AiCARR_journal #63 - Superbonus 110% | Riqualificazione NZEB by Quine Business Publisher

#63 Organo Ufficiale AiCARR

ISSN:2038-2723

LA RIVISTA PER I PROFESSIONISTI DEGLI IMPIANTI HVAC&R

NORMATIVA SUPERBONUS 110%: GLI INTERVENTI AMMISSIBILI CRITERI DI PROGETTAZIONE NZEB CASE STUDY UFFICIO, RIQUALIFICAZIONE AD ALTA EFFICIENZA SCUOLA IN CHIAVE NZEB CURIOSITÀ STORICHE DAVID BOYLE, L’INVENTORE DEL COMPRESSORE AD AMMONIACA

ORIGINAL ARTICLES

PROBABILITÀ DI CONTAGIO A GRANDE DISTANZA PER VIA AEREA DA SARSCOV2 NELLE SCUOLE ITALIANE PROBABILITY OF AERIAL LONG-DISTANCE INFECTION FROM SARS-COV-2 IN ITALIAN SCHOOLS REMARKS ON THE AIR RECIRCULATION IN HVAC SYSTEMS DURING THE SARSCOV2 OUTBREAK: THE CASE OF ALLAIR DUCTED PLANTS APPROFONDIMENTI SUGLI IMPIANTI A TUTT’ARIA CON RICIRCOLO DURANTE LA PANDEMIA SARS-COV-2 ENERGY PERFORMANCE AND ECONOMIC VIABILITY OF ENHANCED HYBRID PCM THERMAL STORAGES USING ALUMINUM FOAMS FOR SOLAR HEATING AND COOLING PRESTAZIONI ENERGETICHE E FATTIBILITA’ ECONOMICA DEGLI ACCUMULI TERMICI PCM IBRIDI POTENZIATI CHE UTILIZZANO SCHIUME DI ALLUMINIO PER IL RISCALDAMENTO E IL RAFFREDDAMENTO SOLARE

POSTE ITALIANE SPA – POSTA TARGET MAGAZINE - GIPA/LO/CONV/003/2013.

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Periodico Organo ufficiale AiCARR

EDITORS IN CHIEF Francis Allard (France) Filippo Busato (Italy) HONORARY EDITOR Bjarne Olesen (Denmark) ASSOCIATE EDITORS Karel Kabele (Czech Republic) Valentina Serra (Italy) SCIENTIFIC COMMITTEE Ciro Aprea (Italy) William Bahnfleth (USA) Marco Beccali (Italy) Umberto Berardi (Italy) Anna Bogdan (Poland) Alberto Cavallini (Italy) Iolanda Colda (Romania) Stefano Corgnati (Italy) Annunziata D’Orazio (Italy) Filippo de’ Rossi (Italy) Livio de Santoli (Italy) Marco Dell’Isola (Italy) Giorgio Ficco (Italy) Marco Filippi (Italy) Manuel C. Gameiro da Silva (Portugal) Cesare M. Joppolo (Italy) Dimitri Kaliakatsos (Italy) Essam Khalil (Egypt) Jarek Kurnitski (Latvia) Renato M. Lazzarin (Italy) Catalin Lungu (Romania) Anna Magrini (Italy) Zoltán Magyar (Hungary) Rita M.A. Mastrullo (Italy) Livio Mazzarella (Italy) Arsen Melikov (Denmark) Gino Moncalda Lo Giudice (Italy) Boris Palella (Italy) Federico Pedranzini (Italy) Fabio Polonara (Italy) Piercarlo Romagnoni (Italy) Francesco Ruggiero (Italy) Luigi Schibuola (Italy) Giovanni Semprini (Italy) Jorn Toftum (Denmark) Timothy Wentz (USA) Claudio Zilio (Italy)

DIRETTORE RESPONSABILE ED EDITORIALE Marco Zani MANAGEMENT BOARD Filippo Busato Paolo Cervio Luca Piterà Erika Seghetti Marco Zani EDITORIAL BOARD Carmine Casale, Paolo Cervio, Luigi Gazzi, Pino Miolli, Marco Noro, Luca Alberto Piterà, Gabriele Raffaellini, Valentina Serra, Luigi Schibuola, Claudio Zilio COORDINAMENTO EDITORIALE Erika Seghetti redazione.aicarrjournal@quine.it ART DIRECTOR Marco Nigris GRAFICA E IMPAGINAZIONE Fuori Orario - MN Hanno collaborato a questo numero: Giorgio Bo, Filippo Busato, Giuliano Cammarata, Alberto Cavallini, Stefano Giargia, Carlo Granata, Renato Lazzarin, Simone Mancin, Marco Noro, Bernard A. Nagengast, Luca Alberto Piterà, Fabrizio Pregliasco, Giulia Righetti, Randy C. Schrecengost Pubblicità Quine Srl Via G. Spadolini, 7 – 20141 Milano – Italy Tel. +39 02 864105 – Fax +39 02 70057190 dircom@quine.it Responsabile della Produzione Paolo Ficicchia Traffico, Abbonamenti, Diffusione Rosaria Maiocchi Editore: Quine srl – www.quine.it – traffico@quine.it Presidente Giorgio Albonetti Amministratore Delegato Marco Zani Direzione, Redazione e Amministrazione Via G. Spadolini, 7 – 20141 Milano – Italy Tel. +39 02 864105 – Fax +39 02 70057190 e-mail: redazione.aicarrjournal@quine.it Servizio abbonamenti Quine srl, Via G. Spadolini, 7 – 20141 Milano – Italy Tel. +39 02 864105 – Fax +39 02 70057190 e-mail: abbonamenti@quine.it Gli abbonamenti decorrono dal primo fascicolo raggiungibile.

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Aderente

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DOI: 10.36164/AiCARRJ.63.04.01

DI COSA PARLIAMO QUANDO PARLIAMO DI SUPERBONUS

What we talk about when we talk about Superbonus

Una vignetta molto divertente che è circolata su vari canali telematici nei giorni scorsi a proposito del tema Superbonus 110% recita “tutti ne parlano, nessuno sa come farlo, ognuno pensa che gli altri lo stiano facendo, così ognuno dice di farlo…” paragonandolo a qualche situazione tra il comico e l’imbarazzante che capita a volte tra gli adolescenti alle prime armi. Il tema del Superbonus, che ha attirato molte attenzioni durante un periodo di elevatissima incertezza, lavorativamente ed economicamente difficile per il nostro Paese e per tutto il settore del condizionamento dell’aria, è senz’altro uno degli argomenti più discussi e animati di questi ultimi mesi. Vi sono da un lato i settori dell’edilizia e dell’impiantistica che confidano nello slancio portentoso che l’iniziativa del 110% potrebbe fornire, dall’altro la platea dei cittadini a cui l’iniziativa è rivolta. Entrambe le parti vivono in maniera incerta questo presente, sospeso tra l’auspicio di una partenza vivace delle attività e il dubbio dell’attesa dei decreti attuativi che devono essere emanati, attesa nella quale si sviluppano ipotesi e interpretazioni di diversi generi. Nel frattempo gli ambienti della tecnica e dei costruttori si interrogano in merito a cosa potrebbe accadere, si sviluppano i quesiti tecnici e amministrativi che man mano che le valutazioni preventive dei cantieri si fanno strada, aprono ventagli di diverse soluzioni che si configurano al variare delle possibilità interpretative della norma emanata. Accanto agli interrogativi più comuni che sono di carattere prevalentemente catastale e autorizzativo si nascondono alcune questioni squisitamente tecniche (p.es. il limite di detrazione per gli interventi sui serramenti con il Superbonus come intervento

“trainato” è inferiore a quello previsto da molti anni per l’Ecobonus, sempre vigente) che sicuramente non sono sfuggite ai nostri soci e necessitano di risposte chiare. Dall’estate AiCARR al suo interno discute animatamente di tutti questi aspetti all’interno dei ruoli tecnici, dell’osservatorio normativa e con i delegati territoriali, in un dialogo che porta ad accrescere la visione sulle possibili interpretazioni e vincoli che potrebbero essere chiariti; non mancano le richieste di interpretazione da parte dei soci, e questo fa nascere anche la necessità di un confronto più aperto in termini di convegno o seminario che in questo momento si sta vagliando, consapevoli che non è importante arrivare per primi a dire qualcosa, ma avere le idee chiare prima di diffonderle. Nel frattempo il D.Lgs. 48/2020 ha modificato le definizioni di impianto termico vigenti, aprendo nuovi scenari di lettura per le opere di riqualificazione impiantistica. È naturale che in questo clima di attesa che frena una ripartenza decisa delle attività, cittadini, professionisti e costruttori si aspettino ogni giorno di più risposte chiare e indirizzi precisi. C’è addirittura il rischio che l’attesa dei decreti attuativi freni oltremodo tutte le attività cantieristiche che erano previste con l’Ecobonus, che dopo 14 anni si è dimostrato una pratica collaudata, affidabile ed efficace. L’incentivazione dell’efficienza energetica in edilizia ha bisogno di un approccio maturo e coordinato, auspichiamo quindi che la nostra voce insieme a quella di altre associazioni e organismi con i quali vogliamo, e in molti casi siamo riusciti come nel recente comunicato sulla ventilazione nelle scuole, fare rete, sia efficace al fine di raggiungere gli obiettivi comuni di efficienza e sostenibilità energetica ed economica del settore e della società. Filippo Busato, Presidente AiCARR

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Editoriale 4

Novità prodotti 8

#63

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NORMATIVA

AiCARR Informa 69

Superbonus 110%, gli interventi ammissibili e il ruolo del professionista Le novità previste dal Superbonus che, oltre a rappresentare un traino alle riqualificazioni, ha reintrodotto due opzioni alternative alla detrazione fiscale: lo sconto in fattura e la cessione del credito L.A. Piterà

CRITERI DI PROGETTAZIONE Ristrutturazione di primo livello di un edificio esistente secondo i requisiti NZEB In attesa che siano emanati i decreti attuativi della nuova direttiva UE/2018/844 e del D.Lgs 48/2020 che la recepisce, resta ancora valida la normativa vigente sugli edifici NZEB. Si presenta una procedura semplificata di calcolo secondo l’attuale normativa G. Cammarata

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CASE STUDY Riqualificazione NZEB per l’ufficio Analisi delle scelte intraprese nella progettazione di un edificio esistente completamente rinnovato al fine di ottimizzarne le prestazioni energetiche G. Bo, S. Giargia

Scuola, progettazione in chiave NZEB L’intervento è frutto della demolizione e ricostruzione di un edificio scolastico esistente al fine di realizzare una scuola moderna, funzionale ed energeticamente efficiente C. Granata

ORIGINAL ARTICLES Probabilità di contagio a grande distanza per via aerea da SARS-CoV-2 nelle scuole italiane Probability of aerial long-distance infection from SARS-CoV-2 in Italian schools Giuliano Cammarata

Remarks on the air recirculation in HVAC systems during the SARS-CoV-2 outbreak: the case of all-air ducted plants Approfondimenti sugli impianti a tutt’aria con ricircolo durante la pandemia SARS-CoV-2 Alberto Cavallini, Filippo Busato, Fabrizio Pregliasco

Energy performance and economic viability of enhanced hybrid PCM thermal storages using aluminum foams for solar heating and cooling Prestazioni energetiche e fattibilità economica degli accumuli termici PCM ibridi potenziati che utilizzano schiume di alluminio per il riscaldamento e il raffreddamento solare Marco Noro, Simone Mancin, Renato Lazzarin, Giulia Righetti

CURIOSITÀ STORICHE David Boyle: una vita per il compressore ad ammoniaca La storia di colui che da molti viene ritenuto l’inventore del compressore ad ammoniaca ma che sicuramente è stato un pioniere della refrigerazione Bernard A. Nagengast, Randy C. Schrecengost

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Novità Prodotti CALDAIE DI NUOVA GENERAZIONE Una serie di caldaie a condensazione innovative, sviluppate con la collaborazione degli installatori per garantire prestazioni di categoria superiore: le nuove Vitodens 200 di Viessmann, grazie a classe energetica fino ad A+, efficienza stagionale fino al 98% e massima silenziosità, sono la soluzione perfetta per le esigenze di abitazioni e piccole attività commerciali. Disponibili con potenza da 1,9 a 32 kW, le nuove caldaie sono già predisposte di serie alla connessione all’impianto Wi-Fi di casa per una gestione ancora più smart dell‘impianto. I modelli della nuova gamma sono: Vitodens 200-W, Vitodens 222-W, Vitodens 222-F e Vitodens 242-F. Vitodens 200-W è la caldaia murale a condensazione a gas ideale per soluzioni residenziali quali appartamenti o case singole, disponibile in versione istantanea con funzione booster per la produzione di acqua calda sanitaria e in versione solo riscaldamento per essere abbinata a bollitori esterni. Offre i più alti livelli di comfort e innovazioni tecniche disponibili oggi sul mercato con un nuovo design moderno, che valorizza ogni ambiente della propria abitazione. Vitodens 222-W è la versione murale con accumulo integrato che assicura riscaldamento efficiente e acqua calda abbondante per tutta la famiglia. Grazie al sistema con scambiatore a piastre per carico del bollitore da 46 litri, Vitodens 222-W garantisce un eccellente comfort nella produzione di acqua calda sanitaria, erogando fino a 180 litri di acqua in 10 minuti. Completano le novità di gamma le caldaie compatte a condensazione a gas Vitodens 222F e Vitodens 242-F, la risposta di Viessmann alle esigenze particolarmente elevate di acqua calda sanitaria: il bollitore integrato di grande capacità garantisce infatti fino a 215 litri di acqua calda in 10 minuti. Entrambe le caldaie sono provviste di bruciatore MatriX-Plus con sistema di controllo di combustione Lambda Pro Plus e corpo di caldaia Inox-Radial in acciaio inox, per il massimo dell’efficienza e dell’affidabilità. www.viessmann.it

UTA CON SISTEMA DI RECUPERO A FLUSSI SEPARATI Gli organismi tecnici e sanitari, internazionali e nazionali, concordano nell’affermare che per diminuire i rischi di contagio da SARS-CoV2-19 all’interno dei luoghi confinati sia estremamente importante il ricambio frequente dell’aria. Per rispondere a questa esigenza, la gamma delle soluzioni WIZARDX di Mitsubishi Electric dotate di recupero di calore entalpico rotativo si amplia con l’introduzione di due nuove versioni con sistema di recupero a flussi separati. WIZARDX-P e WIZARDX-S sono infatti unità per il trattamento dell’aria esterna di rinnovo dotate di ventilatori a basso consumo energetico di tipo Plug Fan e di un sistema di recupero di calore a flussi incrociati (versione P) o batterie di scambio termico (versione S). Entrambi i sistemi di recupero garantiscono l’ermeticità dei flussi in mandata e in ripresa evitando ogni possibile contaminazione. Le unità WIZARDX sono unità pronte all’uso dotate di tutti i componenti di controllo, regolazione e sicurezza già installati e testati all’interno dell’unità stessa. In quelle applicazioni in cui la qualità dell’aria e l’assenza di contaminanti sono la priorità assoluta, le nuove unità WIZARDX-P e WIZARDX-S possono essere equipaggiate a richiesta con un sistema di sanificazione basato su un processo di ossidazione foto-catalitica che consente un’azione particolarmente efficace nell’abbattimento della carica microbica. L’adozione del profilo da 60 mm con angoli interni arrotondati (a richiesta) rende la struttura interna dell’unità facilmente sanificabile. La macchina è equipaggiata di serie con filtri G4+F7 sulla linea di mandata e G4+H14 sulla ripresa a protezione sia del recupero sia del flusso in espulsione. Per una filtrazione superiore in mandata, sono disponibili filtri a tasche rigide in classe F9 oppure filtri a tasche rigide F7 con carboni attivi per garantire un migliore effetto in deodorizzazione. www.mitsubishielectric.com/it

PDC COMPATTA A R32 Panasonic presenta la nuova soluzione della famiglia Aquarea, la versione Compact All in One con gas refrigerante R32, disponibile per il mercato italiano da ottobre 2020. Grazie alle elevate performance anche a temperature esterne estreme, si attesta a livello di efficienza A+++ in riscaldamento e A+ in produzione di ACS, garantendo il massimo risparmio energetico e basse emissioni di CO2. Particolarmente adatta per le abitazioni che dispongono di spazi limitati, grazie ai suoi 598 x 600 mm, la nuova Aquarea All in One Compatta si presta per essere integrata con altri grandi elettrodomestici e può prevedere anche un’unità di ventilazione sulla parte superiore per fornire ulteriore comfort. La nuova pompa di calore Panasonic, disponibile in quattro capacità, da 3 a 9 kW, può immagazzinare l’acqua calda sanitaria fino a un volume di 185 litri in un serbatoio in acciaio inossidabile integrato. Tra gli aspetti che decretano la sua elevata efficienza, l’unità presenta la novità U-Vacua ™. Sfruttando la tecnologia VIP, i pannelli U-Vacua ™ offrono prestazioni di isolamento 19 volte superiori rispetto al polistirene espanso, e in questo modo il sistema trattiene il calore molto più a lungo, necessitando di riscaldarsi meno volte al giorno, con un notevole risparmio energetico. www.panasonic.com/it

VENTILCONVETTORE PLUG AND PLAY PER INSTALLAZIONE A CANALE Aermec lancia nuovi ventilconvettori canalizzati monoblocco FCY, ideali per riscaldare e/o raffrescare piccoli e medi ambienti di uso civile, commerciale. Sono stati progettati e costruiti per essere installati ad incasso orizzontale in qualsiasi tipo d’impianto 2 / 4 tubi e in abbinamento a qualsiasi generatore di calore. Grazie alla disponibilità di varie versioni e configurazioni, con batteria standard o maggiorata è facile scegliere la soluzione ottimale per qualsiasi esigenza impiantistica. I ventilatori centrifughi con profilo alare sono stati progettati per ottenere elevate prestazioni di portata e prevalenza e contemporaneamente una bassa emissione sonora. Essendo costruiti in materiale plastico antistatico, non attraggono la polvere e rendono così più agevole la pulizia e la manutenzione. La leggerezza dei ventilatori, unita alla perfetta aerodinamicità delle palette, assicura un notevole risparmio elettrico rispetto ai tradizionali ventilatori in alluminio e/o a semplice pala curva. Anche le Coclee dei ventilatori sono in materiale plastico e questo assicura la massima attenuazione acustica. Lo spessore contenuto (236 mm) consente di contenere le dimensioni dei controsoffitti. Altro punto di forza del nuovo ventilconvettore FCY è certamente la versatilità di installazione a canale: esistono diverse configurazioni a seconda del layout dei canali di mandata e di aspirazione e in base alla presenza o meno del canale di rinnovo di aria esterna. Questa ricchezza di soluzioni rende FCY particolarmente adatto alle diverse applicazioni canalizzate sia nel residenziale sia nel terziario. La ricchezza di accessori arricchisce e completa l’offerta di soluzioni d’impianto: sono ad esempio disponibili tra gli accessori, oltre a una serie molto ampia di sistemi di regolazione, anche le batterie di post riscaldamento, per un più evoluto trattamento dell’aria. https://global.aermec.com/it

