trafficata via Aurelia. Sul lato opposto alla costa, è presente un grande parcheggio delimitato da un canale nel quale confluiscono le acque piovane.
Attraverso i dati registrati dal sistema di telecontrollo che gestisce il complesso impiantistico del presidio, è stato possibile analizzare gli andamenti climatici mensili di 10 anni e ricavare dei valori medi relativi alla zona oggetto di studio (tabella 2.3):
Tabella 2.3 Temperature medie mensili dal 2006 al 2015
Figura 2.13 Temperatura media mensile
TEMPERATURA ESTERNA (°C) 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 MEDIA Gennaio 4,7 9,5 9,3 6,8 6,6 7,7 7,3 7,6 9,8 8,4 7,8 Febbraio 7,2 9,6 7,5 7,5 8,6 7,7 5,1 6,5 11,4 8 7,9 Marzo 10,5 11,9 11,5 11 10,9 10,1 12,4 10,4 12,1 12 11,3 Aprile 15,6 16,7 14,4 16,6 15,2 16,1 14,7 15,5 15,9 15 15,6 Maggio 19,2 20 19,5 20,8 18,4 20,6 18,4 18,2 19 20 19,4 Giugno 22,9 23,2 22,4 23,6 23,3 23,8 24,3 22,5 23,8 24,6 23,4 Luglio 27,6 25,1 25,7 26,1 27,2 25,2 26,4 26,6 23,9 28,1 26,2 Agosto 24,2 24 25,5 27,1 24,5 25,4 26,3 25,7 24,4 25,6 25,3 Settembre 21,7 21 22,2 22,3 20,8 22,8 21 21,8 21,9 22 21,8 Ottobre 17,6 15,8 17,5 16,3 15,8 16,1 17,8 19 19 17 17,2 Novembre 13,6 10,4 11,5 13,2 12 11,8 13,3 13 15,2 13,6 12,8 Dicembre 9,1 6,6 8,3 8,1 8,1 9,9 7,4 8,4 10,5 11 8,7 7,8 7,9 11,3 15,6 19,4 23,4 26,2 25,3 21,8 17,2 12,8 8,7 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 TE M PE R A TU R A E STE R N A ( °C)
31 La velocità media del vento a 50 m s.l.d.m. è di 4,53 m/s ed è così distribuita sui vari mesi dell’anno1:
Figura 2.14 Velocità del vento media mensile
La media della radiazione solare globale orizzontale annuale è pari a 4,22 kWh/(m2 day)2 e varia durante l’anno con l’andamento seguente:
Figura 2.15 Radiazione solare media mensile e indice di serenità
2.4. Generalità impianto
2.4.1. Centrale termica
L’ospedale Versilia presenta al suo interno 2 impianti di cogenerazione, uno costituito da un motore endotermico e l’altro da microturbine, entrambi alimentati a gas metano.
1
Dati Homer Pro Microgrid Analysis Tool 3.7.2
2 Dati Homer Pro Microgrid Analysis Tool 3.7.2 2 Dati Homer Pro Microgrid Analysis Tool 3.7.2
5,57 5,6 4,88 4,66 3,86 3,65 3,38 3,57 3,75 4,66 5,17 5,62 0 1 2 3 4 5 6
Gen Feb Mar Apr Mag Giu Lug Ago Set Ott Nov Dic
Veloc ità m e d ia d e l v e n to [ m /s] 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 In d ic e d i se re n tità R ad iazi o n e gi o rn al ie ra [kWh /(m q d ay )]
32
Il motore a combustione interna è stato avviato nel 2003 ed è adibito alla produzione di energia elettrica, vapore e acqua calda. Di seguito si riportano le caratteristiche principali dell’impianto3:
- Cilindrata: 48,7 l
- Ciclo di funzionamento: 4 tempi - Numero di cilindri: 20
- Disposizione cilindri: V 70°
- Rapporto di compressione: ε=11,8
- Consumo combustibile a pieno carico: 273 Nm³/h - Consumo olio lubrificante: 0,3 g/kWh
- Tipologia: motore a combustione interna
- Fonte di energia primaria: gas metano (portata 270 Nm3/h);
- Vettori termici resi disponibili all’area di consumo: vapore a 8 bar e acqua calda 60-80°C; - Potenza meccanica nominale: 1034 kW;
- Potenza elettrica nominale: 1003 kW;
- Potenza termica recuperabile primo stadio intercooler: 154 kW; - Potenza termica recuperabile circuito olio: 115 kW;
- Potenza termica recuperabile acqua di raffreddamento motore: 354 kW; - Potenza termica recuperabile gas di scarico raffreddati a 120°C: 649 kW; - Temperatura gas di scarico a pieno carico: 500°C;
- Rendimento elettrico: 38,6%; - Rendimento termico: 49,1%; - Rendimento complessivo: 87,7%.
