Caso studio di progettazione HVAC di un ospedale : riferimenti normativi e criteri di sostenibilità ambientale

The recent global pandemic caused by the SARS-cov-2 virus has highlighted how being able to guarantee high standards of air quality is vital for the health of people inside buildings. This issue is however of great interest even in non-pandemic contexts since the adoption of a more sedentary lifestyle and work than in the past have led the world’s population to spend more time indoors during the recent decades. From an engineering point of view, this theme translates into an increasingly accurate and careful plant design. The first aim of this discussion is to develop the design of HVAC systems for a hospital facility, environment in which issues related to the prevention of indoor air contamination (in particular for bacteriological reasons) turns out to be a real and well-known problem. Starting from the reference standards for hospital design in Italy (UNI 10339, DPR 14/01/1997, UNI 11425) a comparison will be made with the German standard DIN 1946-4 and the American standard ASHRAE 170: the aim is to determine the level of quality achieved in terms of filtration and management of contaminants present in the indoor air by a design that follow the legislative dictates and the Italian regulatory references, compared with other realities. With regard to the issue of indoor air quality, the technical standards analyzed provide for definition of filtration levels, to prevent or minimize the access of the main external contaminants inside the building; in addition, in order to reduce the concentration of internal contaminants (generated mainly by occupants or furnishings, such as bioeffluents and/or VOCs) they impose requirements on the minimum hourly changes to be made in order to facilitate dilution with external air. Such strategy derives from the assumption from the norms of lower concentrations of these contaminants in the air than in the air. These methods allow to manage the indoor air quality, trying to minimize the main problems in the hospital environment, such as nosocomial infections and the protection of hospital staff. In a practical context, the project was planned, albeit at a preliminary level, of the HVAC plant of a public hospital located in Southern Italy (due to the confidentiality requested by the client, it is not possible to quote the references of the project) touching the main points of a design process: - Definition of internal and external reference temperatures; - Definition of the stratigraphies constituting the building envelope; - Dynamic analysis of sensitive loads through the IES VE software; - Choice of the type of HVAC systems suitable for the application; - Sizing of certain ventilation equipment (Air Handling Unit, and selection of the machines present in the thermal power station). In addition to the technical standards and requirements mentioned, in the international design landscape were analyzed some of the main protocols of building environmental sustainability. These standards, issued by private bodies and applied on a voluntary basis, have been analyzed because they are placed as tools for environmental quality assessment, including the treatment of indoor air quality. The second purpose of this Thesis is, therefore, to ascertain if the use of one or more environmental sustainability protocols, which pursue and reward virtuous solutions in terms of indoor air quality, makes a real contribution to the improvement of technical solutions and consequently to the results with respect to a standard Italian case, or whether their contribution is simply that of highlighting, through communication, results that the design would reach even without their help. In this thesis will be compared the main aspects from the point of view of indoor air quality envisaged by more widespread worldwide environmental sustainability (e.g. LEED, BREEAM and WELL) with the requirements of traditional design.

La recente pandemia globale causata dal virus SARS-CoV-2 ha evidenziato come il poter garantire elevati standard di qualità dell’aria sia di vitale importanza per la salute delle persone all’interno degli edifici. Questa tematica è tuttavia di grande interesse anche in contesti non pandemici, poiché l’adozione di uno stile di vita e lavorativo maggiormente sedentari rispetto al passato hanno portato la popolazione mondiale a trascorrere sempre più tempo al chiuso nel corso degli ultimi decenni. Dal punto di vista progettuale, questo tema si traduce in una sempre più accurata ed attenta progettazione impiantistica. Un primo obiettivo di questa trattazione è quello di sviluppare la progettazione dell’ impiantistica HVAC per una struttura ospedaliera, ambiente nel quale le tematiche legate alla prevenzione della contaminazione dell’aria indoor (in particolare per cause batteriologiche) risultano essere una problematica reale e ben nota nella progettazione. Partendo dalle normative di riferimento per la progettazione ospedaliera in Italia (UNI 10339[1], DPR 14/01/1997[2] e UNI 11425[3]), si avanzerà un confronto con la normativa tedesca DIN 1946-4[4] e la normativa americana ASHRAE Standard 170[5]: il fine è di determinare il livello qualitativo raggiunto in termini di filtrazione e gestione dei contaminanti presenti nell’aria interna da una progettazione che segua i dettami legislativi ed i riferimenti normativi italiani, comparata con le altre realtà internazionali. In merito al tema della qualità dell'aria interna, gli standard tecnici analizzati prevedono la definizione di livelli di filtrazione, per impedire o minimizzare l’accesso dei principali contaminanti esterni all’interno dell’edificio; inoltre, al fine di ridurre la concentrazione dei contaminanti interni (ovvero generati principalmente dagli occupanti o dagli arredi, come bioeffluenti e/o composti organici volatili), essi impongono dei requisiti in merito ai minimi ricambi orari da effettuare per facilitarne la diluzione con aria esterna. Tale strategia deriva dall’assunzione da parte delle normative di minori concentrazioni di questi contaminanti presenti nell’aria esterna rispetto all’aria interna. Questi metodi permettono di gestire la qualità dell’aria interna, cercando di minimizzare i principali problemi nell’ambiente ospedaliero, quali le infezioni nosocomiali e la protezione del personale ospedaliero. - Nel contesto pratico si è proceduto con la progettazione, seppur a livello preliminare, dell’impiantistica HVAC di un ospedale pubblico situato nel Sud Italia (data la riservatezza richiesta dalla committenza, non è possibile citare i riferimenti espliciti del progetto) toccando i punti principali di un iter progettuale, ossia: - Definizione delle temperature di riferimento interne ed esterne; - Definizione delle stratigrafie costituenti l’involucro edilizio; - Analisi dinamica dei carichi sensibili attraverso il software IES VE; - Scelta della tipologia di impianti HVAC adatti all’applicazione; - Dimensionamento di alcune apparecchiature inerenti alla parte di ventilazione (Unità di Trattamento Aria, e selezione delle macchine presenti nella centrale termica). In aggiunta agli standard tecnici e requisiti citati, nel panorama progettuale internazionale sono stati analizzati alcuni dei principali protocolli di sostenibilità ambientale del costruito. Questi standard, emanati da enti privati e applicati su base volontaria sono stati analizzati perché si pongono come strumenti per la valutazione della qualità ambientale, in cui è compresa la trattazione della qualità dell’aria interna. Il secondo obiettivo di questa Tesi è, pertanto, quello di appurare se l’utilizzo di uno o più protocolli di sostenibilità ambientale, i quali perseguono e premiano soluzioni e comportamenti virtuosi in termini di qualità dell’aria interna, apporti un reale contributo al miglioramento delle soluzioni tecniche e di conseguenza ai risultati rispetto ad un normale caso italiano oppure il loro contributo è semplicemente quello di evidenziare, con gli strumenti della comunicazione, risultati a cui, di fatto, la progettazione arriverebbe anche senza il loro ausilio. Nella presente trattazione si confronteranno gli aspetti principali dal punto di vista della qualità dell'aria interna previsti dai protocolli di sostenibilità ambientale più diffusi a livello mondiale, ovvero LEED, BREEAM e WELL con quanto previsto dalla progettazione tradizionale.