Impianti ad aria per laboratori chimici : progettazione e ottimizzazione

The aim of this thesis work was the analysis of design elements of HVAC systems related to pressure-controlled chemical laboratories with variable air volume fume hoods; by its nature this kind of building is highly energy-intensive and it is necessary to satisfy coexistent and non-expendable needs, such as the protection of laboratory personnel and building occupants, the achievement of acceptable IAQ and thermo-hygrometric comfort conditions and the reduction of energy needs for heating, cooling and ventilation. Both global design parameters, such as the determination of minimum ventilation airflow rate, the differential pressure between adjacent rooms and the general configuration of the fume hood exhaust system, as well as aspects related to the airtightness of the building envelope and the management of pressure differential between rooms have been analyzed in the light of current regulations, guidelines and practices. Also the main operating parameters of variable air volume fume hoods and related type tests have been analyzed. Eventually, some of the principles analyzed were applied to a case study based on a real design hypotesis related to the construction of a new bulding for the Chemistry Department of Politecnico di Milano, developing a method for the calculation of design airflow rates and therefore for the sizing of the ventilation and exhaust system.

Lo scopo di questo lavoro di tesi è stata l’analisi di elementi di progetto relativi a impianti HVAC a servizio di laboratori chimici a pressione controllata dotati di cappe di aspirazione a portata variabile; tale tipologia di edificio è per sua natura altamente energivora ed è necessario il soddisfacimento di esigenze coesistenti e non sacrificabili l’una rispetto alle altre, come la protezione del personale di laboratorio e degli occupanti dell’edificio, il mantenimento di condizioni accettabili di qualità dell’aria e comfort termoigrometrico e la riduzione del fabbisogno energetico per il riscaldamento, il raffrescamento e la ventilazione. Sono stati analizzati alla luce di normative, linee guida e pratiche vigenti sia parametri globali di progetto, quali la scelta della portata minima di ventilazione, del valore di pressione differenziale con gli ambienti adiacenti e la configurazione generale dell’impianto di estrazione a servizio delle cappe di aspirazione, sia aspetti relativi ai metodi di gestione della pressione differenziale con gli ambienti adiacenti e ai relativi dispositivi di controllo, nonché alla valutazione e alla misura della tenuta all’aria dell’involucro edilizio. Sono stati inoltre analizzati i principali parametri di funzionamento delle cappe di aspirazione a portata variabile e i relativi test di omologazione. Sono stati infine applicati alcuni dei principi analizzati a un caso studio basato su un’ipotesi progettuale reale relativa alla costruzione di un nuovo edificio per il Dipartimento di Chimica del Politecnico di Milano, sviluppando un metodo per la determinazione delle portate di progetto e dunque per il dimensionamento dell’impianto di ventilazione.