Il generatore di vapore a recupero GVR dell’impianto ha le seguenti specifiche: - Potenza nominale: 500 kW;
- Portata vapore nominale: 750 kg/h; - Pressione di esercizio: 8 bar;
- Fonte di energia primaria: gas di scarico.
Il generatore di acqua calda a recupero GAR è così caratterizzato: - Potenza utile resa all’acqua: 602 kW;
- Temperatura acqua all’ingresso del recuperatore: 60°C;
33 - Temperatura acqua all’uscita del recuperatore: 80°C;
- Fonte primaria di energia: gas di scarico.
34
35 La seconda unità cogenerativa si è affiancata successivamente all’impianto originario e ai generatori di energia termica tradizionali, presenti all’interno dell’ospedale. Essa è composta da 3 microturbine da 200 kWe ciascuna, assemblate in un unico modulo di cogenerazione, racchiuso all’interno di una cofanatura insonorizzante:
- Potenza meccanica: 630 kW; - Potenza elettrica nominale 600 kW; - Portata gas di scarico: 14364 kg/h; - Temperatura uscita gas di scarico: 280°C.
Figura 2.18 Spaccato microturbina da 200 kWe
Le 3 turbine azionano ciascuna il proprio alternatore (generatore sincrono a magneti permanenti accoppiato a un dispositivo di conversione statica) mentre i gas di scarico escono dalle turbine a 280°C e vengono convogliati in un unico condotto fumi. Il calore residuo contenuto nei fumi viene recuperato per la produzione di acqua calda a 80°C (temperatura di ritorno a 60°C) tramite uno scambiatore fumi/acqua. Una serie di valvole sul condotto gas di scarico permette di convogliare i fumi ai due scambiatori in serie, oppure solo al generatore di vapore, oppure di bypassare direttamente entrambi i recuperi termici. Le caratteristiche nominali dei 2 scambiatori sono le seguenti:
- Scambiatore fumi/vapore:
Potenza nominale: 420 kW;
Portata vapore: 630 kg/h;
Pressione vapore: 8 bar;
36
Temperatura gas di scarico all’ingresso dello scambiatore: 280°C;
Temperatura gas di scarico all’uscita dello scambiatore: 179,5°C. - Scambiatore fumi/acqua:
Potenza nominale: 400 kW;
Portata acqua: 17,2 m3/h;
Portata gas di scarico: 14.364 kg/h;
Temperatura acqua all’ingresso dello scambiatore: 60°C;
Temperatura acqua all’uscita dello scambiatore: 80°C;
Portata gas di scarico: 14.364 kg/h;
Temperatura gas di scarico all’ingresso dello scambiatore: 179,5°C;
Temperatura gas di scarico all’uscita dello scambiatore: 83,7°C.
Fig. 2.19 Scambiatore fumi/acqua calda
Prima di entrare in turbina, il gas metano proveniente dalla rete viene compresso a 5,5 bar, tramite 2 gruppi di compressione all’esterno del locale turbine; i 2 compressori sono uno di riserva all’altro e sono da 30 kW.