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LG Electronics (LG) introduce sul mercato italiano la Cassetta Dual Vane, una cassetta a 4 vie dotata di doppie alette su ogni lato che permette di regolare la ventilazione in maniera personalizzata in base alle esigenze di chi la utilizza. Le sei modalità offrono diversi flussi d’aria ottimizzati per ogni ambiente. La modalità Smart Mode, ideale in ufficio, regola il flusso d’aria automaticamente per mantenere una temperatura sempre costante. Up/Down Swing è una funzione più adatta ai locali pubblici, come i bar e i caffè, poiché controlla con precisione la direzione dell’aria per migliorare il comfort dei clienti. Indirect Wind regola invece l’angolazione della ventilazione e si adatta al meglio ai centri medici, in cui è ancora più importante la cura per la salute delle persone. I luoghi con soffitti elevati possono sfruttare Direct Wind, mentre gli spazi educativi possono impostare Refresh Mode per un delicato e tonificante raffrescamento di tutto l’ambiente scolastico. Infine, i negozi possono utilizzare la modalità Power Cooling/Power Heating per un raffreddamento e un riscaldamento rapido degli spazi, senza perdere di vista il risparmio energetico. L’offerta di sei diverse modalità di personalizzazione del flusso d’aria non è l’unico vantaggio della Cassetta Dual Vane. Il nuovo ventilatore Full 3D migliora ulteriormente le prestazioni aumentando la potenza della ventilazione e riducendo al contempo la rumorosità (45 dB(A)). Inoltre, sono aumentate le superfici di ripresa (+33%) e mandata (+100%) dell’aria, per accelerare raffrescamento e riscaldamento. Le doppie alette su ciascun lato non migliorano soltanto le prestazioni, ma rendono questa nuova cassetta intelligente grazie a una serie di sensori: un sensore monitora la temperatura del pavimento per calcolare la condizione termica ideale dell’ambiente e un sensore rileva la presenza di persone per indirizzare il flusso d’aria verso gli ambienti a maggiore occupazione, riducendo la ventilazione degli spazi vuoti. Inoltre, il sensore abilita l’accensione e lo spegnimento intelligenti della cassetta in base alla presenza o assenza di persone, garantendo un risparmio energetico fino al 54%. www.lg.com/it

Vortice lancia VORT HRW 60 HP MONO, un’unità di ventilazione decentralizzata con recupero di calore, progettata per l’installazione in singoli locali residenziali e commerciali fino a 55 m2 ove non c’è necessità o possibilità di un sistema di ventilazione centralizzato. Installabile in corrispondenza di una parete perimetrale, garantisce il mantenimento di adeguati livelli di comfort. Oltre allo scambiatore di calore ad alta efficienza che riscalda l’aria nuova in entrata sfruttando l’energia prodotta dall’uscita dell’aria viziata, è dotata anche di una pompa di calore. Funziona in 3 modalità: • Free cooling: l’aria viziata espulsa all’esterno viene sostituita da aria fresca di rinnovo, filtrata dalle impurità e direttamente immessa nel locale. • Ventilazione passiva: l’aria viziata espulsa all’esterno viene sostituita da aria fresca di rinnovo, filtrata dalle impurità e preventivamente riscaldata o raffrescata nello scambiatore di calore. • Ventilazione attiva: l’aria viziata espulsa all’esterno viene sostituita da aria fresca di rinnovo, filtrata dalle impurità e riscaldata o raffrescata dall’azione combinata dello scambiatore di calore e della pompa di calore. www.vortice.it

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Novità Prodotti NUOVO SISTEMA ANTILEGIONELLA Per garantire cicli di disinfezione termica, con il controllo a distanza della temperatura nelle reti di acqua sanitaria, WATTS ha realizzato il sistema completo con valvola miscelatrice elettronica antilegionella e-ULTRAMIX installabile su tutti gli impianti centralizzati di strutture pubbliche dove è obbligatorio il suo utilizzo, come ospedali, hotel, campeggi, scuole, centri sanitari, piscine, centri benessere, centri commerciali, centri sportivi. La valvola miscelatrice permette il controllo della temperatura dell’acqua da inviare alle utenze, miscelando l’acqua calda prodotta dal generatore e l’acqua fredda proveniente dalla rete di ricircolo o dal reintegro. L’uso di una valvola miscelatrice consente di conciliare diverse esigenze: • l’obbligo di distribuire acqua calda sanitaria alle utenze a una temperatura massima di 48 °C con tolleranza di max. +5 °C • il mantenimento della temperatura dell’acqua del serbatoio di accumulo a un valore sensibilmente più alto (>55 °C) di quella di distribuzione Questo sistema elettronico è dotato di un’unità di controllo intelligente (lo smart controller) su cui è possibile programmare i cicli di disinfezione termica per prevenire con sicurezza i rischi legati alla legionella nel sistema ACS. Agendo come un “giornale di bordo elettronico”, l’unità registra e archivia i parametri relativi al processo di disinfezione, le varie notifiche e gli allarmi, garantendo un efficace monitoraggio sanitario dell’installazione. I dati possono essere recuperati utilizzando una micro SD card su cui sono stati salvati, oppure tramite connessione in remoto a un sistema di Building Management System (protocollo MODBUS) usando una interfaccia RS485 prevista per questo scopo. e-ULTRAMIX può essere utilizzato in una nuova installazione o in una esistente, già dotata di valvola di miscelazione Ultramix, aggiungendo il solo e- kit. www.wattswater.it

CONTROLLI PER LA GESTIONE SMART DELLE UNITÀ FRIGORIFERE CANALIZZATE Carel presenta le ultime novità della gamma MPX. La consolidata serie di controlli elettronici per la gestione dei banchi frigo canalizzati si amplia con una proposta flessibile e scalabile per la gestione delle unità frigorifere che soddisfa tutte le esigenze di mercato. L’intera gamma è caratterizzata da avanzate logiche di controllo, dalla connessione diretta a sistemi di supervisione, fino alla gestione di azioni coordinate tra gruppi di banchi uniformi.

MPXzero MPXzero è la nuova soluzione entry level della gamma MPX. Ideale per la gestione di banchi remoti stand-alone o linee di banchi master-slave, si caratterizza per la connessione integrata a sistemi di supervisione, per la semplicità d’uso e per la connettività wireless NFC e Bluetooth.

MPXone advanced MPXone advanced nasce a completamento della serie MPXone, per le applicazioni in cui risulta necessario garantire una regolazione fine, per mezzo della gestione integrata di una valvola di espansione elettronica e di carichi modulanti. Questo controllo, disponibile in un hardware compatto, si caratterizza per l’elevata efficienza, per la connettività avanzata (attraverso Bluetooth) che semplifica la messa in servizio, e per l’ottimizzazione delle performance.

MPXPRO MPXPRO rappresenta la soluzione consolidata CAREL per la regolazione avanzata di gruppi di banchi omogenei, equipaggiati con valvola di espansione elettronica (bipolare o PWM) e che richiedono massima flessibilità nel design dei quadri elettrici e facilità di installazione. www.carel.it

KIT DI INTERFACCIA BMS Baxi ha introdotto a catalogo l’innovativo kit di interfaccia BMS Building Management System per il collegamento dei propri generatori ai moderni sistemi di Building Automation. Il kit consente di integrare i sistemi termici di alta potenza di Baxi (le caldaie murali a condensazione di alta potenza Luna Duo-tec MP+, le caldaie a condensazione di alta potenza a terra con scambiatore acqua/fumi in silicio alluminio con isolamento in lana di vetro Power HT-A, le caldaie a condensazione di alta potenza a terra con scambiatore in acciaio inox Power HT+) agli altri sistemi di automazione dell’edificio, rendendo così l’interoperabilità dei vari dispositivi alla portata di tutti.

Con il kit di interfaccia BMS, infatti, è possibile collegare i suddetti generatori di calore alta potenza di Baxi, singoli o in cascata, a sistemi di Building Management basati sul protocollo BACnet, un protocollo di comunicazione per la Building Automation progettato per mettere in comunicazione dispositivi appartenenti a impianti diversi quali riscaldamento/raffrescamento, accessi, illuminazione, etc. www.baxi.it

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REFRIGERATION WORLD CHILLVENTA DIVENTA VIRTUALE Chillventa, la famosa esposizione internazionale di apparecchiature e impianti per il condizionamento dell’aria e la refrigerazione di Norimberga, diventa anch’essa un evento virtuale. Dal 13 al 15 ottobre Chillventa 2020, a suo tempo cancellata a causa della pandemia, sarà aperta come “Chillventa e-Special” con un fitto programma di conferenze a distanza e altri eventi commerciali e tecnici. Una piattaforma digitale sarà disponibile ai visitatori di ogni parte del mondo che potranno accedere a tutti i dettagli delle apparecchiature e dialogare con gli espositori virtuali. Gli espositori avranno a disposizione tre differenti pacchetti adatti alle loro particolari esigenze del costo compreso tra 1450 e 21000 Euro. La tradizionale cerimonia d’apertura del primo giorno sarà seguita, nel secondo e terzo giorno, dai simposi di Asercom e Epee oltre alla conferenza di Eurammon e i diversi dibattiti sui refrigeranti. I visitatori avranno la possibilità di rivedere il tutto anche nei giorni successivi all’esposizione. I dettagli su www. chillventa.de/e-special.

NUOVA TECNOLOGIA PER LA CONSERVAZIONE DEGLI ALIMENTI IN AFRICA Oltre 250 milioni di abitanti dell’Africa Subsahariana soffrono la fame e rischiano di morire per denutrizione cronica a causa della mancanza di cibo. La FAO stima che tra il 30% e il 50% della produzione alimentare di quelle zone si perde principalmente a causa della mancanza di mezzi appropriati per il trasporto e la conservazione post raccolto. Anche l’esistente esigua catena del freddo usata per la conservazione del latte e altri alimenti deperibili non è assolutamente sufficiente a mantenere in vita una popolazione rurale che vive in estrema povertà e che deve contare su alimenti provenienti da regioni lontane. FreshBox, un’impresa del Kenia, insieme a una cooperativa locale, sta sviluppando una tecnologia per la conservazione degli alimenti basata su una rete di camere refrigerate ad energia solare, già sperimentate in Somalia. Questa start-up combina la ben nota tecnologia del solare con un nuovo sistema che tassa gli utenti per il tempo utilizzato nel deposito dei prodotti. In un paese che oltretutto produce 875.000 tonnellate di mango questa soluzione aiuta anche l’economia degli esportatori che possono contare su quantitativi maggiori di merce utilizzabile purché mantenuta fresca.

TECNOLOGIE SOLIDSTATE PER LA REFRIGERAZIONE Da un paio di decenni il PNNL, Pacific Northwest National Laboratory, è alla ricerca di nuovi sistemi per sostituire l’attuale tecnica “dinamica” della refrigerazione che presenta ormai molti limiti ben noti. La ricerca si basa sullo sviluppo di una nuova classe di tecnologie “solid-state” che non richiedano elementi o sistemi dinamici. È un’innovazione perseguita dalla MARCool Technology, già vincitrice del premio PNNL 2017. Il tentativo allo studio è quello di immagazzinare l’energia dispersa, o di risulta, da sorgenti di calore come generatori di calore per abitazioni, industrie, autoveicoli ecc. per poi sfruttarla ulteriormente. Per attuare questo “immagazzinamento” e successivo rilascio si studia di migliorare al massimo e rendere efficaci le capacità di assorbimento di alcuni materiali molto particolari. I MOF, metal organic frameworks, composti organici a struttura reticolare con amplissimi spazi vuoti (circa 90% del volume totale), permeabili a molti gas, potrebbero permettere performance migliori o almeno uguali agli attuali sistemi funzionanti con parti in movimento. È uno studio ancora lungo da affrontare, ma che presenta attrattive di grande importanza.

COME MIGLIORARE LE PERFORMANCE ENERGETICHE DEI SISTEMI DI RAFFREDDAMENTO Gli accordi di Parigi sulla riduzione delle emissioni serra si scontrano con la sempre maggiore domanda mondiale di raffreddamento. Si calcola che ci siano oggi circa 4,6 miliardi

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a cura di Carmine Casale

di sistemi di raffreddamento al mondo che si prevede diventino 14 miliardi nel 2050. L’UNEP e la EIA, le agenzie per l’ambiente e l’energia dell’ONU, ritengono che tramite un’azione globale coordinata si potrebbero evitare emissioni fino a circa 460 miliardi di tonnellate equivalenti, un quantitativo pari a otto volte le emissioni totali del 2018. La parola chiave per una simile riduzione resta l’aumento della performance energetica delle apparecchiature che si andranno a produrre e installare nei prossimi anni. Essenziali saranno l’implementazione di regolamenti a livello globale quali le normative per le performance minime da imporre agli impianti di raffreddamento, l’introduzione di codici di efficienza minima per gli edifici con relativo “labeling”, la massima attenzione alla sostenibilità delle catene del freddo alimentare e lo sviluppo di efficaci campagne per fermare la produzione di prodotti ad alto impatto ambientale.

BLASTFREEZER A PROPANO Il primo blast-freezer, freezer a bassissima temperatura chiamati anche shockfreezer (in italiano abbattitore), che utilizza propano (R-290) è stato introdotto per la prima volta negli Stati Uniti dalla Everidge di Minneapolis, in Minnesota. È un’apparecchiatura modulare autonoma di tipo ermetico, quindi senza rischi di perdite, con la parte frigorifera costruita interamente in acciaio inox 350, raffreddata ad aria, capace di congelare fino a 18 kg di materiale da 70 °C a 3 °C in 2 ore oppure 9 kg da 70 °C a -18 °C in 4 ore. Il modulo che contiene il refrigerante può essere facilmente rimosso e temporaneamente sostituito con un altro di ricambio in caso di manutenzione o altre necessità.

COMPRESSORE SCROLL ORBITALE Un nuovo compressore orbitale per la refrigerazione, utilizzabile non solo sugli impianti fissi di ogni genere ma anche su aerei e autoveicoli, è stato presentato dal Centro di Innovazione e Ricerca della Purdue University, U.S.A. Si tratta di un compressore scroll, producibile in una vasta gamma di grandezze, che usa un particolare meccanismo di trasmissione che crea un movimento rotativo a orbita del rotore scroll contro la parte fissa. Il disegno del rotore comprende un ingranaggio centrale circondato da tre elementi eccentrici più piccoli ad esso connessi che interagiscono con la parete fissa della camera di compressione ed evitano ogni strisciamento di metallo contro metallo presente nei compressori tradizionali. Il sistema riduce notevolmente le vibrazioni e permette di aumentare la velocità di rotazione oltre che ridurre l’usura delle parti e in ultima analisi i costi di produzione. Anche l’efficienza energetica risulta migliorata.

NATIK, IL DATA CENTER PER IL FUTURO VACCINO ANTI COVID La ricerca di un vaccino contro la diffusione di Covid-19 ha dato ulteriore impulso a Microsoft per compiere ulteriori esperimenti e mettere a punto un data center speciale che viene completamente immerso nell’acqua di mare. È un data center preassemblato, simile a un container ma di forma cilindrica, facilmente trasportabile, che viene sommerso in alto mare per poter disporre di un costante raffreddamento sostenibile, di estrema efficienza, tale da velocizzare al massimo le sue funzioni operative. Uno di questi data center è oggi in funzione in Scozia e ha permesso di eseguire la modellizzazione delle proteine virali che portano al Covid. L’apparecchiatura, posizionata a circa 35 m di profondità contiene 864 server che permettono una capacità di calcolo veramente notevole e, tramite il costante raffreddamento naturale, che non necessita l’uso di pompe, consente di mantenere costantemente velocità elevate dei processori. Il data center è stato battezzato come “Natick”.

REFRIGERANTI ALTERNATIVI ACCETTABILI, AGGIORNATA LA LISTA

HFO. Alcuni paesi dell’Unione Europea (Germania, Olanda, Norvegia, Svezia e Danimarca) hanno presentato una proposta per ridurre drasticamente l’uso di questi composti e ciò potrebbe avere un serio impatto sui suddetti refrigeranti comunemente usati nell’industria del freddo. EFCTC, European Fluorocarbons Technical Committee, segue lo sviluppo di questa proposta.

È stato compiuto da parte di EPA, l’agenzia statunitense per la protezione ambientale, un nuovo aggiornamento della lista dei refrigeranti alternativi che vengono ritenuti significativi (SNAP, significant new alternative program), cioè accettabili ed efficaci nella sostituzione di refrigeranti dannosi all’ambiente. La lista, datata 29 maggio e reperibile su www.epa.gov/ozone/snap, riporta tre elenchi di alternative: quelle accettabili senza condizioni (particolarmente utilizzabili nelle tecniche di espansione per la produzione di schiume), quelle utilizzabili con condizioni specifiche per la loro utilizzazione (condizionamento dell’aria e refrigerazione commerciale) e quelle utilizzabili entro particolari limiti. La seconda categoria, completamente nuova, comprende le alternative utilizzabili solo per applicazioni residenziali di raffreddamento dell’aria e pompe di calore e per la refrigerazione commerciale di piccola capacità (R-452B, R-454A, R-454B, R-454C, R-457A e R32), la terza riporta le alternative utilizzabili per la refrigerazione nel retail con limiti circa le temperature di applicazione (R-448A, R-449A, R-449B). Altri cambi riguardano le protezioni antincendio e anti esplosione.

DATA CENTER RAFFREDDATO CON ACQUA CALDA Raffreddare un data center con l’acqua calda? Il Leibnitz Supercomputer Center di Monaco di Baviera è un data center particolarmente e insolitamente silenzioso nonostante la grande quantità di server in esercizio. Eppure, il solito fruscio dell’aria di raffreddamento manca del tutto. Il segreto della nuova tecnologia introdotta dalla Lenovo consiste nell’utilizzo di acqua calda per il raffreddamento dei suoi server mentre l’uso dell’aria è estremamente limitato perché utilizzato solo per i sistemi esterni di potenza. Si consideri che il wattaggio previsto per questo tipo di supercomputer si ritiene arriverà alla somma di circa 600 W per ogni coppia di server, più 500 W per ciascuno dei 4 acceleratori di ogni server oltre agli adattatori e ai drive della memoria e ci sono 36 server in una unità 42U. Tutto ciò richiederebbe un consumo di aria estremamente costoso e forse difficilmente realizzabile. L’idea è quella di utilizzare per il raffreddamento l’acqua a 45-50 °C proveniente dal preriscaldamento del sistema di riscaldamento dell’edificio, acqua che anche a questa temperatura compie agevolmente l’operazione richiesta. Questa acqua può essere preriscaldata con energia solare e, riscaldata ad alta temperatura tramite il raffreddamento del computer, utilizzata per gli impianti di riscaldamento dell’edificio richiedendo oltretutto un dispendio di energia molto minore che non il complesso necessario per l’impianto ad aria.

VERSO LA MESSA AL BANDO DEI PFAS PFAS è un gruppo chimico che comprende 4700 composti del fluoro che vengono utilizzati in moltissime industrie principalmente per tessuti idrorepellenti, vernici, materiali ignifughi ecc., solo per citarne alcune. È stato riconosciuto però che questi materiali contaminano le falde acquifere, le acque superficiali e lo stesso suolo; causano inoltre danni alla salute e cancro al fegato. Intervengono infatti nella produzione di circa 8000 sostanze tra le quali HFC e

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Normativa

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gli interventi ammissibili e il ruolo del professionista

Le novità previste dal Superbonus che, oltre a rappresentare un traino alle riqualificazioni, ha reintrodotto due opzioni alternative alla detrazione fiscale: lo sconto in fattura e la cessione del credito

L.A. Piterà* EGLI ULTIMI MESI a cavallo della pausa estiva,

le pagine dei giornali sono state riempite non solo dalle notizie legate all’andamento dei contagi e alle modalità di ripresa delle attività scolastiche, ma anche da quelle sul Superbonus %, che ha creato un grande interesse nel mercato. Il Superbonus %, infatti, ha generato di fatto un’aspettativa di costo zero, se non di guadagno secondo la logica “spendo  e in un periodo di tempo predefinito rientro di ”, ma ha anche reintrodotto e significativamente potenziato due opzioni alternative alla detrazione fiscale, lo sconto in fattura e la cessione del credito. Il soggetto che intende aderire a un intervento definito “trainante” e con l’aggiunta di eventuali interventi “trainati” così come previsto dall’art.  del D.L.  (Governo Italiano, ), ha di fronte a sé come scenario normale quello di commissionare i lavori, farli eseguire, pagarli con bonifico bancario tracciato e recuperare il % dell’importo speso IVA inclusa in un arco temporale di cinque anni. Se invece il medesimo soggetto non ha la capacità finanziaria, oppure non vuole pagare i lavori, può “negoziare” (non imporre) con il fornitore o con i fornitori che hanno eseguito l’intervento, l’applicazione di uno sconto, oppure può trasformare la detrazione fiscale in un credito da cedere. Ed è qui la grande novità, in quanto la cessione del credito può essere fatta nei confronti di chiunque, incluse le istituzioni bancarie che fino ad oggi erano inspiegabilmente escluse, generando di conseguenza un mercato di questi crediti di natura fiscale.

I soggetti beneficiari Il Decreto Rilancio (Governo Italiano, ) definisce i soggetti beneficiari della detrazione: • condomini; • persone fisiche, al di fuori dell’esercizio di attività d’impresa; • Istituto Autonomo Case Popolari (IACP) e istituti simili con medesime finalità sociali; • cooperative di abitazioni a proprietà indivisa; • organizzazioni non a scopo di lucro di utilità sociale; • associazioni e società sportive dilettantistiche. Soggetti che devono possedere o detenere

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l’immobile oggetto di intervento oltre a sostenere materialmente le spese. In aggiunta, le Comunità energetiche rinnovabili (Agenzia delle Entrate, ), costituite in forma di enti non commerciali o da parte di condomini che aderiscono alle configurazioni previste dall’art.  bis del D.L. / (Governo italiano, ), possono beneficiare del Superbonus limitatamente alle spese sostenute per impianti a fonte rinnovabile. Sono esclusi dalla fruizione del Superbonus i soggetti che non possiedono redditi imponibili, mentre sono esclusi parzialmente i soggetti che possiedono esclusivamente redditi assoggettati a tassazione separata o ad imposta sostitutiva (contribuenti “minimi” o a regime “forfettario”) e i soggetti che non potrebbero fruire della corrispondente detrazione in quanto l’imposta lorda è assorbita dalle altre detrazioni o non è dovuta (ad esempio la no tax area), anche se rimane la possibilità di fruire dello sconto in fattura o della cessione del credito (Agenzia delle entrate, ).

Gli interventi trainanti e trainati Il Decreto Rilancio prevede tre tipologie di interventi, mostrati in Tabella , che vengono definiti “trainanti” in quanto ad essi possono essere affiancati altri interventi soggetti ad aliquote diverse detti “trainati”, come quelli dell’Ecobonus e del Sismabonus, che in tali condizioni usufruiscono sia dell’incremento dell’aliquota al %, sia della riduzione del periodo di fruizione da  a  anni, mantenendo però i precedenti limiti di spesa per ciascun intervento. In Tabella  sono riportati gli interventi trainati. Il meccanismo del Superbonus non considera “trainati” i seguenti interventi: 1. il “Bonus Ristrutturazioni”, che rimane agevolato al % delle spese sostenute per interventi di recupero edilizio; 2. il “Bonus Mobili”, che rimane agevolato al % delle spese sostenute per l’acquisto di mobili e di grandi elettrodomestici in concomitanza di interventi di recupero edilizio; 3. il “Bonus Verde”, che rimane agevolato al % delle spese sostenute per interventi di sistemazione di giardini e aree verdi; 4. il “Bonus Facciate”, che rimane agevolato al %

delle spese sostenute per interventi edilizi finalizzati al recupero della facciata esterna (strutture verticali di edifici ubicati nelle zone A o B). Perché gli interventi trainanti e quelli trainati possano essere considerati eseguiti congiuntamente è necessario che il periodo in cui sono state sostenute le spese degli interventi trainati sia compreso nell’intervallo di tempo tra la data di inizio e quella di fine dei lavori degli interventi trainanti (Agenzia delle Entrate, ); in caso contrario non è possibile usufruire per i trainati dell’aumento dell’agevolazione. Il comma  dell’art.  del D.L. / prevede che gli interventi agevolati ai sensi dell’art.  del D.L. / (Governo italiano, ) possono usufruire della maggiorazione al % anche se non eseguiti congiuntamente con gli interventi trainanti solo nei seguenti casi: • l’edificio sia sottoposto ad almeno un vincolo ai sensi del D.Lgs. / (Governo Italiano, ); • gli interventi ad aliquota maggiorata non possono essere eseguiti perché vietati da regolamenti edilizi, urbanistici o ambientali.

Il calcolo del massimale Per il calcolo del massimale esistono due modalità: • nel caso in cui gli interventi interessino parti comuni di edifici condominiali per i quali i massimali sono riferiti al numero di unità immobiliari che costituiscono l’edificio, il limite massimo di spesa agevolabile è riferito all’intero edificio. Il limite riferito alle singole unità può risultare maggiore a seconda del criterio di ripartizione scelto, ad esempio per millesimi; • sulla base dei singoli interventi

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agevolabili e all’edificio unifamiliare o alla unità immobiliare funzionalmente indipendenti oggetto d’intervento. Di conseguenza se sul medesimo edificio sono effettuati più interventi agevolabili, il limite massimo è costituito dalla somma degli importi previsti per ciascuno degli interventi e viene suddiviso tra i detentori o i possessori dell’immobile che partecipano alla spesa sulla base di quanto versato e documentato da ciascuno. Il ruolo del professionista Per poter accedere al Superbonus, bisogna dimostrare la sussistenza di due requisiti: • gli interventi di isolamento termico delle superfici opache o di sostituzione degli impianti di climatizzazione invernale esistenti rispettano i requisiti previsti da un apposito decreto, che deve essere emesso dal MiSE; • le prestazioni energetiche dell’edificio migliorano di almeno due classi energetiche, tenendo conto anche dell’installazione di impianti solari fotovoltaici e di eventuali sistemi di accumulo e considerando anche l’effetto generato dagli interventi trainati, purché eseguiti congiuntamente. Tutto ciò va verificato anche per edifici unifamiliari e per unità immobiliari site all’interno di edifici plurifamiliari che siano funzionalmente indipendenti e che dispongano di uno o più accessi autonomi dall’esterno. Se l’edificio o l’unità familiare è già nella penultima o terzultima classe, bisogna assicurare il conseguimento della classe energetica più alta. Il secondo requisito è dimostrato dall’attestato di prestazione energetica (A.P.E.) relativo alla situazione

prima e dopo l’intervento, che va rilasciato da un tecnico abilitato nella forma di dichiarazione asseverata e al quale devono essere allegati un computo metrico e, nel caso di stima dei costi analitici, la relazione per la definizione dei nuovi prezzi. È evidente che per l’ottenimento delle agevolazioni è fondamentale il ruolo del professionista, che ha la responsabilità di asseverare il rispetto sia dei requisiti energetici sia della congruità delle spese (utilizzando i modelli predisposti dal MiSE con il decreto del  agosto ) e di inviare tutta la documentazione attraverso la procedura telematica messa a disposizione dall’ENEA. Nel caso in cui il MiSE, che è il soggetto deputato ai controlli, appurasse la non veridicità dei documenti inviati, il professionista sarebbe soggetto a una sanzione amministrativa pecuniaria compresa tra .

e . € per ciascuna attestazione o asseverazione non veritiera, oltre alle eventuali conseguenze penali, disciplinari e a eventuali azioni legali eventualmente intraprese dal contribuente che si sarebbe visto negare il beneficio fiscale. Per tale motivo viene richiesto al professionista di dotarsi di una polizza di assicurazione per responsabilità civile adeguata alle attestazioni e alle asseverazioni rilasciate e all’importo degli interventi richiesti e comunque non inferiore a . euro.  * Luca A. Piterà, Segretario Tecnico di AiCARR

BIBLIOGRAFIA

∙ Agenzia delle Entrate. 2020. Detrazione per interventi di efficientamento energetico e di riduzione del rischio sismico degli edifici, nonché opzione per la cessione o per lo sconto in luogo della detrazione previste dagli articoli 119 e 121 del decreto-legge 19 maggio 2020, n. 34 (Decreto Rilancio) convertito con modificazione dalla legge 17 luglio 2020, n. 77 – Primi chiarimenti. Circolare 24/E del 8 agosto 2020. Roma. Agenzia delle Entrate. ∙ Governo italiano. 2004. Codice dei beni culturali e del paesaggio, ai sensi dell’articolo 10 della legge 6 luglio 2002, n. 137. D.Lgs. n.42 del 22 gennaio 2004. Gazzetta Ufficiale n.45 del 24 febbraio 2004. S.O. n.28. Roma. Poligrafico dello Stato. ∙ Governo italiano. 2013. Disposizioni urgenti per il recepimento della Direttiva 2010/31/UE del Parlamento europeo e del Consiglio del 19 maggio 2010, sulla prestazione energetica nell’edilizia per la definizione delle procedure d’infrazione avviate dalla Commissione europea, nonché altre disposizioni in materia di coesione sociale. D.L. n.63 del 4 giugno 2013. Gazzetta Ufficiale n.130 del 5 giugno 2013. Roma. Poligrafico dello Stato. ∙ Governo italiano. 2020. Misure urgenti in materia di salute, sostegno al lavoro e all’economia, nonché di politiche sociali connesse all’emergenza epidemiologica da COVID-19. D.L. n.34 del 19 maggio 2020. Gazzetta Ufficiale n.128 del 19 maggio 2020, S.O. n.21. Roma. Poligrafico dello Stato.

Tabella 1 – Interventi “trainanti” Area d’intervento

Requisiti Sintervento > 25% Sdispedente lorda Intervento con materiali isolanti rispondenti ai CAM Edilizia.

Immobile interessato

• Intero edificio. • Singola unità immobiliare all’interno di edifici plurifamiliari, funzionalmente Trasmittanze definite dal D.M. 11 marzo indipendente e con uno o più 2008, in attesa dei decreti attuativi del comma 3-ter dell’art. 14 del D.L. 63/2013. accessi autonomi dall’esterno.

Isolamento termico esterno delle superfici verticali, orizzontali, inclinate Sostituzione dell’impianto termico di climatizzazione invernale con impianto centralizzato per riscaldamento, raffrescamento o produzione di ACS

Impianti con generatori: • a condensazione almeno Classe A; • pompe di calore; • ibridi (factory made); • geotermici; anche in abbinamento a impianti: • PV e sistemi di accumulo elettrico; • microcogenerazione; • collettori solari termici; • allaccio a reti di teleriscaldamento efficiente.

Intero edificio condominiale o plurifamiliare. • Edifici unifamiliari. • Singola unità immobiliare all’interno di edifici plurifamiliari, funzionalmente indipendente e con uno o più accessi autonomi dall’esterno.

Massimale di spesa • Edifici unifamiliari o singole unità immobiliari autonome: 50.000 €. • Edifici plurifamiliari: • fino all’ottava unità: 40.000 €; • dalla nona unità in poi: 30.000 €. Rientrano le pese per: • l’attestazione e le asseverazioni dei tecnici; • la coibentazione del tetto. • Edifici fino all’ottava unità: 20.000 €. • Edifici dalla nona unità: 15.000 €. Rientrano le spese per: • lo smaltimento e la bonifica dell’impianto sostituito; • la sostituzione della canna fumaria collettiva; • l’attestazione e le asseverazioni dei tecnici. • 30.000 € Rientrano le spese per: • lo smaltimento e la bonifica impianto sostituito; • l’attestazione e le asseverazioni dei tecnici.

Massimali di detrazione • Edifici unifamiliari o singole unità immobiliari autonome: 55.000 € • Edifici plurifamiliari: • fino all’ottava unità: 44.000; • dalla nona unità in poi: 33.000 €. • Edifici fino all’ottava unità: 22.000 €. • Edifici dalla nona unità: 16.500 €.

33.000 €

Tabella 2 – Interventi “trainati” Area d’intervento Installazione di impianti PV

Requisiti L’intervento deve essere eseguito in abbinamento a uno o più interventi trainanti.

Cessione a favore del GSE, dell’energia non auto-consumata in sito. L’intervento deve essere eseguito in abbinamento a Installazione di sistemi di uno o più interventi trainanti e contestualmente o accumulo elettrico successivamente a quello degli impianti fotovoltaici. Installazione di infrastrutture per la L’intervento deve essere eseguito in ricarica di veicoli elettrici negli edifici abbinamento a uno o più interventi trainanti. Involucro e impianto previsti L’intervento deve essere eseguito in dall’art. 14 del D.L. 63/2013. abbinamento a uno o più interventi trainanti. (Ecobonus, Sismabonus)

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Immobile interessato Edifici rientranti nelle definizioni fornite dall’art. 1 comma 1 lettere a), b), c) e d) del D.P.R. 412/93. Edifici rientranti nelle definizioni fornite dall’art. 1 comma 1 lettere a), b), c) e d) del D.P.R. 412/93. All’interno di edifici o parti comuni di edifici. Edifici rientranti nei requisiti previsti da “Ecobonus” e “Sismabonus”.

Massimale di spesa • 48.000 € con un limite di 2.400 €/KWp. • limite ridotto a 1.600 €/kWp se l’installazione è svolta contestualmente con interventi di ristrutturazione edilizia, di nuova costruzione o ristrutturazione urbanistica.

Massimali di detrazione 52.800 € riferito alla singola unità immobiliare.

1.000 €/kWh riferito alla capacità del sistema di accumulo.

1.100 €/kWh riferito alla capacità del sistema di accumulo.

3.000 €.

3.300 €.

Nei limiti di spesa per ciascuna categoria di immobili interessati.

Pari ai massimali di spesa incrementati del 10%.

Criteri di progettazione

Ristrutturazione di primolivello di un edificio esistente secondo i requisiti NZEB In attesa che siano emanati i decreti attuativi della nuova direttiva UE/2018/844 e del D.Lgs. 48/2020 che la recepisce, resta ancora valida la normativa vigente sugli edifici NZEB. Si presenta una procedura semplificata di calcolo secondo l’attuale normativa G. Cammarata*

Gli edifici NZEB Il D.M. //[] definisce NZEB (Edificio a Quasi Zero Energia) tutti gli edifici, siano essi di nuova costruzione o esistenti, per cui sono contemporaneamente rispettati: • tutti i requisiti previsti con i valori vigenti dal º gennaio  per gli edifici pubblici e dal º gennaio  per tutti gli altri edifici; • gli obblighi di integrazione delle fonti rinnovabili nel rispetto dei principi minimi di cui all’Allegato , paragrafo , lettera c), del decreto legislativo  marzo , n. , ovvero QR ≥ % e P ≥ Sp/ kW. Molte regioni, soprattutto quelle del Nord Italia, hanno anticipato la data prevista dal D.M.

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// per l’obbligo NZEB che dal // è valido per gli edifici pubblici. In questa nota si affronta il problema di rendere NZEB edifici esistenti che presentano diverse difficoltà operative rispetto ai nuovi edifici. Si ricorda che per la ristrutturazione importante di primo livello occorre che siano rispettate tre verifiche: 1. Verifica delle caratteristiche dell’involucro: ⚬ verifica di H’ T per la trasmittanza media dell’involucro; ⚬ verifica del rapporto Asol.est/Autile per gli apporti solari estivi attraverso le finestre. 2. Verifica dell’energia primaria di involucro: ⚬ verifica di EPH,nd per il riscaldamento;

⚬ verifica di EP C, nd per il condizionamento; ⚬ verifica di EPgl,nd per i fabbisogni globali. 3. Verifica delle efficienze degli impianti: ⚬ verifica di hH per l’impianto di riscaldamento; ⚬ verifica di hC per l’impianto di condizionamento; ⚬ verifica di hW per l’impianto di acqua calda sanitaria (ACS). Per la ristrutturazione importante di secondo livello occorre che siano

rispettate le sole verifiche di involucro: • verifica di H’ T per la trasmittanza media dell’involucro; • verifica del rapporto Asol.est /Autile per gli apporti solari estivi attraverso le finestre; • trasmittanze dei componenti di involucro inferiori ai limiti fissati dal D.M. Si ricorda che le verifiche di involucro sono di norma le più impegnative da realizzare proprio perché relative alle qualità termotecniche di edifici esistenti, spesso costruiti in muratura portante, con finestre con vetri singoli e con impianti assenti.

Le problematiche per gli edifici esistenti Il progetto NZEB di edifici esistenti da ristrutturare presenta, come detto, difficoltà aggiuntive rispetto al progetto per edifici nuovi. Occorre intervenire, infatti, su un involucro

già costruito o parzialmente da ricostruire, sugli impianti (spesso obsoleti o mancanti) avendo rispetto per i vincoli urbanistici, architettonici e ai vincoli delle Sovrintendenze AA.BB.CC. Le verifiche più impegnative sono quasi sempre quelle di involucro: H’ T e Asol/Autile. L’utilizzazione delle FER può risultare problematica se l’edificio non dispone di aree libere e utilizzabili (quindi anche privi di vincoli urbanistici e della sovrintendenza) per l’installazione di pannelli FV o collettori solari termici. Il vincolo della Quota Rinnovabile, QR, impone quasi sempre l’utilizzo di generatori elettrici (a pompa di calore) che forniscono un’aliquota di energia rinnovabile significativa, assente se si utilizzano generatori a combustibile. Nel caso di verifica per l’illuminazione è necessario cambiare l’impianto esistente con lampade a incandescenza e utilizzare lampade a LED con accensione controllata per ridurre i consumi energetici. Infine, l’inserimento di nuovi impianti o la sostituzione di quelli esistenti risulta difficoltosa per effetto di murature spesse e per la mancanza di volumi e spazi da utilizzare per gli impianti stessi.