37
38
Per la produzione di energia elettrica aggiuntiva, sulla copertura dell’ospedale è installato un impianto fotovoltaico da 198 kWp suddivisi in 2 porzioni da 99,36 kWp ciascuna. Si compone di 72 stringhe da 12 moduli policristallini da 230 Wp cadauno. Da qui l’energia è convertita da 4 inverter DC/AC ciascuno da 40 kW, collegati a 2 quadri elettrici con le relative protezioni.
Fig. 2.21 Impianto fotovoltaico
Per quanto riguarda la produzione di vapore, oltre alle due unità cogenerative, sono presenti 2 generatori di vapore tradizionali:
- Generatore di vapore GV1:
Potenza nominale: 460 kW;
Portata vapore nominale: 700 kg/h;
Pressione vapore di esercizio: 8 bar;
Fonte di energia primaria: gas metano. - Generatore di vapore GV2:
Potenza nominale: 2093 kW;
Portata vapore nominale: 3 ton/h;
Pressione vapore di esercizio: 8 bar;
39 Tutto il vapore prodotto confluisce in un unico collettore vapore.
La produzione di acqua calda (salto termico 60-80°C) è deputata ai 2 cogeneratori e a sistemi tradizionali:
- Generatore acqua calda GAC1:
Potenza utile: 3500 kW;
Potenza al focolare: 3785 kW;
Fonte energia primaria: gas metano. - Generatore acqua calda GAC2:
Potenza utile: 3500 kW;
Potenza al focolare: 3785 kW;
Fonte energia primaria: gas metano. - Generatore acqua calda GAC3:
Potenza utile: 895 kW;
Potenza al focolare: 992 kW;
Fonte energia primaria: gas metano.
40
- Scambiatore vapore/acqua 1:
Potenza utile resa all’acqua: 406 kW;
Fonte energia primaria: vapore saturo 8 bar. - Scambiatore vapore/acqua 2:
Potenza utile resa all’acqua: 406 kW;
Fonte energia primaria: vapore saturo 8 bar.
Nell’impianto è inoltre presente un degasatore, la cui portata nominale è 420 kg/h, in cui vengono convogliati i ritorni delle condense e il reintegro dell’acqua osmotizzata.
2.4.2. Centrale pompe
L’acqua calda presente nel collettore di mandata viene prelevata da 3 diverse utenze: - Pompe a servizio dell’unità di trattamento aria e dei ventilconvettori;
- Pompe a servizio del circuito radiatori,
- Pompe a servizio degli scambiatori per la produzione di acqua calda sanitaria. 2.4.3. Centrale idrica
Esistono 2 sistemi di accumulo dell’acqua potabile con capacità rispettivamente di 300 m3 e 70 m3 e uno per l’accumulo di acqua industriale interno da 350 m3. A questi si collegano i numerosi gruppi di pressurizzazione che servono l’impianto di distribuzione dell’acqua potabile, l’impianto antincendio (sprinkler e idranti), l’impianto di distribuzione dell’acqua industriale (per cassette WC e irrigazione), l’impianto di distribuzione dell’acqua addolcita (separato in piani alti e piani bassi, distinti dalla prevalenza imposta), l’impianto di distribuzione dell’acqua osmotizzata.
41 2.4.4. Centrale frigorifera
Figura 2.24 Schermata BMS relativa a centrale frigo
La centrale frigorifera è composta da 3 gruppi frigo funzionanti in parallelo tra loro, 2 centrifughi da 1300 kWf e uno a vite da 1270 kWf. I 3 gruppi utilizzano come fluido refrigerante acqua proveniente da 3 torri evaporative a circolazione forzata con potenzialità termica complessiva di 3012 kW. In aiuto ai gruppi frigo, è stato installato un gruppo ad assorbimento con bromuro di litio con adduzione preferenziale dai sistemi di cogenerazione, di potenzialità frigorifera pari a 572 kW, a sua volta raffreddato da acqua proveniente da torre evaporativa a convezione forzata da 1123 kW. La centrale frigorifera rimane spenta se la media delle temperature di saturazione dei locali speciali è inferiore ad un valore prestabilito (17/18°C), dal momento che in tali condizioni è possibile raffrescare mediante regime di free cooling senza l’ausilio dei gruppi frigo.
42
Fig. 2.25 Gruppi frigo centrifughi
43
Fig. 2.27 Gruppo frigo ad assorbimento
Figura 2.28 Torri evaporative
2.4.5. Impianto di climatizzazione
L’impianto si compone di un totale di 45 unità di trattamento aria (d’ora in poi UTA), suddivise in due gruppi installati al secondo e al settimo livello dell’edificio. E’ prevista una differenziazione delle tecnologie utilizzate in funzione del tipo di area servita:
44
- Degenze: è stato installato un impianto a tutt’aria esterna multizona con controllo delle temperature per zone omogenee. Il parametro di controllo per il funzionamento ottimale è la temperatura di saturazione, ossia quel particolare valore di temperatura alla quale l’acqua, evaporando nell’aria, porta l’aria stessa a saturazione allo stesso valore di temperatura. Con una corretta impostazione del valore di questa temperatura si ottengono in ambiente le condizioni termoigrometriche necessarie per il benessere degli utenti. E’ prevista la possibilità di recupero di calore di tipo statico aria/aria (serranda di free cooling);
- Uffici e laboratori: l’impianto è di tipo misto a ventilconvettori a 2 tubi e aria primaria. I ventilconvettori controllano la temperatura ambiente (carico sensibile) mentre l’aria agisce sull’umidità relativa (carico latente). Al settimo livello sono dedicate a questa zona 16 UTA con inverter e singolo motore ad alta efficienza su mandata e ripresa, al secondo livello sono presenti 20 UTA con motore singolo su mandata e ritorno;
- Reparti speciali e sale operatorie: l’impianto è a tutt’aria esterna con filtri assoluti sui terminali di immissione. E’ prevista la possibilità di recupero di calore di tipo statico aria/aria e di controllo della temperatura e dell’umidità relativa indipendente per ogni singola sala operatoria. Sono dedicate a questa zona 5 UTA al settimo livello con inverter e doppio motore su mandata e ripresa e 6 UTA al secondo livello con doppio motore su mandata e ripresa.
2.5. Building Management System (BMS)
Tutta l’impiantistica fa capo a un sistema integrato di monitoraggio e gestione degli impianti basato su un apparato di telecontrollo polifunzionale con componenti di building automation e software di supervisione, il quale permette in particolar modo di ottenere una migliore regolazione dell’impianto di climatizzazione mediante la presenza di sonde di temperatura, umidità, pressione in varie posizioni strategiche. L’integrazione degli impianti nel sistema di supervisione permette di gestire in maniera completamente centralizzata gli impianti tecnologici del presidio permettendo l’ottimizzazione del funzionamento complessivo. La sala regia è situata al secondo livello dell’edificio e consente di avere concentrati in un unico terminale tutti i parametri su cui agire per un’ottimale conduzione dell’impiantistica stessa e di intervenire in tempo reale in caso di anomalie o guasti.