Procedure da seguire In un edificio da ristrutturare le strutture murarie sono già esistenti e gli interventi possibili sono spesso limitati e vincolati. Se l’edificio è storico, o situato in centro storico, raramente è possibile intervenire sulle murature. Peraltro, queste possono essere portanti e di spessore notevole (- cm) con trasmittanza compresa, di norma, fra , – , W/(mK). Mediante termografia (Figura ) si possono individuare le zone più disperdenti sulle quali è opportuno agire maggiormente.

Incidenza dei disperdimenti L’incidenza dei disperdimenti attraverso l’involucro appare subito importante per intraprendere qualunque azione di riqualificazione energetica. In Figura  si ha un riepilogo dei disperdimenti per un ristorante in zona B conforme alle attuali norme. Come si può osservare, il ,% dei disperdimenti, in questo esempio, si ha nelle pareti esterne e il ,% nei serramenti vetrati.

CASO DI STUDIO Ristrutturazione di primo livello di un albergo Figura 1 – Una scansione termografica indica in rosso le superfici più disperdenti che hanno necessità di interventi diretti con inserimento di isolante termico. La termografia può suggerire anche un intervento a cappotto sull’involucro esterno dell’edificio

Il caso di studio in oggetto è un albergo costruito negli anni cinquanta localizzato a Catania. Si compone di quattro piani e un piano rialzato. È dotato di servizi mensa e un’ampia terrazza. Si

riportano, nelle Figure  e , solo alcune piante e prospetti per economia di spazio. Per i lavori di ristrutturazione importante di primo livello si desideravano ristrutturare gli infissi esistenti, modificare e isolare le pareti esterne e inserire un nuovo impianto di climatizzazione e produzione di ACS. Le pareti esterne erano inizialmente

Figura 3 – Pianta del piano terra e del piano terzo

Figura 2 – Quasi tutti i software certificati utilizzati per la verifica dei requisiti minimi consentono di avere un riepilogo delle percentuali di disperdimento per tipologia di struttura. Nel caso in esame la  è una parete esterna, la  è una finestra, la  è una parete interna, le  e  sono ponti termici, la  è un soffitto e la  un infisso interno

Figura 4 – Prospetto a ovest e prospetto a est

#63

in muratura di forati che si è pensato di trasformare in muratura con intercapedine interna e spessore totale di  cm. Gli infissi esistenti sono a singola lastra vetrata. Gli interpiani variano da , a  m a seconda dei casi. Mancavano del tutto gli impianti di climatizzazione e non era presente alcun utilizzo delle FER. La trasmittanza iniziale delle pareti era , W/(mK). Le finestre esistenti a vetro singolo avevano U = , W/(mK), calcolata secondo la UNI -. I nuovi soffitti isolati hanno U = , W/(mK).

Figura 5 – Analisi energetica dell’edificio esistente. La classe inziale è A con un fabbisogno energetico pari a  kWh/manno

Analisi energetica dell’edificio esistente Il riepilogo dell’analisi energetica ai sensi del D.M. // è riepilogata nella Figura . La verifica dei parametri di calcolo, H’T, Asol/Aest. utile, EPH,nd, EPC,nd, EPgl,tot, ηH, ηC e ηW, sono riepilogati in Figura , ove sono riportate le verifiche anche per le singole zone termiche e quelle per l’edificio globale. È anche riportato lo schema di impianto secondo quanto richiesta dalla norma UNI TS/. A seguito di questi primi calcoli possiamo ottenere informazioni preziose sulle percentuali di incidenza dei disperdimenti dei componenti edilizi, come da Figura . Il % delle perdite si ha nelle pareti esterne non coibentate: occorre, pertanto, inserire coibente all’interno. Il ,% delle perdite si ha negli infissi a vetro semplice: occorre sostituire gli infissi e usare doppi vetri basso emissivi. Pavimento e soffitto possono essere coibentati anche per verificare H’ T.

Figura 6 – Riepilogo della verifica degli  parametri richiesti dal D.M. //. In rosso sono evidenziati i parametri non verificati: H’T che riguarda l’involucro e gli altri che riguardano le prestazioni energetiche per riscaldamento e globali

Analisi energetica dell’edificio ristrutturato di primo livello Le azioni correttive sull’involucro sono brevemente le seguenti: • aggiunta di isolante alle pareti esterne che, per necessità costruttive, viene posto sulla faccia interna (Figura ); • aggiunta di isolante al pavimento e al soffitto (Figura ); • cambio degli infissi con nuovi a taglio termico e con vetrate doppie di tipo basso emissive (ε = ,) e gas pesante interno (Figura ); • data l’ampia disponibilità di superficie libera in terrazza si installeranno celle solari FV per la produzione elettrica e collettori solari termici per la produzione di acqua calda sanitaria /D.Lgs. /). Per la verifica sull’utilizzo delle FER si riportano i dati in Figura  che esplicitano la verifica del D.Lgs. /. I dettagli di calcolo della verifica FER sono riportati in Figura  ove sono indicate le superfici utili per la potenza FV,  m. Per i collettori termici, con una superficie di  m, si ha la situazione illustrata sempre in Figura . La nuova tabella delle incidenze delle potenze di trasmissione per tipologia di elemento di involucro è quella illustrata in Figura .

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Figura 8 – Nuova stratigrafia delle pareti esterne

Confrontandola con la precedente si osserva che le singole percentuali sono notevolmente cambiate, anche in relazione ai valori totali delle perdite per trasmissione.

Figura 7 – Riepilogo delle percentuali di perdite di potenza per le varie tipologie di involucro

Figura 9 – Verifica delle caratteristiche dei pavimenti

Figura 10 – Verifica delle trasmittanze degli infissi e delle vetrate

Figura 11 – Verifica del D.Lgs. / e dell’impianto a pannelli FV

Figura 12 – Verifica della potenza elettrica FER e ACS Figura 13 – Nuova tabella di incidenza delle potenze per trasmissione per tipologia di elemento di involucro dell’edificio

La nuova verifica energetica è sintetizzata nella Figura . La nuova quota rinnovabile, QR, è pari al ,%, maggiore del valore minimo del %.

Figura 14 – Nuova verifica energetica

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La nuova classe energetica è la A, cioè la massima ottenibile. La verifica dei parametri di calcolo è positiva per tutti gli otto elementi, come si vede in Figura . La scala energetica e i risultati della verifica del D.Lgs. / (nel riquadro) sono riportate nella Figura , ove si riporta anche la dicitura di Edificio a energia quasi zero, come richiesto dal D.M. //. Considerato che si tratta di un albergo, si richiede anche la verifica per l’Illuminazione, riepilogata in Figura . Si osservi la scelta dell’illuminazione a LED e la selezione del sistema di controllo delle presenze.

Figura 15 – Nuova verifica dei parametri di involucro e di impianto

Confronto energetico prima e dopo l’intervento Si riporta, in Figura , un quadro comparativo dell’intervento descritto in precedenza per un immediato confronto sulle classi energetiche (in riquadro), prima e dopo l’intervento, e sulle energie primarie.

BIBLIOGRAFIA

[1] DM 26/06/2015 sui Requisiti Minimi degli Edifici

NORMATIVA DI RIFERIMENTO

∙ Norma UNI TS 11300/1:2014 – Prestazione Energetiche degli Edifici Parte 1ª – Determinazione del Fabbisogno di Energia Termica dell’edificio per la climatizzazione estiva e invernale; ∙ Norma UNI TS 11300/2:2014 – Prestazione Energetiche degli Edifici Parte 2ª – Determinazione del Fabbisogno di Energia Primaria e dei rendimenti per la climatizzazione estiva e invernale, per la produzione di acqua calda sanitaria, la ventilazione e l’illuminazione; ∙ Norma UNI TS 11300/3:2010 – Prestazione Energetiche degli Edifici Parte 3ª – Determinazione del Fabbisogno di Energia Primaria e dei rendimenti per la climatizzazione estiva; ∙ Norma UNI TS 11300/4:2016 – Prestazione Energetiche degli Edifici Parte 4ª – Utilizzo di energie rinnovabili e di altri metodi di generazione per riscaldamento e preparazione di ACS; ∙ Norma UNI TS 11300/5:2016 – Prestazione Energetiche degli Edifici Parte 5ª – Determinazione dell’Energia Primaria e Calcolo della Quota Rinnovabile; ∙ Norma UNI TS 11300/6:2016 – Prestazione Energetiche degli Edifici Parte 6ª – Determinazione dell’Energia per ascensori, Scale mobili e marciapiedi mobili; ∙ Norma UNI TS 10349:2016 – Parte 1/2/3 – Dati climatici relativi al riscaldamento e raffrescamento degli edifici; ∙ Raccomandazione CTI 14/2013 – Prestazioni Energetiche degli Edifici – Determinazione dell’energia primaria e della prestazione energetica, EP, per la classificazione dell’Edificio; ∙ Norma UNI EN 15193 – Prestazione Energetica degli edifici – Requisiti energetici per l’Illuminazione; ∙ Direttiva UE/2018/844 sull’efficienza energetica degli edifici; ∙ D.Lgs 48/2020 di recepimento della direttiva UE/2018/844.

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Figura 16 – Verifica energetica, classificazione energetica e verifica D.Lgs. / (in rosso)

Conclusioni Le verifiche più impegnative sono state quelle, come prevedibile per un edificio già costruito nel , per l’involucro: H’T e Asol.est/Autile. La possibilità di inserire isolante nell’intercapedine delle pareti ha semplificato molto i problemi di verifica. L’utilizzazione delle FER, necessaria per ottenere una QR di almeno il %, è stata facilitata dall’ampia disponibilità di aree utilizzabili per l’installazione di pannelli FV o collettori solari termici. Si sono utilizzati generatori elettrici (a pompa di calore) anche per potere avere un’aliquota di energia rinnovabile che sarebbe assente con i generatori a combustibile. La verifica per l’illuminazione ha richiesto l’uso di lampade a LED con accensione controllata per ridurre i consumi energetici.

Figura 17 – Verifica Illuminazione

* Giuliano Cammarata, Università degli Studi di Catania, Socio AiCARR

Figura 18 – Confronto delle prestazioni energetiche fra edificio esistente ed edificio ristrutturato

Informazioni dalle aziende

REFRIGERAZIONE INTELLIGENTE NELLE STRUTTURE OSPEDALIERE Dal 2017 quattro compressori a vite BITZER CSH9593 in pompe di calore ad alta temperatura assicurano una corretta temperatura ambiente per il Maastricht UNIVERSITY MEDICAL CENTER

Compressori a vite BITZER CSH9593 (Fonte: BITZER)

Presso il Maastricht UMC+ gli esperti di ETP hanno installato complessivamente quattro pompe di calore ad alta temperatura (Fonte: BITZER)

Il Maastricht University Medical Centre+ è il frutto di una partnership tra l’ospedale universitario di Maastricht e la facoltà di salute, medicina e scienze della vita dell’università di Maastricht (Fonte: Maastricht UMC+)

ll’estremo sud-est dei Paesi Bassi, Maastricht è una delle più antiche città del paese ed è un’importante sede universitaria. Oltre . abitanti vivono in questa città vicino al confine con il Belgio e la Germania, dove nel  fu siglato il “Trattato sull’Unione europea”. Oltre all’ateneo con i suoi . studenti, spicca anche il Maastricht UMC+, l’ospedale universitario. Si tratta dell’unico centro nei Paesi Bassi a svolgere le diagnosi genetiche preimpianto, mirate a individuare in anticipo gravi patologie genetiche negli embrioni, quali per es. la malattia di Huntington o la fibrosi cistica. Questa medicina high-tech richiede tuttavia condizioni ambientali ottimali per poter svolgere le proprie prestazioni, spesso di importanza vitale. Nel  i responsabili dell’ospedale si sono dunque rivolti a Energie Totaal Projecten (ETP), partner BITZER nei Paesi Bassi, per rinnovare l’impianto di riscaldamento e climatizzazione. Marcel Kloowijk, direttore di ETP, dichiara: “Abbiamo proposto ai responsabili dell’ospedale di puntare su pompe di calore ad alta temperatura: una soluzione ad alta efficienza energetica in grado di assicurare sia il calore di riscaldamento sia la climatizzazione.

Quattro pompe di calore, un COP pari a 3,46 Detto, fatto. ETP punta ormai da anni sulla consolidata qualità BITZER e ha quindi previsto fin dall’inizio l’installazione nelle pompe di calore di quattro compressori a vite CSH. Kloowijk afferma: “Abbiamo scelto i grandi compressori a vite BITZER perché le macchine con circuito dell’olio integrato hanno semplificato notevolmente il progetto

e perché il CSH presenta un’elevatissima efficienza”. E questo nonostante i compressori a vite debbano funzionare in maniera convincente sia nel range delle basse temperature da  a  °C sia a valori di riscaldamento, tra i  e i  °C. Kloowijk prosegue: “Per ottenere il massimo dai compressori abbiamo impiegato una speciale tecnica a notevole risparmio energetico: l’espansione diretta”. Un ricevitore-surriscaldatore combinato consente allo stesso tempo di aumentare la temperatura d’evaporazione, controllare il surriscaldatore e proteggere il compressore da un colpo di liquido. Il design asimmetrico dell’impianto garantisce a sua volta un’elevata capacità e assicura una ridottissima perdita di pressione del gas di aspirazione.

Lo spazio non abbondava Lo spazio disponibile per l’installazione delle pompe di calore nella preesistente centrale di cogenerazione era molto ridotto. Kloowijk ricorda: “Abbiamo dovuto costruire le pompe di calore in maniera che si adattassero bene alla piccola centrale di cogenerazione”. Un’ulteriore problematica era costituita dal fatto che a temperature elevate la quota di olio espulso è molto alta. Gli esperti di ETP hanno superato anche questa sfida. Come refrigerante viene utilizzato l’Ra, ideale sia per le temperature sia per la capacità richiesta e l’efficienza dell’impianto. In alternativa sarebbe stato tuttavia possibile anche l’impiego del refrigerante HFOyf, per il quale i compressori a vite CSH sono parimenti progettati. Kloowijk ricorda: “Per questo impianto parliamo di una potenza di quasi . kW per la climatizzazione e di oltre . kW per il riscaldamento. Tuttavia, anche grazie agli inverter di frequenza su ogni singolo compressore a vite, il COP è pari a ,”. Negli ultimi due anni l’impianto è già stato completamente ammortizzato. Grazie all’eccezionale efficienza energetica, l’ospedale ha ridotto le proprie emissioni di CO di circa . tonnellate l’anno. Kloowijk prosegue: “Questo progetto è un ottimo esempio di come una buona collaborazione produca soluzioni efficaci. Anche in futuro continueremo quindi a fare affidamento sugli affermati prodotti BITZER e sulla proficua collaborazione con questa azienda”.

Case Study

Riqualificazione

NZEB per l’ufficio

Vista dal modello BIM della facciata sud-est dell’edificio

Analisi delle scelte intraprese nella progettazione di un edificio esistente completamente rinnovato al fine di ottimizzarne le prestazioni energetiche G. Bo, S. Giargia*

nella Direttiva //UE, recast della Direttiva Energy Performance Building Directive EPBD //CE, il concetto di edificio a energia quasi zero “NZEB”, è entrato sempre più nel lessico e nella vita professionale di progettisti, costruttori e proprietari di immobili: edifici caratterizzati da elevatissime prestazioni energetiche sia in termini di involucro che di impianti, e il cui fabbisogno energetico sia coperto in misura molto significativa mediante fonti rinnovabili. Siamo ormai prossimi a uno dei più importanti avvenimenti conseguenti dall’introduzione di tale rivoluzionaria direttiva: dal  dicembre  infatti, tutti gli edifici di nuova costruzione dovranno essere classificati NZEB. AiCARR ha già dedicato numerose iniziative, fra documenti e seminari, a tale tematica: affrontare la progettazione di uno NZEB necessita infatti di un approccio integrato che tenga conto di diverse discipline ingegneristiche, edili e impiantistiche, e di un delicato equilibrio fra le possibili scelte e strategie progettuali. Lo scopo di questo articolo è evidenziare, con l’esposizione di un caso di studio, le criticità riscontrate nel raggiungere la classificazione NZEB e la classe energetica A secondo D.M. //. I parametri di verifica NZEB ai fini delle verifiche di legge sono i seguenti: • coefficiente globale di scambio termico H’t; • area solare equivalente Asol,est/Asup utile; • indice di prestazione termica utile per il

AL MOMENTO DELLA SUA INTRODUZIONE

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riscaldamento, raffrescamento, globale EPH,nd; EPC,nd; EPgl,tot; • efficienza media stagionale impianti ηH; ηW; ηC.

Il caso di studio Il caso di studio oggetto di analisi prende in esame un edificio esistente, sito nel comune di Genova, completamente rinnovato e di cui si prevede di mantenere esclusivamente le strutture portanti.

Il fabbricato è destinato a diventare la nuova sede sociale di una compagnia multi-utility con al suo interno le seguenti destinazioni d’uso: •  piano interrato e  piani fuori terra; • superficie totale di circa . m; • destinazioni d’uso: ⚬ autorimessa al piano interrato; ⚬ ingresso e locali tecnici al piano terra;

Tabella 1 – Condizioni generali di progetto Locali

INVERNO

ESTATE

Temperatura [°C]

Umidità relativa [%]

Temperatura [°C]

Umidità relativa [%]

Uffici e ristorante



n.c.





Servizi igienici



n.c.

n.d.c.

Spogliatoi



n.c.





Scale

n.c.

* n.c. non controllato; n.d.c. non direttamente controllato Locali

Affollamento Portata aria esterna Carichi interni Carichi interni persone [p/m] di rinnovo [W/m] [W/p]

Uffici open space

,

 l/s/p





Sale riunioni

,

 l/s/p





Ristorante

,

 l/s/p





 vol/h (estrazione)

n.c.

,

 vol/h





Servizi igienici Spogliatoi

davanti alla facciata con la doppia funzione estetica e di ombreggiamento per la facciata, la percentuale di area libera della vela è pari al %; • facciata nord-ovest prevalentemente opaca. Le caratteristiche dei componenti di involucro sono illustrate in Tabella .

Impianto di climatizzazione

Vista dal modello BIM della facciata sud-ovest

⚬ caffè, ristorante, area fitness e conference room al primo piano; ⚬ uffici openspace e salette riunioni ai piani secondo, terzo, quarto e quinto; ⚬ ristorante e cucina al piano sesto.

Condizioni di progetto Le condizioni di progetto sono riassumibili in Tabella .

L’involucro edilizio Come mostrato nelle figure allegate, l’edificio sarà di moderna concezione architettonica. Le facciate dell’edificio verranno completamente

rinnovate in nuove facciate completamente vetrate così articolate: • facciata nord-est composta da vetrate singole e tende interne mobili; • facciata sud-est composta da una facciata completamente vetrata a doppia pelle permanentemente aperta, tra le due vetrate sono presenti delle schermature mobili. Parte della facciata sud-est comprende anche uno spazio non climatizzato aperto verso l’esterno, una sorta di serra solare la cui temperatura è controllata mediante l’apertura di griglie di ventilazione poste in copertura della serra che favoriscono il moto convettivo naturale; • facciata sud-ovest composta da una facciata completamente vetrata e da una vela opaca posta

Tabella 2 – Caratteristiche dei componenti di involucro Facciata

Trasmittanza termica (Uw) [W/m/K]

Fattore solare (g)

Fattore tendaggi esterni

Fattore tendaggi interni

Nord-est

,

,



,

Sud-est (doppia pelle)

,

,

,

,

Sud-ovest (facciata con vela)

,

,

,

,

Nord-ovest (opaca)

Figura 1 – Composizione delle unità di trattamento dell’aria

L’impianto di condizionamento previsto nell’edificio sarà costituito da: • ambienti adibiti a uffici: pannelli radianti del tipo appeso (“isole radianti”) più aria primaria; • conference room, zone aperte al pubblico: impianto a tutt’aria con ricircolo. Per ogni piano di uffici sono presenti due unità di trattamento dell’aria esterna, sono presenti inoltre diverse altre unità di trattamento dell’aria dedicate alle restanti aree, tutte le unità sono dotate di recuperatori di calore rotativi entalpici (efficienza %) con bypass, ventilatori con inverter, batterie di riscaldamento, raffreddamento e post-riscaldamento, filtri. Si veda la Figura .

Analisi dei parametri NZEB che influenzano l’involucro Riqualificare un edificio esistente per farlo diventare NZEB richiede di porre particolare attenzione ai vincoli dati dalla natura dell’edificio stesso come ad esempio l’orientamento imposto dell’edificio o da vincoli estetici come nel caso che abbiamo in esame in cui la vela opaca nella facciata sudovest è un elemento architettonico essenziale e caratterizzante il progetto stesso. L’involucro di un edificio NZEB deve essere progettato in modo da cercare di massimizzare gli apporti solari nella stagione invernale così come ridurre al minimo la richiesta di energia termica invernale ma al contempo minimizzare tali apporti durante la stagione estiva per limitare i consumi energetici di raffrescamento. La vela presente nella facciata sud-ovest si comporta come uno schermo fisso per tutto l’anno (la vela risulta per circa il % della superficie piena e quindi opaca all’irraggiamento) riducendo gli apporti solari sia nella stagione invernale che in quella estiva. La presenza della vela ha posto un vincolo al valore di trasmissione solare delle restanti facciate, infatti è auspicabile scegliere delle vetrate con un basso fattore di trasmissione solare per minimizzare gli apporti estivi (soprattutto sulla facciata sud-est), tuttavia dovendo favorire anche gli apporti solari invernali non è stato possibile ridurre troppo il fattore solare. La soluzione adottata per la facciata sud-est pertanto è stata quella di realizzare la facciata con una “doppia pelle” e di inserire tra le due vetrate delle tende mobili. La vetrata verso l’esterno ha un fattore solare molto alto (,) mentre la vetrata interna ha un fattore solare standard (,). Il compito di schermare l’interno dalla radiazione solare durante la stagione estiva è affidato alle tende mobili. Per evitare il surriscaldamento

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Figura 2 – Andamento dell’entalpia durante il periodo //-// delle tende e delle vetrate la doppia pelle risulta aperta sia nella parte inferiore che in quella superiore favorendo un normale flusso convettivo che mitiga la temperatura nell’intercapedine tra le due vetrate nella stagione estiva.

Figura 3 – Schema di principio della centrale termofrigorifera

Gli impianti di produzione energetica Le condizioni esterne di progetto scelte per il dimensionamento degli impianti sono state riportate nella Tabella precedente, la temperatura estiva scelta è superiore rispetto a quella della norma UNI , questa scelta è motivata dal fatto che sempre più spesso assistiamo ad ondate di calore che si verificano anche per qualche giorno consecutivo. Pertanto si è scelto di dimensionare gli impianti tenendo conto di questi fenomeni nelle condizioni di massima entalpia raggiungibile. di dimensionare gli impianti in base alle condizioni di massima entalpia raggiungibile. In Figura  è riportato l’andamento dell’entalpia durante il periodo //-//. Il fabbisogno di energia frigorifera per il raffrescamento è pari a  MWh mentre per il riscaldamento è pari a  MWh, il valore di energia necessaria al raffrescamento è decisamente superiore a quello necessario per il riscaldamento, i carichi interni e gli apporti solari determinano infatti la necessità di raffrescare l’edificio per tutto l’anno. La produzione dei fluidi termovettori primari è garantita da  gruppi frigoriferi polivalenti a pompa di calore aria/acqua, la temperatura dei fluidi prodotti è di  °C per l’acqua calda con il ritorno a  °C e di  °C per l’acqua refrigerata con il ritorno a  °C, i fluidi primari alimentano direttamente le unità di trattamento aria poste nell’edificio con un sistema a  tubi. In Figura  è mostrato lo schema di principio della centrale termofrigo, mentre in Figura  è mostrato il progetto BIM della centrale. I pannelli radianti in ambiente sono alimentati con acqua a  °C per quanto riguarda l’acqua refrigerata e a  °C per l’acqua calda, con impianto a  tubi. Questa scelta permette di garantire la massima flessibilità di utilizzo e comfort per gli occupanti, infatti durante la stagione invernale è possibile che nelle aree in prossimità della facciata sia necessario riscaldare l’ambiente, mentre nelle zone interne a causa dei carichi interni sia necessario raffrescare l’ambiente. Per questo motivo ogni

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Figura 4 – Vista dal modello BIM della centrale termofrigorifera

Figura 5 – Vista dal modello BIM di un semi piano di uffici open space

singola zona termica è dotata di valvole di commutazione a -vie e di valvole di bilanciamento indipendenti dalla pressione installate sul circuito pannelli radianti. Si vedano le Figure  e . La produzione di ACS è garantita mediante una pompa di calore acqua/acqua, l’evaporatore della pompa di calore è alimentato dalla rete acqua calda a  °C, in questa configurazione è possibile sfruttare in modo efficiente le unità polivalenti che nel periodo estivo producono acqua calda in trasferimento di calore “gratuitamente”. I gruppi frigo polivalenti operano nella stagione invernale con un COP , di (Text =  °C) mentre nella stagione estiva con un EER di , (Text

=  °C). Per raggiungere la classe energetica A è stato fondamentale rispettare questi valori di efficienza delle macchine frigorifere, come si vedrà in seguito anche uno scostamento minimo da questi valori di efficienza farebbe declassare l’edificio in A. Sulla copertura dell’edificio, per garantire la copertura di fonti rinnovabili, è presente un impianto fotovoltaico da  kWp che copre il % dei fabbisogni di energia elettrica per i servizi di riscaldamento, acqua

ventilazione sono pari al % dei consumi totali di energia. L’efficienza del recuperatore di calore, nel nostro caso ruota entalpica con efficienza >%, svolge un ruolo fondamentale per il raggiungimento della classe energetica A. È stato scelto di non dotare le UTA di umidificazione visto il clima della città di Genova e vista l’alta efficienza dei recuperatori entalpici.

Analisi di sensibilità

Figura 6 – Tipologico di allaccio dei pannelli radianti

Gli impianti di ventilazione L’impianto di ventilazione svolge un ruolo chiave nell’ottenimento della qualifica NZEB e della classe energetica A, infatti nel nostro caso di studio i consumi associati alla

calda sanitaria, raffrescamento, ventilazione, illuminazione e trasporto di persone. La copertura totale di fonti rinnovabili, sommando il contributo dato dall’utilizzo di pompe di calore e del campo fotovoltaico, è pari al % dei consumi di energia.

Come in precedenza anticipato, la variazione dei parametri principali dell’involucro e degli impianti possono influenzare il raggiungimento dell’obiettivo NZEB e classe energetica A, le simulazioni saranno dunque condotte variando alcuni parametri analizzati in precedenza. Si veda a tal riguardo la Tabella . Da queste simulazioni risulta chiaro che il raggiungimento della certificazione NZEB e contemporaneamente della classe energetica A è necessario trovare un equilibrio tra i vari parametri che caratterizzano l’involucro e che spesso si scontrano con esigenze architettoniche. Gli impianti svolgono sempre un ruolo fondamentale soprattutto per quanto riguarda la classificazione energetica.  * Giorgio Bo, Prodim srl, Socio AiCARR Stefano Giargia, EP&S Scarl

Tabella 3 – Simulazioni effettuate a partire da alcune variazioni dei parametri principali dell’involucro e degli impianti, di cui si riportano i commenti Parametro

Caso  Caso  Caso  Caso  Caso Diminuzione Aumento Diminuzione Diminuzione base fattore solare ombreggiamento vela ombreggiamento vela COP e EER

Fattore solare vetro

,

0,35

,

Fattore tendaggi esterni doppia pelle

,

Fattore tendaggi esterni facciata con vela ,

,

0,45

0,75

,

COP

,

2,9

,

EER

,

2,5

,

Efficienza recuperatori UTA

,

,

Asol/Autile

, ,

,

,

,

H’t

,

EPH,nd

,

40,4

,

,

,

EPC,nd

,

,

,

19,2

,

EPgl,tot

,

,

,

,

,

,

ηH ηW ηC

, , ,  , 

, , ,

, , ,

, , ,

A

Caso  Diminuzione Efficienza recuperatori

In rosso sono evidenziati i paramentri che non rientrano nelle verifiche NZEB. In verde i parametri che vengono migliorati. Caso . In questo caso viene diminuito il fattore di trasmissione solare di tutte le vetrate. La diminuzione del fattore solare porta a un notevole risparmio in termini di consumi per il raffrescamento (-%) tuttavia non viene rispettato l’indice di prestazione utile per il riscaldamento perché diminuiscono gli apporti solari nella stagione invernale. Caso . In questo caso viene aumentato il fattore di ombreggiamento della vela esterna. L’aumento del fattore di ombreggiamento sulla sola facciata della vela porta a un miglioramento dei consumi estivi e un peggioramento di quelli invernali. Caso . In questo caso viene diminuito il fattore di ombreggiamento della vela esterna. Com’è facilmente intuibile in questo caso si ha un peggioramento globale (escluso l’indice invernale) delle prestazioni dell’edificio, l’edificio non risulta NZEB e anche la classe energetica scende ad A. Caso . In questo caso viene diminuito il COP e EER delle macchine frigorifere. Anche in questo caso si ha un peggioramento dell’indice di prestazione energetica globale, l’edificio risulta sempre classificato NZEB ma non raggiunge la classe energetica A. Caso. In questo caso viene diminuito l’efficienza dei recuperatori di calore delle UTA. Come nel caso precedente si ha un peggioramento dell’indice di prestazione energetica globale, l’edificio risulta sempre classificato NZEB ma non raggiunge la classe energetica A. In caso di utilizzo di recuperatori rotativi meno efficienti comporta una riduzione minima delle perdite di carico associate al recuperatore, pertanto la diminuzione dei consumi elettrici per ventilazione è trascurabile.

#63

Case Study

L PROGETTO DELLA SCUOLA DI VIA BRAMANTE è stato redatto per l’appalto integrato indetto dal comune di Matera nel  per la demolizione e ricostruzione dell’edificio scolastico esistente per realizzare una scuola moderna, funzionale ed energeticamente efficiente. La genesi della progettazione è strettamente legata ai bandi indetti dai comuni della regione Abruzzo per la ricostruzione degli edifici scolastici a seguito del terremoto dell’Aquila del . Infatti per poter rispondere a questa richiesta del mercato fu studiato un format di complesso scolastico altamente modulabile, con elevata efficienza energetica e con elevata resistenza sismica: ciò permise di affrontare, in tempi ridotti, i vari bandi indetti dagli enti con costi realizzativi certi per l’impresa proponente. Nella fase di studio preliminare furono sviluppati modelli architettonici, nel software Design Builder, per simulare in Energy+ le soluzioni scelte al fine di ottimizzare l’involucro; inoltre furono eseguite

#63

analisi termodinamiche e fluidodinamiche di alcuni ambienti per garantire il comfort ottimale sempre con simulazioni in Design Builder. Il bando del comune di Matera, indetto al di fuori di questo perimetro di appalti, aveva un budget iniziale molto più elevato, non essendo vincolato ai . €/m imposti dal commissario per la ricostruzione. Questo maggior budget ha permesso di proporre soluzioni tecniche più raffinate a livello impiantistico. Successivamente all’aggiudicazione, la progettazione esecutiva è stata redatta completamente in BIM anche se non richiesto dalla stazione appaltante.

Obiettivo NZEB Un edificio NZEB di nuova costruzione deve avere i seguenti obiettivi: 1. fabbisogno di energia termica involucro ridotto; 2. fabbisogno di energia termica impianti ridotto;

3. fabbisogno di energia coperto in misura significativa da fonti energetiche rinnovabili; 4. indice di prestazione energetica globale EPgl < di quello dell’edificio di riferimento; 5. valori delle efficienze medio stagionali ηH, ηC, ηW > di quelle dell’edificio di riferimento; 6. copertura da fonte rinnovabile dei fabbisogni per le percentuali di obbligo pari al %; 7. ottenimento dei punti ,  e  massimizzando la qualità dell’ambiente interno. Partendo da questi obiettivi la progettazione si è sviluppata attraverso quattro step: involucro, impianto di climatizzazione, sistema di generazione e fabbisogno energetico.



Scuola Primaria in cemento armato prefabbricato



Palestra in cemento armato prefabbricato e copertura in legno



Scuola dell’Infanzia in legno lamellare



Mensa ed atrio in acciaio con copertura in legno lamellare

Orientamento delle aule didattiche prevalentemente a sud al fine di ridurre il fabbisogno energetico. Rapporto di forma S/V pari a ,. Grado di compattezza elevato. Ottimizzando le prestazioni dell’edificio scolastico.

PRIMARIA

MENSA

Figura 1 – Distribuzione dei corpi di fabbrica

L’involucro edilizio L’impostazione planovolumetrica prevedeva i seguenti corpi funzionali interconnessi (Figura ): • scuola primaria in cemento armato prefabbricato; • palestra in cemento armato prefabbricato e copertura in legno; • scuola dell’infanzia in legno lamellare; • mensa e atrio in acciaio con copertura in legno lamellare. La definizione dell’involucro edilizio da associare ai vari corpi del

Figura 2 – Orientamento e forma dei fabbricati

complesso è stata sviluppata secondo i seguenti criteri: • l’utilizzo degli ambienti (Tabella ) e la funzione svolta; • l’orientamento e la forma (Figura ); • la scelta dei materiali delle pareti opache in funzione della prefabbricazione strutturale (Figure  e ); • le definizioni delle superfici trasparenti con integrazione del sistema di controllo solare (Figura ); • le temperature e l’umidità desiderate in ogni ambiente; • la quota di aria di infiltrazione o di ricambio in ogni ambiente.

Scuola Primaria K = , W/mK

Tabella 1 – Ambienti e funzioni Superficie Totale m Scuola Materna ( aule –  alunni)

,

Scuola Elementare ( aule –  alunni)

,

Palestra

,

Mensa, Atrio e Ingresso

,

TOTALE

,

Definiti gli elementi dell’involucro, le temperature, le portate di ventilazione e il ricambio dell’aria, l’edificio è stato modellato sul software di calcolo termotecnico che ha fornito le prestazioni in Tabella .

Scuola dell’infanzia K = , W/mK

Scuola Primaria K = , W/mK

Figura 3 – L’involucro edilizio: pareti esterne

Figura 4 – L’involucro edilizio: coperture

Scuola dell’infanzia K = , W/mK

Tabella 2 – Prestazioni dell’edificio modellato sul software di calcolo termotecnico PARAMETRO

VALORE

RIF NZEB

VERIFICA

Coefficiente medio globale di scambio termico H’t [W/(mK)]

,

,

Indice di prestazione termica utile per riscaldamento EPH,ND [kWh/(manno)]

,

,

Indice di prestazione termica utile per raffreddamento EPC,ND [kWh/(manno)]

,

,

Area solare equivalente estiva per unità di superficie Asol,est/Asuputile

,

,

Dispersioni Termiche Invernali [kW]

,

Potenza Termica Invernale di Ventilazione [kW]

,

TOTALE INVERNO [kW]

,

Carichi Termici Estivi Uffici [kW]

,

Potenza Termica Estiva di Ventilazione [kW]

,

Ug = , W/mK Uf = , W/mK

TOTALE ESTATE [kW]

,

Figura 5 – L’involucro edilizio: infissi

#63

Impianto di climatizzazione e di illuminazione Impianto di climatizzazione Il progetto ha previsto il controllo delle condizioni di comfort di tutto l’edificio solo per il periodo invernale e ha previsto la climatizzazione estiva solo per tre ambienti a uso docenti e segreteria. Il terminale del sistema di riscaldamento è stato scelto a pavimento radiante e per evitare il surriscaldamento degli ambienti all’accesso degli alunni in aula è stato previsto nelle logiche di regolazione che l’impianto sia spento un’ora prima dell’apertura della scuola per riattivarsi mezz’ora dopo (il funzionamento di questa logica è stato verificato esaminando i log di temperatura di un’altra scuola molta simile, in cui si è verificato che la temperatura scende di qualche decimo di grado prima dell’ingresso alunni per alzarsi subito dopo di  °C e stabilizzarsi, appunto, circa una mezz’ora dopo). La ventilazione meccanica degli ambienti è stata realizzata con moduli autonomi per singolo ambiente (Figura ). Il modulo è dotato solo di un recuperatore di calore all’% con bypass. Non sono state previste batterie di post poiché dalla modellazione fluidodinamica si è evidenziato che non fosse necessario

(vedi capitolo successivo per le modellazioni, a queste sono seguite verifiche in campo su altre scuole realizzate che hanno confermato il modello). Questo sistema di ventilazione è stato scelto perchè permette di illuminare i corridoi con luce naturale grazie all’interruzione dei controsoffitti al piano primo in corrispondenza dei pozzi luce e garantisce la necessaria modularità progettuale. Dalle analisi termodinamiche si è anche evidenziato che per garantire le condizioni di comfort ambientale nel periodo di maggio è necessario attivare il free cooling notturno dell’edificio tramite la ventilazione meccanica.

comfort tramite l’uso del software Design Builder con le condizioni al contorno evidenziate in Tabella . Dai calcoli in Energy plus sono state ricavate le temperature delle pareti e l’impatto dell’irraggiamento; successivamente con il modulo di analisi di termodinamica e fluidodinamica sono stati ricavati i seguenti modelli che hanno confermato la correttezza delle soluzioni tecniche: • distribuzione della temperatura sul piano orizzontale H = , m (Figura ); • distribuzione della temperatura sul piano verticale al centro stanza (Figura ); • velocità dell’aria sul piano orizzontale H = , m (Figura ); • velocità dell’aria sul piano verticale al centro stanza (Figura ).