Il software installato è il Satchwell Sigma della ditta Schneider, un sistema per la gestione di edifici che comprende controllori e dispositivi di comunicazione e può essere impiegato in molteplici
45 applicazioni di controllo di ambienti ed edifici. Il sistema Sigma è flessibile, i controllori sono stati progettati per collegarsi a diversi tipi di dispositivi hardware. Ogni controllore distribuito contiene le impostazioni necessarie per eseguire operazioni di controllo automatico. Inoltre è un sistema aperto, in quanto impiega tecniche di comunicazione basate su standard industriali, e scalabile, che può essere applicato sia ad un unico controllore posto in una singola stanza sia ad un impianto complesso. E' adattabile e può essere personalizzato per consentire l’accesso dell’utente alle varie parti del sistema tramite la Graphical User Interface (GUI), un’interfaccia user friendly. Sigma consente agli utenti di interrogare e raccogliere informazioni dalla raffigurazione pittorica dei singoli componenti e dispone di strumenti per l’impostazione di allarmi in tempo reale legati a guasti o problematiche relative al funzionamento dell'impianto. Gli allarmi più rilevanti sono inviati a dispositivi mobili come cercapersone e cellulari.
Fig. 2.29 Home page sistema di telecontrollo
Un sistema di gestione dell’edificio viene spesso descritto come un sistema a tre livelli:
- Gestione: componenti hardware e software che permettono all’utente di gestire e monitorare l’edifico, inclusi gli strumenti disponibili per la raccolta di informazioni utili attraverso il sistema;
- Automazione: componenti hardware e software utilizzati per controllare automaticamente e monitorare gli impianti dell’edificio, senza richiedere la presenza costante dell’operatore;
46
- Campo: una grande quantità di componenti e sistemi che effettivamente comandano ed effettuano misurazioni delle funzioni dell’edificio. Tali dispositivi sono, di solito, collegati direttamente ai controllori di livello automazione.
2.5.1. Automazione
Un edificio moderno è un complesso di centinaia di sistemi di processo che devono essere controllati e coordinati automaticamente e in maniera affidabile. Sono molti i requisiti indispensabili che un controllore del livello automazione deve possedere:
Figura 2.30 Caratteristiche di un controllore del livello automazione
Tali requisiti devono essere valutati in termini di configurazione e comportamento del controllore. Nel sistema Sigma il controllore è configurato secondo strategie di controllo specifiche e si comporta applicando a tale configurazione algoritmi residenti in memoria.
47 I controllori del livello automazione realizzano un controllo distribuito perché ognuno di essi contiene una serie completa di algoritmi in grado di gestire uno specifico impianto in modo efficiente. Si riportano alcuni esempi di algoritmi di controllo:
- PID: algoritmo per il controllo proporzionale, integrale e derivativo, che include tecniche di riposta a gradino per tarare un loop di regolazione, nonché una rappresentazione grafica di ausilio per la taratura di un loop;
- Programma orario: una funzione orologio che può essere configurata per attivare o arrestare un dispositivo a orari prefissati nel corso di una settimana;
- Programma vacanze: una funzione calendario che può essere configurata per attivare o arrestare un dispositivo a orari prefissati nel corso dell’anno;
- Ottimizzazione: un controllo che tiene in considerazione i fattori esterni che influenzano l’aumento o la diminuzione della temperatura all’interno dell’edificio e, di conseguenza, varia automaticamente i tempi di accensione e spegnimento del riscaldamento e del raffreddamento;
- Generatore di riserva: quando l’alimentazione del sistema viene fornita dal generatore di riserva anziché dalla rete elettrica, l’accensione dei vari impianti deve essere regolata in modo da evitare di sovraccaricare il generatore;
- Comando manuale: molti algoritmi di controllo possono essere esclusi dall’utente;
- Allarmi: è possibile configurare algoritmi di controllo in modo da segnalare all’operatore condizioni di funzionamento anomalo dell’impianto tramite un allarme. Il controllore mantiene una registrazione di tali allarmi e continua a inviarli alla relativa destinazione; - Registrazioni: le operazioni dell’impianto possono essere registrate per l’analisi storica. 2.5.2. Controllo di una regolazione semplice
Un loop di regolazione nel sistema Sigma è formato essenzialmente da quattro oggetti:
- Un oggetto Ingresso Analogico: fornisce l’indicazione del valore corrente del parametro preso in considerazione;
- Un oggetto Set Point (valore impostato): permette all’utente di specificare il valore desiderato per il parametro scelto;
- Un oggetto di Regolazione: questo oggetto calcola quale valore deve essere assunto dall’uscita di controllo per il raggiungimento e mantenimento del valore desiderato; - Un oggetto Uscita Analogica: questo oggetto influenza le condizioni dell’impianto per
48
Di seguito si riporta un esempio della logica di controllo della temperatura dell’acqua all’interno di uno scambiatore:
Figura 2.32 Controllo temperatura acqua in uno scambiatore
2.5.3. Controllo di una regolazione compensata
Una regolazione compensata è un sistema dove il set point viene variato rispettando una seconda condizione. Un tipico utilizzo di questa tipologia di regolazione è, per esempio, in un circuito con radiatori dove la temperatura di mandata è variata a seconda della temperatura dell’aria esterna (sistema noto come regolazione climatica).