Simulazioni termodinamiche e fluidodinamiche Nella fase di sviluppo del modello tipologico delle aule sono state verificate le condizioni di

Tabella 3 – Condizioni al contorno delle aule AULA ANGOLO LATO NORD SCUOLA PRIMARIA Ora Simulazione

:

Impianto Radiante Attivo Temperatura pavimento  °C Ventilazione Meccanica

Attiva , Vol/h immessa a  °C

Alunni

Presenti

AMBIENTE

TERMINALI DI IMPIANTO

Aule Didattiche

Impianto Radiante a Pavimento e Ventilazione Meccanica

Corridoi e Hall

Impianto Radiante a Pavimento

Palestra

Impianto Radiante a Pavimento e Ventilazione Meccanica

Uffici

Impianto Radiante a Pavimento, Ventilazione Meccanica, e Climatizzazione Estiva Multisplit System

Bagni ciechi

Impianto Radiante a Pavimento e Ventilazione Meccanica

Bagni con finestre

Impianto Radiante a Pavimento e Ventilazione Naturale

Figura 7 – Distribuzione della temperatura sul piano orizzontale H = , m

Figura 7- Distribuzione della temperatura sul piano orizzontale H=1.20 m

Figura 8 – Distribuzione della temperatura sul piano verticale al centro stanza

Figura 8- Distribuzione della temperatura sul piano verticale al centro stanza

Figura 9 – Velocità dell’aria sul piano orizzontale H = , m

Figura 9- Velocità dell’aria sul piano orizzontale H=1.20 m

AMBIENTE

RINNOVO DELL’ARIA

Aule

, vol/h (D.M. ..) – neutre

Corridoi

Ventilazione Naturale

Mensa

, vol/h (D.M. ..) – neutre

Palestra

, vol/h – neutra

Servizi Igienici , vol/h – estrazione compensata Spogliatoi

, vol/h – depressione compensata

Figura 6 – La ventilazione meccanica degli ambienti è stata realizzata con moduli autonomi per singolo ambiente

#63

Figura 10 – Velocità dell’aria sul piano verticale al centro stanza

Figura 10- Velocità dell’aria sul piano verticale al centro stanza

Sistema di generazione

Impianto di illuminazione I corpi illuminanti installati internamente all’edificio sono stati dotati di lampade LED con temperatura di colore di  K, CRI > , con lumen sufficienti a garantire il valore minimo di illuminamento, l’UGRL massimo e l’uniformità minima richiesti dalla normativa UNI -. La scelta degli apparati è stata coordinata con i calcoli illuminotecnici di tutti gli ambienti. I sistemi di controllo dell’illuminazione sono stati diversificati a seconda della destinazione d’uso, come da Tabella . Il consumo complessivo di energia elettrica per l’illuminazione ricavata dai calcoli è stato pari a . kWh/anno.

Centrale termofrigorifera Definito l’involucro e gli impianti interni sono stati definiti i sistemi di produzione dei fluidi vettori e di produzione dell’energia elettrica da fotovoltaico. Grazie alla presenza di un ottimo budget, è stato deciso di proporre un sistema di produzione del fluido vettore con elevatissimo rendimento e soprattutto con notevole quota di energia rinnovabile. Il sistema ha previsto nel regime invernale la produzione del fluido caldo da un generatore a pompa di calore da , kW acqua/acqua connesso a un campo geotermico composto da  sonde a doppia U da  ml. Dalle analisi eseguite si è rilevato che il terreno è prevalentemente composto da roccia calcarea a cui si è associata una resa di  W/m delle sonde. Il dimensionamento

Tabella 4 – Sistemi di controllo dell’illuminazione negli ambienti AMBIENTE

DESCRIZIONE

AULE

I corpi illuminanti forniti sono dotati di alimentatore elettronico con segnale - V al fine di regolare l’intensità luminosa emessa tramite sensore luxmetrico e di presenza installato in controsoffitto

SERVIZI

Nei locali adibiti a servizi è installato il sensore di presenza temporizzato che provvede ad accendere e spegnere la luce

CORRIDOI E CONNETTIVI

L’accensione e lo spegnimento della luce artificiale è eseguita dal sistema BMS, la regolazione dell’intensità luminosa è eseguita da sensori luxmetrici

Solare Termico  Pannelli , m

IMPIANTO RADIANTE PAVIMENTO ELEMENTARE E MATERNA

Fotovoltaico  Pannelli  kWp

RIGEN. CAMPO GEO PdC ACS Caldaia  kW

PdC ACS PdC Geo  kW n. sonde

Figura 11 – Schema della centrale termofrigorifera Tabella 5 – Campo geotermico e rigenerazione da solare termico L'impianto Solare Termico oltre ad integrare il riscaldamento invernale (%) e la produzione di ACS, è usato per rigenerare il campo geotermico durante il periodo estivo per evitare la deriva della temperatura del terreno per la sottrazione di energia; in tal modo si evita la stagnazione dell’impianto durante il periodo estivo di chiusura del complesso scolastico garantendo un elevato rendimento dell’impianto solare termico Energia sottratta al Campo Geotermico dalla Pompa di Calore in Regime Invernale Frazione di Rigenerazione Campo Geotermico

. kWh % da Solare (. kWh) % dal terreno stesso (. kWh)

Energia sul piano dei pannelli nel periodo primaverile/estivo ( Aprile –  Ottobre)

. kWh/m

Superficie Installata Pannelli Solari Termici

, m

Rendimento Impianto Solare Termico

%

della pompa di calore è stato eseguito verificando, con il metodo BIM, la copertura di tutta l’energia necessaria per il riscaldamento. Ad integrazione/backup della pompa di calore è stata prevista una caldaia a condensazione a basamento da  kW. Inoltre è presente un campo solare termico da , m che, oltre alla funzione di integrare la produzione dell’ACS e il riscaldamento, provvede a rigenerare il campo geotermico: nel periodo invernale integra la produzione di calore per riscaldamento e ACS, nel periodo estivo invece immette energia nel campo geotermico, compensando l’energia sottratta dalla pompa di calore nel periodo invernale ed evitando la deriva della temperatura del terreno (Figura ). Il dimensionamento del campo solare è stato eseguito proprio con tale obiettivo: l’energia, nel periodo estivo, in ingresso nel campo geotermico deve essere uguale all’energia sottratta dalla pompa di calore per il riscaldamento (Tabella ). La produzione di ACS è stata realizzata tramite due serbatoi da  l. con pompa di calore integrata da  kW e con scambiatore per integrazione dai pannelli solari. Impianto di automazione Per garantire elevate prestazioni del sistema BACS è stato previsto un sistema studiato nel dettaglio e con molte componenti. L’impianto di automazione è costituito da CPU diffuse e installate internamente ai quadri elettrici. La comunicazione avviene con protocollo standard Bacnet IP. Alle CPU sono collegati i terminali (sonde ambiente, sonde da tubazione, sonda esterna, testine elettrotermiche, comandi pompe, comandi caldaia, comandi pompe di calore ecc.) ed elaborano i dati in ingresso restituendo i valori in uscita secondo le logiche di sistema. Inoltre sono stati monitorati i consumi energetici dei vari quadri elettrici e delle utenze principali. L’impianto è supervisionabile sia da un display posto in centrale tecnica che da accesso Web Server (locale o da remoto); ciò consente la visualizzazione di pagine grafiche dalle quali si possono settare e visualizzare tutte le variabili di funzionamento dell’intero sistema (Figura ). L’impianto di ventilazione è controllato da un touch pannel dedicato fornito direttamente dal fornitore delle unità di ventilazione. Le logiche di sistema implementate sono state le seguenti: • la regolazione è per singolo ambiente con controllo PI associato a un profilo orario di riduzione di  °C; • la centrale termofrigorifera è avviata se uno degli ambienti richiede energia termica; • la pompa di calore lavora a punto fisso a  °C; • la caldaia regola, a temperatura scorrevole con la temperatura esterna, la temperatura di mandata ( °C –  °C);

#63

• la ventilazione viene avviata con gli orari delle lezioni; nel periodo di maggio è anticipata l’accensione alle ore :. Impianto fotovoltaico Per la produzione di energia elettrica rinnovabile

Tabella 6 – Dettagli dell’impianto fotovoltaico DATI IMPIANTO Località

Matera

Azimut

°

Tilt

°

Numero Pannelli



Potenza Installata

, kWp

Figura 12 – Variabili di funzionamento del sistema BACS

GEN

FEB

MAR

APR

MAG

GIU

LUG

AGO

SET

OTT

NOV

DIC

ANNO

En. Irraggiata sul piano dei moduli [kWh/m]

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

.,

Producibilità [kWh/mese]

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

è previsto un impianto fotovoltaico da , kWp “grid connected” che occupa tutta la falda della primaria (Tabella ). Recupero acque meteoriche Anche se non qualificante per la certificazione NZEB (il progetto è stato redatto prima dell’emanazione dei CAM) l’edificio è stato dotato di un sistema di raccolta delle acque meteoriche da . l. che è asservito alla rete non potabile per i WC e all’irrigazione delle aree verdi.

Tabella 7 – Indicatori energetici Determinazione dei seguenti indici di prestazione energetica, espressi in kWh/(m anno), così come definite al paragrafo . dell’Allegato  del decreto di cui all’articolo , comma  del decreto legislativo /, rendimenti e parametri che ne caratterizzano l’efficienza energetica EPH,nd: Indice di prestazione termica utile per la climatizzazione invernale dell’edificio VALORE

Definiti l’involucro, gli impianti e i sistemi di generazione è stato possibile calcolare la prestazione complessiva dell’edificio e la prestazione dei vari indicatori energetici, come da Tabelle  e .  * Carlo Granata, Proimpianti s.r.l, Socio AiCARR

,

VERIFICATA

VALORE

,

VALORE LIMITE

,

VERIFICATA

EPgl,tot = EPH,tot + EPC,tot +EPW,tot + EPV,tot + EPL,tot + EPT,tot: Indice di prestazione energetica globale dell’edificio (Energia primaria) ,

VALORE LIMITE

,

VERIFICATA

ηH: Efficienza media stagionale dell’impianto di riscaldamento VALORE

,

VALORE LIMITE

,

VERIFICATA

ηW: Efficienza media stagionale dell’impianto di produzione dell’acqua calda sanitaria VALORE

,

VALORE LIMITE

,

VERIFICATA

ηC: Efficienza media stagionale dell’impianto di raffrescamento (compreso l’eventuale controllo dell’umidità) VALORE

,

VALORE LIMITE

,

VERIFICATA

Tabella 8 – Quota energia rinnovabile

BIM

L’intero edificio è stato progettato in BIM utilizzando la piattaforma Revit. Tutto ciò ha permesso di coordinare in maniera efficiente i vari gruppi di lavoro dislocati in comuni diversi e ha permesso di migliorare la comunicazione progettuale. Purtroppo nell’appalto queste informazioni sono state perse, poiché le imprese appaltatrici non hanno avuto le competenze tecniche per gestire la digitalizzazione dell’edificio.

VALORE LIMITE

EPC,nd: Indice di prestazione termica utile per la climatizzazione estiva dell’edificio (compreso l’eventuale controllo dell’umidità)

VALORE

Fabbisogno energetico

,

#63

Copertura da Fonte Rinnovabile %W: Produzione da fonte rinnovabile per Acqua Calda Sanitaria VALORE

,

VALORE LIMITE

,

VERIFICATA

,

VERIFICATA

%: Produzione da fonte rinnovabile totale VALORE

,

VALORE LIMITE

Peffettiva: Potenza Impianto Fotovoltaico Installata VALORE

, kW

VALORE LIMITE

,

Official Journal of AiCARR â&#x20AC;&#x201C; Italian Association of Air Conditioning, refrigeration, heating and ventilation

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ORIGINAL ARTICLES

Promuovere la sinergia tra i mondi della ricerca, delle aziende e delle professioni Continua la pubblicazione della sezione dedicata ad articoli con contenuti tecnico-scientifici presentati secondo gli standard internazionali, fortemente voluta dal Comitato Scientifico che crede nella sinergia tra mondo della ricerca, mondo delle aziende e mondo della professione: la ricerca mette a disposizione delle aziende e dei professionisti strumenti utili per lo sviluppo delle loro attività e da loro riceve continui stimoli. In questo senso, il Comitato Scientifico ritiene indi- spensabile che gli articoli presentati in questa sezione siano contemporaneamente caratterizzati da rigore scientifico e utili a tutti i lettori di AiCARR Journal. Anche in questo numero, sono presenti tre lavori due dei quali redatti in lingua inglese. Il fascicolo presenta tre contributi due dei quali sono centrati sul tema di estrema attualità del contagio nella pandemia del virus SARS-CoV-. Il primo contributo, in lingua italiana, analizza l’aspetto fondamentale del contagio “a grande distanza” all’interno dello stesso ambiente, come per esempio le aule scolastiche caratterizzate da elevato affollamento, secondo modelli probabilistici e il metodo di Rudnick-Milton per la determinazione delle portate effettive di ventilazione. Il secondo contributo è redatto in lingua inglese a tre mani con la presenza tra gli autori di un professore di medicina dell’Università Statale di Milano e Direttore sanitario dell’Istituto Galeazzi, con una interazione tra il mondo dell’impiantistica e quello della medicina-igiene estremamente qualificante dal punto di vista dell’interdisciplinarietà scientifica che si rende necessaria in un tema così delicato e complesso. Dopo una disamina della letteratura esistente sul tema della produzione di cariche virali da parte degli infetti, con particolare riferimento alle attività dal punto di vista metabolico, tema questo che è caro all’associazione per il legame stretto con la disciplina del comfort termoigrometrico negli ambienti moderati, il lavoro presenta un’analisi secondo l’approccio probabilistico di Wells-Riley e il calcolo differenziale, di diverse configurazioni degli impianti a tutta aria per quanto riguarda la valutazione del rischio di contagio tra ambienti segregati, anche in relazione alla gestione degli spazi comuni, della gestione delle portate d’aria e dell’efficienza della rimozione del contaminante. L’ultimo contributo, in lingua inglese, presenta una valutazione di simulazione basata su evidenze sperimentali della performance energetica e della sostenibilità economica degli accumuli a cambiamento di fase ibridi basati su schiume di alluminio, per il riscaldamento e il raffrescamento degli edifici. Il Comitato Scientifico ringrazia gli Autori.

#63

ORIGINAL ARTICLE

AiCARR Journal / Vol 63, n. 4, 37 - 49, 2020 Giuliano Cammarata 1*

Probabilità di contagio a grande distanza per via aerea da SARS-CoV-2 nelle scuole italiane Probability of aerial long-distance infection from SARS-CoV-2 in Italian schools 1

Università degli Studi di Catania, Catania, Italia

*Corresponding author:

DOI: 10.36164/AiCARRJ.63.04.02

Giuliano Cammarata

Già appartenente al Dipartimento di Ingegneria Elettrica Elettronica e Informatica Università degli Studi di Catania Via Galermo 166b 95123 Catania, Italia cammaratagiuliano@gmail.com tel +39 348 3334496

Sommario

Abstract

Il problema della trasmissione del contagio virale da SARS-CoV- per via aerea riveste una grande importanza in ambienti chiusi, quali sono le aule scolastiche. Si presenta uno studio su tre casi esempio: aula per scuola primaria, aula per scuola media e aula per scuola secondaria. Le differenze fra le tre tipologie attengono l’età degli alunni, la loro attività respiratoria, le esigenze di ventilazione di aria esterna che, per il D.M. del  sulle scuole, dovrebbe essere garantita da numeri di ricambio d’aria pari, rispettivamente, a ,, , e  Vol/h. Lo studio è stato effettuato con una variante del metodo di Rudnick e Milton con calcolo dinamico discretizzato per rispondere ai profili d’uso per ciascuna tipologia scolastica. Si presentano due profili d’uso per ciascuna scuola: turno di lezioni unico, eventualmente tempo pieno con mensa intermedia, e doppio turno con e senza sanificazione intermedia. I risultati sono particolarmente interessanti per tutti i tipi di scuole, specialmente per la stragrande maggioranza (stimata nel %) di istituti scolastici privi di ventilazione meccanica. Il confronto delle probabilità di contagio individuale e globale è fatto per numero di ricambi orari pari a ,,  e il valore di norma (,, , o  Vol/h) per ciascuna tipologia scolastica. Le conclusioni generali sono di rischio tanto più elevato, nel caso di ventilazione meccanica assente, quanto maggiore è il numero di ore di permanenza nelle aule. Si consiglia l’adozione di ore ridotte a - minuti per un tempo totale, per ciascun turno di - ore al massimo. Le ore di lezioni mancanti possono essere svolte mediante Didattica a Distanza (DAD). In appendice si presenta lo sviluppo teorico del metodo di Rudnick e Milton modificato con l’introduzione dell’analisi dinamica discretizzata e con l’utilizzo dei profili d’uso. Si presentano le basi teoriche del metodo che risulta innovativo rispetto agli altri metodi conosciuti. Esso, infatti, si riferisce direttamente al numero di persone presenti

The problem of the aerial viral transmission from SARS-CoV- is of great importance in closed environments, such as school classrooms. A study is presented on three example cases: classroom for primary school, classroom for middle school and classroom for high school. The differences between the three typologies concern the age of the students, their respiratory activity, the air ventilation needs with reference to the  D.M. (Ministerial Decree) on schools: according to this decree it should be guaranteed an air change per our (ACH) equal, respectively, to ., . and  Vol/h. The study was carried out using a variant of the Rudnick and Milton method with the addition of a dynamic discretized calculation to respond to the specific usage profiles for each type of school. Two usage profiles were examined for each type of school: single round of lessons and double round of lessons with intermediate interval, or double lessons with and without intermediate disinfection of the rooms. The results are particularly interesting for all types of schools, especially for the vast majority (estimated %) of Italian schools without controlled mechanical ventilation (CMV). The comparison of the probability of individual and global contagion is made for the number of ACH equal to .,  and the previewed normal value (., . or  Vol/h) for each school type. The general conclusions are of greater risk, in the case of no mechanical ventilation, The greatest risk arises with the increase in the number of hours spent in the classrooms. We recommend adopting the hour reduced to - minutes for a total time of - hours for each round of lessons. Missing hours of lessons can be carried out through Distance Learning (DL). The appendix presents the theoretical development of the modified Rudnick and Milton method with the discretized dynamic analysis with user profile. The theoretical bases of the innovative method are presented with respect to the other known methods. In fact, this method refers directly to the number of people present

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ORIGINAL ARTICLE negli ambienti, alla loro attività respiratoria e all’utilizzo della CO quale marcatore dell’attività di espirazione e di successiva respirazione (re breathing) da parte dei soggetti suscettibili di contagio e dallo stesso soggetto infetto. Il metodo adottato segue la forma classica della distribuzione di Poisson, così come gli altri metodi. L’analisi dinamica discretizzata consente di effettuare ii calcolo del rischio di contagio con maggior precisione rispetto ai metodi statici, aggiornando i valori dei parametri di calcolo ad ogni passo temporale (qui assunto , h) e calcolando il valore medio dei parametri di calcolo che lo richiedono. L’uso dei profili d’uso rende il metodo facilmente adattabile alle reali condizioni di utilizzo delle aule o degli ambienti di lavoro in generale. Parole chiave: ▶ COVID- ▶ Metodo di Rudnick & Milton ▶ Modello dinamico per il rischio di contagio aereo ▶ Profili d’uso ▶ CO come marcatore dell’aria espirata, respirazione dell’aria espirata

Il problema del contagio virale aereo Nel , appena due anni dopo la scoperta dei virus con i primi microscopi elettronici, Wells [] ipotizzò che il meccanismo di trasmissione delle malattie virali per via aerea fosse dovuto all’emissione, da parte dei soggetti infetti, di piccolissime goccioline di liquido organico provenienti dall’esofago, dette droplet, contenenti nuclei virali (RNA) in numero sufficiente a provocare il contagio nel caso di inalazione diretta tramite bocca o naso e per contatto indiretto dalle superfici sulle quali i droplet si depositano per gravità, dopo aver percorso una distanza variabile fra  e  m. L’emissione di droplet può avvenire per respirazione, per parlato, per colpi di tosse e attraverso starnuti. Il numero di droplet varia da poche decine a qualche migliaio per la respirazione e il parlato (non ad alta voce), fino a . droplet per gli starnuti e fino a  milioni per i colpi di tosse. Anche le velocità di emissione e le distanze percorse dai droplet variano statisticamente secondo questi criteri: • da  a  m/s per la respirazione e il parlato normale, con una distanza da  a  m prima che cadano per gravità a terra o sulle superfici incontrate; • da  a  m/s per colpi di tosse, con distanze fra  e  m prima della caduta per gravità sulle superfici; • da  a  m/s per starnuti, con distanze superiori a  m prima della caduta per gravità sul terreno o altre superfici. Quanto osservato è sufficiente a comprendere l’importanza sia del distanziamento interpersonale, che dell’utilizzo delle mascherine (almeno di tipo chirurgico) e della sanificazione delle superfici. La raccomandazione di lavare spesso le mani è importante per ridurre il contagio indiretto di cariche virali assorbite per contatto con superfici infette e riportate nella bocca, nel naso o nelle mucose degli occhi. Sono dunque opportune e necessarie le misure anti contagio proposte dall’ISS (Istituto Superiore di Sanità) e fatte proprie dai vari ministeri. Occorre rispettarle pedissequamente, in modo convinto e responsabile da parte di tutti, cercando di evitare momenti di disattenzione o di sospensione della vigilanza attiva, ad esempio, togliendo per brevi periodi le mascherine, avvicinandosi oltre la distanza di sicurezza e/o non lavando le mani frequentemente.

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AiCARR Journal / Vol 63, n. 4, 37 - 49, 2020 in the rooms, their respiratory activity and the use of CO as a marker of the exhalation and subsequent breathing activity (re breathing) by subjects susceptible to contagion and by the infected subject. The method follows the classical form of the Poisson distribution, as well as the others cited. The discretized dynamic analysis makes it possible to calculate the risk of contagion with greater precision than static methods, updating the values of the calculation parameters at each time step (here assumed . h) and calculating the average value of certain parameters accordingly. The use of user profiles makes the method easily adaptable to the real conditions of use of the classrooms or other environments in general. Keywords: ▶ COVID  ▶ Rudnick & Milton method ▶ Dynamic model for the risk of airborne contagion ▶ Usage profile ▶ CO as a marker of exhaled air ▶ Re breathing

Queste misure, che i virologi hanno studiato da anni, riguardano la probabilità di contagio a breve distanza, cioè entro , m dal soggetto infetto, e valgono in qualunque circostanza, sia all’aperto che al chiuso. Sono sistemi di protezione che hanno dato prova di buon funzionamento e grazie ad essi siamo stati in grado di superare la cosiddetta Fase  (lockdown) dall’inizio di marzo a maggio . Ma la trasmissione del contagio da SARS-CoV- avviene anche per via aerea attraverso la formazione di nuclei di droplet per effetto della rapida evaporazione in aria dopo pochi secondi dall’emissione dei droplet. Le goccioline iniziali, delle dimensioni di decine di micrometri, sono anche più pesanti e si comportano come piccoli proiettili formando una parabola e ricadendo verso il basso per gravità. I droplet evaporati hanno dimensioni di qualche micrometro, sono leggerissimi (qualche nanogrammo) e tali da formare una sorta di nuvola leggera, detta aerosol di nuclei di droplet (come dimostrato da Wells) che permane in sospensione nell’aria per alcune ore. I virologi di solito non accettano che anche gli aerosol possano trasmettere il contagio perché ritengono che, date le piccolissime dimensioni, questi non vengano trattenute negli alveoli e non diano origine ad una infezione. Tuttavia, sembra che ciò non sia vero e che si possa avere fino al % di particelle inferiori a  µm trattenute nel tratto respiratorio []. Lindsley [] ha verificato che le percentuali di provenienza del virus dell’influenza da una persona infetta che tossisce si ha secondo questa suddivisione: • % da droplet con dimensioni <  µm; • % da droplet con dimensioni fra  e  µm; • % da droplet con dimensioni >  µm. Già gli studi di Florence Nightingale (), nel Regno Unito, avevano dimostrato che il contagio della tubercolosi, male endemico dell’Ottocento dovuto al bacillo di Koch, si riduceva molto in presenza di una adeguata ventilazione d’aria fresca esterna nelle sale di degenza ospedaliera. Proprio da quest’osservazione, di natura puramente statistica, si cominciarono a progettare e costruire ospedali con buona ventilazione naturale e con una disposizione dei letti di degenza congruente con le osservazioni fatte. A partire dal  gli studi di Wells, O’Connor e Riley dimostrarono una stretta correlazione fra le probabilità di contagio nei locali chiusi, con il morbillo e negli anni successivi, con tutti i virus conosciuti (SARS,

Giuliano Cammarata MERS, Influenza). Di recente, lo scorso luglio, a seguito di una lettera di  scienziati di tutto il mondo che evidenziavano la possibilità del contagio da SARS-CoV- anche tramite aerosol, l’OMS (Organizzazione Mondiale della Sanità) rispondeva ufficialmente con una conferma anche del possibile contagio a grande distanza. Desidero evidenziare con opportune simulazioni, basate su relazioni di calcolo della probabilità del contagio aereo già consolidate dal  ad oggi, i rischi possibili per gli alunni che rientrano a scuola in condizioni di aereazione non sufficiente.

Cenni sul calcolo della probabilità personale di contagio per via aerea Maggiori dettagli sui metodi di calcolo delle probabilità di contagio per via aerea sono esposti in Appendice per coloro che desiderano approfondire questi argomenti e comprendere meglio la metodologia di calcolo adottata nelle simulazioni. Solo a scopo euristico si presenta una breve introduzione al problema. Dalla considerevole mole di pubblicazioni scientifiche sul contagio virale aereo emergono tre metodi di calcolo della probabilità personale di contagio: 1. Relazione di Wells-Riley del []; 2. Relazione di Gammaitoni-Nucci, del []; 3. Relazione di Rudnick-Milton del . Tutte esprimono la probabilità di contagio in una forma matematica che segue la curva distribuzione statistica del contagio di Poisson. Esse, pertanto, sono tipicamente espresse nella forma: (1) ove P è la probabilità di contagio e µ è il fattore di Poisson espresso in ciascun metodo con forme matematiche conformi alle impostazioni teoriche adottate. Nel fattore µ entrano in gioco alcune grandezze fondamentali, quali: • l’attività di respirazione del singolo individuo, in m/h di aria ambiente, indicata usualmente con la lettera p; • il numero di infetti iniziali, solitamente pari a , indicato con la lettera I; • il tempo di esposizione a partire dall’ingresso nell’ambiente, indicato con la lettera t, (ore); • la portata totale di aria fresca, Q (in m/h), calcolata come prodotto nel numero di ricambi orari, Nr (in Vol/h), per il volume, V (in m), dell’ambiente; • il numero dei quanta di infezione, espresso in quanta/h, prodotti dall’infetto all’interno dell’ambiente. Questa grandezza ha una definizione epidemiologica e racchiude in sé due informazioni fondamentali: il numero di cariche virali e il termine di infettività, cioè la probabilità che la carica virale inizi un’infezione. In pratica vale la relazione per i quanta (q): ⚬ q = termine di infettività x· numero di quanti / tempo unitario Ad esempio, la relazione di Wells-Riley, la più semplice fra le tre citate, è: (2) e possono facilmente riconoscersi le grandezze sopra descritte. Per tutte e tre le metodologie di calcolo si possono fare le seguenti importanti considerazioni, ceteris paribus: 1. la probabilità di contagio individuale decresce al crescere del volume dell’ambiente; 2. la probabilità di contagio individuale decresce al crescere del numero di ricambi orari di aria fresca esterna; 3. la probabilità di contagio individuale cresce con l’aumentare del tempo di esposizione a partire dal momento di ingresso nell’ambiente. La prima osservazione dipende da variabili architettoniche, il volume

ORIGINAL ARTICLE dell’ambiente, sulle quali possiamo intervenire ben poco. Pertanto, in ambienti piccoli è bene permanere per meno tempo possibile. La seconda osservazione dipende dalla ventilazione dell’aria fresca esterna. Questa può essere di due tipi: • Ventilazione naturale, attraverso aperture (porte e finestre) che innescano un moto convettivo fra ambiente esterno ed ambiente interno. È ciò che facciamo tutti i giorni per areare i nostri ambienti quando manca un impianto di ventilazione meccanica. Questa ventilazione dipende, quindi, dalle differenze di pressione e di temperatura fra interno ed esterno, È semplice, economica ma non garantisce una ventilazione sufficiente quando gli ambienti ospitano più di due persone (stanze per abitazioni). In questo caso è sufficiente ricambiare l’aria con una portata che si è soliti esprimere in Vol/h, detto numero di ricambi orari. Ad esempio, per una stanza di  x  x m ( m) con due persone sono sufficienti / =  m/h di aria fresca (cioè , Vol/h) per garantire un ricambio fisiologico di  m/h per persona. Ovviamente le stanze di casa non sono permanentemente occupate e quindi la ventilazione naturale può, di norma, essere sufficiente. Per usi non residenziali le cose cambiano radicalmente. Occorre fornire una portata d’aria fresca di  L/s, corrispondente a  m/h, per persona negli uffici, ambienti di lavoro e attività terziarie. Questo significa che se in una stanza lavorano due persone occorre fornire  m/h, cioè occorre garantire un ricambio orario di aria di  Vol/h. Per una classe da  x  x , =  m che ospita  studenti di una scuola media occorre fornire  L/s/persona x  persone =  L/s pari a  m/h, cioè  / = , Vol/h ricambi d’aria per ora. Al crescere del numero di persone all’interno dell’ambiente deve crescere in proporzione il numero di ricambi orari; • Ventilazione forzata (detta anche ventilazione meccanica), attraverso un impianto che richiama aria esterna nella quantità necessaria e la distribuisce negli ambienti mediante l’ausilio di un ventilatore e di una rete di condotte d’aria opportunamente dimensionata. La ventilazione meccanica è indipendente dalle condizioni climatiche esterne e garantisce sempre la portata d’aria necessaria per il ricambio fisiologico degli occupanti.

La ventilazione nelle scuole italiane Per le scuole, oggetto del nostro interesse, il D.M. del  stabilisce, fra le tante cose, che i ricambi d’aria esterna necessari siano così predisposti: 1. per le scuole dell’infanzia e primarie: , Vol/h; 2. per le scuole medie: , Vol/h; 3. per le scuole superiori e le Università:  Vol/h. La differenziazione per tipologia di scuola deriva dalle diverse necessità di aria esterna pe ricambio fisiologici al variare dell’età degli alunni. Il parco degli edifici scolastici italiani è obsoleto, costruito in gran parte dopo la guerra e prima che entrasse in vigore il succitato D.M. . Anche gli edifici costruiti di recente, fino al , hanno spesso, soprattutto nelle regioni meridionali, una grave assenza di impianti di ventilazione forzata ed effettuano il ricambio d’aria con l’apertura delle finestre. Manca, inoltre, un’anagrafe degli edifici scolastici e non è nota l’impiantistica presente in ciascuna scuola. In questa situazione, per i motivi che saranno esposti fra breve, parlare di ritornare in classe sapendo che la stragrande maggioranza delle scuole non può garantire un corretto ricambio d’aria appare decisamente allarmante. La problematica della ventilazione nelle scuole italiane va risolta caso per caso riadattando o rifacendo ex novo gli impianti mancanti. Occorre, pertanto, un notevole investimento per garantire migliori condizioni di vivibilità e sicurezza nelle scuole. L’assenza di una corretta ventilazione con aria fresca esterna fa crescere la concentrazione

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ORIGINAL ARTICLE di CO all’interno delle aule, con il rischio di superare i livelli massimi ammessi per la differenza fra concentrazione interna ed esterna, C - C, fissata in  ppm dalla recente norma UNI EN -/, producendo un incremento della disattenzione e perdita dell’apprendimento. Proprio nelle scuole questo non dovrebbe avvenire. In base a queste osservazioni si presenteranno le simulazioni considerando tre casi di ricambi d’aria: 1. , Vol/h: per simulare una ventilazione naturale minimale per tutte le tipologie scolastiche; 2. , Vol/h: per simulare una ventilazione naturale incrementata ma non ancora sufficiente o un minimo di ventilazione meccanica, ove presente; 3. ,, , e  Vol/h, a seconda dei livelli scolastici, per simulare la situazione corrispondente all’applicazione del D.M.  sulle scuole.

Il metodo di calcolo adottato Il metodo di calcolo adottato è quello di Rudnick-Milton modificato per tenere conto di condizioni variabili secondo i profili d’uso. Questo metodo, diversamente dagli altri due, si basa sul bilancio di CO espirata dai soggetti presenti nell’ambiente che viene poi nuovamente inspirata durante la normale respirazione. La CO diviene così un parametro di riferimento per quantificare la respirazione e rerespirazione totale all’interno degli ambienti. All’attività respiratoria è collegato il meccanismo di emissione dei droplet a sua volta collegato alla probabilità personale di contagio per via aerea. Il metodo ha una forma analitica del tipo di Poisson: (3) ove il rapporto f è la frazione volumetrica media di CO2 ed Np è il numero di persone presenti. Esso consente di effettuare un calcolo non stazionario della probabilità di contagio al variare con il tempo di calcolo di alcuni parametri quali: Np, I, Nr. Si osservi che il numero di ricambi orari, Nr, non compare direttamente nell’espressione di P ma è indirettamente presente nella formulazione di f-. È possibile avere un profilo d’uso delle aule, cioè è possibile stabilire la presenza o non delle persone (ad esempio, per doppi turni con pausa intermedia), per la presenza dell’infetto iniziale, I, che può considerarsi presente ad inizio di giornata per tutto il tempo di calcolo o ad inizio di ciascun turno di lezione. Inoltre, è anche possibile ipotizzare che durante l’intervallo per consentire il cambio di classe si possa attuare una sanificazione completa dell’aula oppure no. Si vedranno nel prosieguo diversi casi e combinazioni di profili d’uso per simulare diversi alcuni casi reali. Il numero dei quanta di infezione dipende dal soggetto infetto iniziale e dall’attività svolta (lavoro sedentario, parlato a voce bassa o a voce alta): può essere un docente o un bambino o un adolescente o un ragazzo, a seconda della scuola considerata. Si adotteranno, in tutte le simulazioni, tre livelli di produzione di quanta di infezione []: •  quanta/h per bassa emissione tipica di un bambino; •  quanta/h per emissione di medio livello tipica di un ragazzo o di un adulto; •  quanta/h per alta emissione tipica di un adulto che parli ad alta voce. Si calcolerà la distribuzione oraria dell’emissione dei quanta, che dipende dal numero dei ricambi orari Nr, in modo da valutare correttamente in condizioni variabili la probabilità di contagio, P. In questo modo il metodo di Rudnick-Milton si presta bene a simulare situazioni comunque variabili in funzione dell’utilizzo reale che ogni scuola intende attuare per le aule. I dettagli analitici del metodo di calcolo sono riportati in Appendice.

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Organizzazione delle simulazioni Si simuleranno due casi: • utilizzo con turno unico che può arrivare a  ore nel caso di scuola a tempo pieno; • utilizzo con doppio turno separati da un intervallo per il cambio classe. In quest’ultimo caso si esamineranno sia il caso di sanificazione delle aule durante l’intervallo che di assenza di sanificazione. In tutte le simulazioni si suppone una superficie per alunno da  m a  m a seconda del tipo di scuola, una superficie dell’aula confacente ad ospitare  persone distanziate di  m e un volume corrispondente. Si assumono le seguenti dimensioni: • Scuola primaria: aula da xx, =  m con  m/alunno,  presenze; • Scuola media: aula da xx, =  m con  m/alunno,  presenze; • Scuola superiore: aula da xx, =  m con  m/alunno,  presenze. Si ipotizza che in aula gli alunni abbiano la mascherina di protezione di tipo chirurgico, efficienza di filtrazione frontale ,, (anche se pare sia possibile toglierla in aula) e non si considerano gli effetti di deposizione al suolo dei droplet e di riduzione della vitalità dei virus. Non sono presi in considerazione, in questa sede, eventuali mezzi di riduzione (sanificazione) dei quanta/h quali l’utilizzo di filtri ad alta efficienza, di lampade U.V. a monte della distribuzione dell’aria (se è presente un impianto centralizzato). Si suppone, infine, che non si abbiano ricircoli di aria. In pratica, si desiderano simulare le condizioni reali delle aule tipiche delle scuole italiane.

Come leggere le simulazioni Le simulazioni riporteranno due abachi: • nel primo si hanno i profili d’uso che indicano i profili orari delle grandezze ritenute variabili; • nel secondo si hanno tre righe di abachi che forniscono, per ogni riga, le probabilità di contagio individuale, le probabilità di contagio globale e la distribuzione oraria dei quanta per le condizioni d’uso e, in particolare, per il numero di ricambi orari considerato in ciascun abaco. Ogni abaco ha un titolo che riporta il metodo di calcolo (RMVT Rudnick Milton Variale Transitorio), il volume dell’aula, il numero di persone, la presenza di filtri dell’aria, di lampade U.V., di mascherine, di deposito a terra dei droplet, di riduzione di vitalità del virus. In ciascun abaco si hanno tre curve relative ad una produzione di ,  e  quanta/h che rappresentano le tre tipologie di contatto che si desiderano considerare. Fissato un tempo di permanenza nell’asse orizzontale delle ascisse (ore) si può leggere la corrispondente probabilità di rischio (individuale o globale a seconda dell’abaco considerato) sull’asse verticale (valore in percentuale).