2.5.4. Gestione
Il livello Gestione fornisce all’utente quattro tipi di accesso principale:
- La configurazione e l’impostazione delle regole del sistema, ossia la possibilità di apportare modifiche al funzionamento quando richiesto;
- Informazioni sui possibili eventi eccezionali nel funzionamento del sistema di controllo dell’edificio;
- Lo storico del funzionamento del sistema, necessario per generare rapporti di gestione e analisi dei problemi;
- Una visione d’insieme del sistema attraverso la presentazione di un’immagine dell’impianto “scattata” in un determinato momento.
2.6. Il microclima dell’Ospedale Versilia
Il progetto impiantistico degli impianti dell’Ospedale Versilia è stato realizzato ricercando il massimo rispetto delle differenti esigenze metaboliche, delle diverse caratteristiche
igienico-49 ambientali e dell'insieme delle misure di prevenzione e protezione del personale addetto (chirurghi, anestesisti, infermieri e/o altro personale tecnico-paramedico) e degli operandi. I servizi di climatizzazione sono erogati con continuità, per ogni giorno della settimana e per tutte le 24 ore della giornata. Il servizio è garantito da personale tecnico che presidia costantemente la “Sala Regia” e che a mezzo di terminale BMS è in grado di intervenire in ogni momento su guasti o anomalie, segnalate dal Responsabile del Procedimento, dall'Energy Manager o loro delegati, o direttamente rilevate dal sistema di telecontrollo BMS o anche semplicemente segnalate dal personale dei vari reparti a mezzo del servizio telefonico interno.
Le certificazioni secondo i protocolli delle norme ISO 14644 inerenti le caratteristiche microclimatiche presenti nell'aria delle sale operatorie e dei locali speciali, vengono effettuate annualmente e sono correlate direttamente all'efficienza dell'impianto di climatizzazione che è stato progettato e realizzato per mantenere costanti nel tempo le caratteristiche ambientali adeguate all'uso delle sale, dei locali speciali e dei vari ambulatori e uffici, sia per il personale (considerando il carico di lavoro fisico e di stress cui é sottoposto ed il tipo di vestiario) sia per i pazienti presenti all’interno del presidio.
Si riportano a titolo di esempio le condizioni termoigrometriche interne di riferimento relative ad alcuni ambienti (tabella 2.4)4:
Invernali Estive Temperatura Umidità relativa Temperatura Umidità relativa Camere degenza 22°C 50% ± 10% 26°C 50% ± 10%
Studi medici, sale visita 22°C 50% ± 10% 26°C 50% ± 10%
Corridoi, locali accessori, servizi igienici 22°C 50% ± 10% 27°C 50% ± 10%
UTIC 22°C 50% ± 5% 24°C 50% ± 5%
UTIN 22°C 50% ± 5% 26°C 50% ± 5%
Sale operatorie 24°C 50% 24°C 50% ± 5%
Preparazione chirurghi 24°C 50% 24°C 50% ± 5%
Spogliatoi blocco operatorio 22°C 50% 26°C 50% ± 10%
Sala parto, travaglio 22°C 50% 24°C 50% ± 5%
Nido 22°C 45% ± 10% 24°C 55% ± 5%
Sale visita e studi medici 22°C 50% ± 10% 26°C 50% ± 10%
Spazi comuni e di attesa 22°C 26°C
Rianimazione 22°C 50% ± 5% 24°C ± 2°C 50% ± 5%
50
Sale diagnostica, studi medici,
refertazione radiologia 22°C 50% 26°C ± 2°C 50% ± 10% Palestre fisioterapia 22°C 50% 26°C 50% ± 10% Laboratori analisi 22°C 50% 26°C ± 2°C 50% ± 10% Locali sterilizzazione 22°C 50% 24°C 50% ± 5% Poliambulatori 22°C 50% 26°C ± 2°C 50% ± 10% Stanze dialisi 22°C 50% 26°C ± 2°C 50% ± 10% Sala autopsie 21°C 50% 24°C 50% ± 10% Camera ardente 21°C 50% 24°C 50% ± 10%
Laboratori farmacia e confezionamento 22°C 50% 26°C ± 2°C 50% ± 10%
Mensa 20°C 50% 27°C ± 2°C 55% ± 10%
Uffici, negozi, biblioteca 20°C 50% ± 10% 26°C ± 2°C 50% ± 10%
Tabella 2.4 Requisiti termoigrometrici da garantire in ogni reparto
Alle indicazioni relative alla temperatura e umidità relativa da garantire in ciascun ambiente, si aggiungono le prescrizioni riguardanti i ricambi d’aria necessari per le varie tipologie di locali:
- Reparti operatori, reparti ospedalieri speciali e tutti i locali annessi:
Ricambi d’aria minimi: 15 vol/h;
Velocità terminale dell’aria ambiente: max 0,15 m/s; - Reparti di rianimazione, terapia intensiva e blocco parto:
Ricambi d’aria minimi: 6 vol/h;
Velocità terminale dell’aria ambiente: max 0,15 m/s; - Degenze e locali assimilabili:
Ricambi d’aria minimi: 2 vol/h;
Velocità terminale dell’aria ambiente: max 0,15 m/s.
2.7. I consumi dell’Ospedale
I consumi dell’Ospedale sono stati attentamente monitorati sin dall’inaugurazione dello stesso, sia mediante il software di telecontrollo, che attraverso un’attenta analisi delle letture giornaliere eseguite dai tecnici operanti nel presidio. Al termine di ogni anno viene effettuato un confronto della gestione delle risorse energetiche rispetto agli anni precedenti, evidenziando eventuali criticità e anomalie e individuando le migliorie applicabili e le modifiche da apportare alla conduzione dell’impianto nel suo complesso. Di seguito si riportano gli istogrammi relativi agli
51 andamenti degli anni dal 2011 al 2015 di alcune delle grandezze fondamentali per una corretta gestione dei consumi e delle risorse disponibili.
Figura 2.33 Consumo di metano della centrale di cogenerazione
52
Figura 2.35 Consumo di metano dei generatori di acqua calda
53
Figura 2.37 Energia elettrica prelevata dalla rete
54
55
3. L’UTA 7.2 – Zona Nord
Oggetto del presente elaborato è la diagnosi energetica dei locali serviti dalla UTA 7.2, in particolar modo la Zona Nord. La macchina in esame si occupa della climatizzazione dei reparti di Ostetricia, Week Hospital, Neurologia, Nefrologia (zona Nord), Gastroenterologia e Oncologia (zona Centro e Sud), operanti al quinto e sesto livello del presidio ospedaliero. Tali unità sono adibite principalmente alla degenza con un totale di 38 camere e 75 posti letto, per la maggior parte quasi sempre occupati.
Figura 3.1 Zona servita dalla UTA 7.2 - Livello 5