Considerazioni sui valori percentuali delle probabilità di contagio Per rendersi conto del significato dei valori delle percentuali indicate dagli abachi, si riportano i seguenti dati per le probabilità di estrazione al Lotto di ,  e  numeri (numero singolo, ambo su una ruota, terno su una ruota): • probabilità di estrazione di un numero singolo su singola ruota: / = , cioè ,%; • probabilità di estrazione di un ambo su singola ruota: /, = , cioè ,%; • probabilità di estrazione di un terno su singola ruota: / = , cioè ,%. Ne consegue che valori di probabilità di rischio superiori a ,%

ORIGINAL ARTICLE

Giuliano Cammarata

Nell’ipotesi ora breve di  minuti e turni di  ore ( ore ridotte) ed un intervallo per il cambio classi e sanificazione delle aule si hanno i profili d’uso di Figura . Il calcolo delle probabilità di contagio individuale e globale è riportato nella Figura . L’esame dei profili d’uso dei due casi esaminati induce le seguenti considerazioni: • la sanificazione intermedia, durante l’intervallo, porta ad avere livelli

RMVT- I=1 V=211 m³ ∆ Cm = 1600 Nr= 0.5 L= 2.8 V/h

P(%) Ef=0 Em='0.72 Euv=0 Kd= 1.5 Fv= 0.8

Rischio Globale - Npi = 16

30 q/h 50 q/h 90 q/h

20 15 10 5 0

Quanta (q/h) per Nr e per L=Nr

RMVT- I=1 V=211 m³ ∆ Cm = 1000 Nr= 1 L= 3.3 V/h

15 10 5 0

ore

Quanta (q/h)- V=211- Nr= 0.5 L= 2.8 V/h 30 q/h 50 q/h 90 q/h

100

4 2 0

ore

30 q/h 50 q/h 90 q/h

8 6 4 2 0

ore

Quanta (q/h)- V=211- Nr= 1 L= 3.3 V/h 30 q/h 50 q/h 90 q/h

60 40 20 0

ore

30 q/h 50 q/h 90 q/h

3 2 1 0

I=1 m³ - Nr = 1 V/h

30 q/h 50 q/h 90 q/h

150

30 q/h 50 q/h 90 q/h

I=1 m³ - Nr = 0.5 V/h

RMVT- I=1 V=211 m³ ∆ Cm = 500 Nr= 2.5 L= 4.8 V/h

P(%) Ef=0 Em='0.72 Euv=0 Kd= 1.5 Fv= 0.8

Si ipotizza l’utilizzo della sola mascherina di tipo chirurgico, con efficienza di filtrazione frontale ,, quale unico mezzo di protezione adottato. Il profilo d’uso è in Figura . Nell’abaco di Figura  sono riportati nella prima fila le probabilità di rischio individuali, P, per i tre casi di ricambi orari ,, , e , Vol/h. In ciascun abaco si hanno le curve di probabilità per i tre valori di ,  e  quanta/h. Si osservi come per Nr = , Vol/h si abbiano probabilità di contagio personali molto elevate e che queste si riducono sensibilmente al crescere di Nr fino ad / circa per Nr = , Vol/h.

Utilizzo con doppio turno

Rischio Globale - Npi = 16

Utilizzo con turno unico

Quanta (q/h) per Nr e per L=Nr

SIMULAZIONI PER AULE DI SCUOLA PRIMARIA

P(%) Ef=0 Em='0.72 Euv=0 Kd= 1.5 Fv= 0.8

Se l’organizzazione scolastica prevede il doppio turno è possibile pensare di sanificare le aule in assenza degli alunni. Le operazioni da svolgere sarebbero semplici e rapide: ventilare i locali in modo da rinnovare l’aria ambiente, sanificare le superfici dei banchi, della cattedra o altre superfici ove possano essersi depositati i droplet. Queste operazioni, se correttamente svolte, cambiano il profilo d’uso facendo iniziare il calcolo del rischio di contagio partendo da zero ad ogni inizio di turno. Se, tuttavia, il doppio turno non prevede il cambio di classe ma si configura come un orario prolungato, con pausa intermedia per la mensa, allora può sussistere la possibilità che ci sia un infetto che permanga nell’aula per tutto il tempo prolungato facendo venir meno l’ipotesi che i quanta si azzerino dopo la sanificazione e che il turno successivo abbia le stesse probabilità di contagio del primo turno. Nell’ipotesi di orario prolungato l’ipotesi più cautelativa è di considerare il tempo di permanenza in aula pari a tutte le ore effettive. Il rischio di contagio sarà necessariamente più elevato rispetto ad un doppio turno reale.

Rischio Globale - Npi = 16

Considerazioni sulla sanificazione intermedia

Nella seconda fila si ha il numero di riproduttività, R, detto anche probabilità di contagio globale dato dal prodotto (Np - )P, ove Np = . Nella terza fila si ha l’andamento orario dei quanta di infezione per i tre casi ipotizzati. Si osserva come la distribuzione oraria vada a regime in tempi tanto più rapidi quanto più elevato è il numero di ricambi orari, Nr. Infine, si sono traguardati alcuni tempi di permanenza relativi a  ore e  ore con tempo pieno (supponendo di utilizzare l’ora breve di  minuti per limitare il rischio di contagio). L’esame dell’abaco consente di fare alcune considerazioni importanti: • se si desidera effettuare il tempo pieno, consumando i pasti sul posto subito dopo le prime ore di lezioni, si ha un rischio di contagio personale e globale più alto perché è aumentato il tempo di permanenza; • a fortiori una prosecuzione delle lezioni dopo la pausa pranzo nella stessa aula incrementa le probabilità di contagio individuali e globali di circa il %; • sarebbe opportuno consumare i pasti non rimanendo nella stessa aula ma spostandosi in un refettorio (se disponibile) di maggior volume e già sanificato. Nel frattempo, si potrebbero sanificare le aule utilizzate nelle ore mattutine in modo da ridurre le probabilità di contagio al rientro. Permane il rischio di un infetto presente anche dopo la ripresa dei lavori; • è bene considerare la possibilità di ridurre ulteriormente l’ora breve a  minuti in modo da far rimanere gli alunni all’interno delle aule per un tempo di  ore. Si potrebbe compensare l’orario mancante con turni di didattica a distanza (DAD) nei pomeriggi o durante la settimana.

Quanta (q/h) per Nr e per L=Nr

sono elevati (specie se sono superiore all’%) mentre valori al di sotto di ,% sono accettabili ( caso su ). Si osserverà, analizzando gli abachi delle probabilità, che questa è tanto minore quanto maggiore è il numero di ricambi orari, a parità di volume. La probabilità di rischio globale dipende dal numero di soggetti sani (detti anche suscettibili di ammalarsi) pari al numero totali di presenti, Np, meno l’infetto, cioè Np-1.

I=1 m³ - Nr = 2.5 V/h

30 q/h 50 q/h 90 q/h

3 2 1 0

ore

Quanta (q/h)- V=211- Nr= 2.5 L= 4.8 V/h 30 q/h 50 q/h 90 q/h

30 20 10 0

ore

Figura 2 – Calcolo delle probabilità individuale e globale per un’aula primaria a turno unico Figura 1 – Profilo d’uso per aula primaria con turno unico

Figure 2 – Calculation of individual and global probabilities for a single-turn ele-

Figure 1 – User profile for elementary School

mentary classroom

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ORIGINAL ARTICLE

Figura 3 – Profili d’uso per un’aula primaria con doppi turni di  ore e , ore di intervallo

Figura 4 – Calcolo delle probabilità individuale e globale per un’aula primaria a doppio turno con sanificazione

Figure 3 – Usage profiles for a primary classroom with double shifts of 4 hours and

Figure 4 – Calculation of individual and global probabilities for a double shift pri-

1.5 hour intervals

mary classroom with sanitation

Osservazioni sul calcolo della probabilità di contagio per le aule della scuola primaria

di CO2 inferiori nei due turni a causa dello sviluppo incompleto dei transitori. (vedi curve nei profili d’uso); le probabilità di contagio individuali e globali alla fine di ciascun turno di  ore hanno valori inferiori al caso di turno unico precedente a causa dello sviluppo incompleto del transitorio per la variazione oraria dei quanta, sia per il primo turno che per il secondo turno. I valori delle probabilità di contagio possono essere lette già per i valori di fine turno di  ore; rimane invariata l’osservazione sulla differenza fra i valori delle probabilità di contagio individuali e globali al variare del numero dei ricambi orari e come sia importante, di conseguenza, avere una corretta e funzionale ventilazione meccanica; in assenza di quest’ultima (per Nr = , e , Vol/h) è opportuno ridurre il più possibile il tempo di permanenza all’interno dell’aula perché i valori percentuali sono superiori all’%; la permanenza nella stessa aula per consumare i pasti della mensa non è consigliabile per gli stessi motivi indicati in precedenza si hanno le stesse probabilità di contagio del turno unico. Meglio spostare gli alunni in un refettorio già sanificato e poi ritornare in aula sanificata per la prosecuzione delle lezioni.

Alla luce delle simulazioni effettuate per la scuola primaria si consiglia di far permanere gli alunni nelle aule il minor tempo possibile se la ventilazione di aria esterna non è conforme al valore di regolamento: Nr = , Vol/h. Purtroppo, nelle scuole primarie italiane la ventilazione meccanica manca quasi sempre e pertanto è sconsigliabile la permanenza in aula in modo continuativo per il tempo pieno. Le cose migliorano con il doppio turno, pur rimanendo critica per i bassi valori dei ricambi orari, a condizione che si riesca a sanificare le aule durante l’intervallo. Quest’operazione richiede tempo e personale sufficiente e si richiede un’organizzazione adeguata delle singole scuole per poterla attuare. Senza sanificazione intermedia le probabilità di rischio aumentano in analogia a quanto visto per il turno unico, come si può osservare dal profilo d’uso di doppio turno senza sanificazione intermedia delle aule, in Figura . In queste condizioni le curve di probabilità del contagio non si azzerano nell’intervallo per effetto della sanificazione ma riprendono la loro evoluzione in crescita, come nel caso di turno unico, in Figura .

Figura 5 – Profili d’uso per un’aula primaria con doppio turno ma senza sanificazione intermedia

Figura 6 – Calcolo delle probabilità individuale e globale per aula primaria da  m con doppio turno e sanificazione

•

AiCARR Journal / Vol 63, n. 4, 37 - 49, 2020

Figure 5 – Usage profiles for a primary classroom with double shift but without inter-

Figure 6 – Calculation of individual and global probabilities for 330 m3 primary

mediate sanitation

classroom with double shift and sanitation

#63

ORIGINAL ARTICLE

Giuliano Cammarata

Figura 8 – Calcolo delle probabilità individuale e globale per un’aula di scuola media con turno unico Figura 7 – Profilo d’uso di un’aula di scuola media con turno unico

Figure 8 – Calculation of individual and global probabilities for middle school classroom

Figure 7 – Usage profile of a middle school classroom with one shift

with single shift

SIMULAZIONI PER AULE DI SCUOLA MEDIA Ipotizziamo che l’aula abbia dimensioni xx, =  m, che si abbiano ancora Np =  e si effettuino le simulazioni per numeri di ricambi orari pari a ,, , e , Vol/h. Si ricorda che il D.M.  per le scuole prevede un numero di ricambi orari di , Vol/h.

Utilizzo del turno unico

P(%) Ef=0 Em='0.72 Euv=0 Kd= 1.5 Fv= 0.8 Rischio Globale - Npi = 27 Quanta (q/h) per Nr e per L=Nr

P(%) Ef=0 Em='0.72 Euv=0 Kd= 1.5 Fv= 0.8 Quanta (q/h) per Nr e per L=Nr

Rischio Globale - Npi = 27 Quanta (q/h) per Nr e per L=Nr

Rischio Globale - Npi = 27

Si ipotizza un unico turno di  ore (tempo pieno con mensa) senza alcun intervallo. Il profilo d’uso è rappresentato in Figura . Il calcolo delle probabilità di contagio individuali e globali è in Figura . Anche in questo caso si hanno valori elevati di rischio di contagio per Nr = , e , Vol/h. Si hanno valori sensibilmente inferiori per Nr = , Vol/h, tranne per  quanta/h. Si sono traguardati i valori per t =  ore e  ore per una lettura più agevole. Anche in questo caso senza un’adeguata ventilazione meccanica si hanno rischi di contagio elevati. È consigliabile ridurre il tempo di permanenza in aula ed evitare di consumare i pasti sugli stessi banchi.

P(%) Ef=0 Em='0.72 Euv=0 Kd= 1.5 Fv= 0.8

Si è considerata un’aula di dimensioni tipiche per la scuola primaria,  m di superficie e , m di altezza con un numero di  persone al massimo ( docente e  alunni) per rispettare il distanziamento interpersonale. Con aule di maggior volume, ad esempio xx, =  m ed un’occupazione di  persone si avrebbe una situazione leggermente migliore. La probabilità di contagio individuale e globale sarebbero inferiori ma pur sempre elevati per numero di ricambi orari , e , Vol/h. In tutte le simulazioni effettuate si ha un aumento della probabilità di contagio al crescere del numero dei quanta. Per  e  quanta/h si hanno rischi inferiori e rappresentano i casi relativi a basse emissioni di cariche virali. Per  quanta/h si hanno rischi elevati in qualunque condizione e numero di ricambi orari. Questo deve consigliare di mantenere bassa l’attività dei presenti (gli alunni seduti e calmi) e il docente dovrebbe parlare al più basso livello di emissione sonora. Passare dal parlato normale al parlato urlato significa aumentare moltissimo l’emissione di cariche virali nel caso sia il docente ad essere infetto.

Figura 9 – Profilo d’uso per un’aula di scuola media con doppio turno e sanificazione intermedia

Figura 10 – Calcolo delle probabilità individuale e globale per un’aula di scuola media con doppio turno e sanificazione

Figure 9 – Usage profile for a middle school classroom with double shift and inter-

Figure 10 – Calculation of individual and global probabilities for middle school

mediate sanitation

classroom with double shift and sanitation

#63

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Figura 11 – Profilo d’uso di un’aula di scuola superiore con turno unico

P(%) Ef=0 Em='0.72 Euv=0 Kd= 1.5 Fv= 0.8 Rischio Globale - Npi = 27 Quanta (q/h) per Nr e per L=Nr

Quanta (q/h) per Nr e per L=Nr

Rischio Globale - Npi = 27

P(%) Ef=0 Em='0.72 Euv=0 Kd= 1.5 Fv= 0.8

AiCARR Journal / Vol 63, n. 4, 37 - 49, 2020

Figura 12 – Probabilità individuale e globale per un’aula di scuola superiore con turno unico senza sanificazione Figure 12 – Individual and global probability for high school classroom with single

Figure 11 – Profile of the use of a high school classroom with single shift

shift without sanitation

Utilizzo del doppio turno

Gli abachi delle probabilità di contagio sono in Figura . Valgono le stesse considerazioni già presentate per l’aula della scuola primaria. Il turno unico senza sanificazione dei locali aumenta molto i rischi di contagio, anche se valori accettabili si hanno solo con la ventilazione di legge di , Vol/h. Permane l’alto valore del rischio di contagio con  quanti/h.

Ipotizzando due turni di  ore (ore ridotte a  minuti) con , ore di intervallo con sanificazione delle aule si ha il profilo d’uso di Figura . Le probabilità di contagio sono riportate nell’abaco di Figura . Valgono le stesse considerazioni già presentate per l’aula della scuola primaria. Il doppio turno con sanificazione dei locali riduce molto i rischi di contagio, anche se valori accettabili si hanno solo con la ventilazione di legge di , Vol/h. Permane l’alto valore del rischio di contagio con  quanti/h.

SIMULAZIONI PER AULE DI SCUOLA SUPERIORE Si utilizza un’aula da xx, =  m con  persone all’interno. Il numero di ricambi orari previsto dal D.M.  è ora pari a  Vol/h.

Utilizzo del turno unico

Utilizzo del doppio turno I profili d’uso sono riportati in Figura . Gli abachi delle probabilità di contagio sono riportati in Figura . Valgono le stesse considerazioni già presentate per l’aula della scuola primaria e media. Il doppio turno con sanificazione dei locali riduce molto i rischi di contagio, anche se valori accettabili si hanno solo con la ventilazione di legge di , Vol/h. Permane l’alto valore del rischio di contagio con  quanti/h.

I profili d’uso sono in Figura .

Figura 13 – Profilo d’uso di un’aula di scuola superiore con doppio turno e sanificazione Figure 13 – Profile of the use of a high school classroom with double shift and sanitation

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Figura 14 – Probabilità individuale e globale per un’aula di scuola superiore da  m, doppio turno e sanificazione Figure 14 – Individual and global probability for 330 m2 high school classroom, double shift and sanitation

ORIGINAL ARTICLE

Giuliano Cammarata

Osservazioni finali L’utilizzo di aule non sufficientemente dotate di impianti di ventilazione forzata a norma di legge e l’utilizzo quasi esclusivo della ventilazione naturale porta ad avere condizioni di rischio da contagio individuale e globale elevati e tali da non consigliare, per turni unici, la permanenza degli studenti all’interno dei locali oltre le  ore consecutive. È necessario considerare ore brevi di  o meglio  minuti e programmare l’integrazione degli orari con lezioni a distanza (DAD) nei pomeriggi. La situazione migliora nel caso di doppi turni di - ore ciascuno e un intervallo di almeno , ore per consentire sia il cambio di classe che la sanificazione delle aule. Nel caso di tempo pieno con consumo di pasti a scuola è altamente consigliabile utilizzare un refettorio esterno già sanificato, di adeguata capacità e rispondente alle norme di distanziamento individuale di  m, e poi riprendere le lezioni in aule sanificate durante la pausa pasto. Consumare i pasti nella stessa aula significa prolungare i tempi di permanenza oltre le - ore con un incremento del rischio di contagio se si fosse in turno unico. Malgrado l’utilizzo della mascherina sia obbligatorio solo per gli spostamenti (entrata e uscita) di massa e tollerato il non utilizzo in aula (purché siano rispettate le distanze di  m fra i banchi) si ritiene che questo dispositivo di protezione individuale (DIP) sia assolutamente necessario per ridurre il rischio di contagio. A conferma di quanto detto si riporta l’ultima simulazione per scuola superiore con doppio turno e sanificazione intermedia senza l’utilizzo della mascherina con efficienza frontale ,. In Figura  si ha la simulazione con doppio turno, sanificazione e assenza di mascherina. Come si può facilmente osservare i valori delle probabilità sono cresciuti sensibilmente, circa tre volte, e non sono più valide le considerazioni precedentemente fatte. Quanto sopra illustrato giustifica ancora le disposizioni relative alla protezione da breve distanza rendendole ancora più necessarie

I=1 m³ - Nr = 0.5 V/h

I=1 m³ - Nr = 1 V/h 10

30 q/h 50 q/h 90 q/h

4 5 0

I=1 m³ - Nr = 5 V/h 30 q/h 50 q/h 90 q/h

1.5

30 q/h 50 q/h 90 q/h

0.5

2 0

ore

Quanta (q/h)- V=330- Nr= 0.5 L= 2.8 V/h

100

30 q/h 50 q/h 90 q/h

ore

30 q/h 50 q/h 90 q/h

ore

Quanta (q/h)- V=330- Nr= 5 L= 7.3 V/h

30 q/h 50 q/h 90 q/h

Quanta (q/h)- V=330- Nr= 1 L= 3.3 V/h

40 20

20 0

ore

P(%) Ef=0.99 Em='0.72 Euv=0.9 Kd= 1.5 Fv= 0.8

Rischio Globale - Npi = 17

0.5

Quanta (q/h) per Nr e per L=Nr

4 5

P(%) Ef=0.99 Em='0.72 Euv=0.9 Kd= 1.5 Fv= 0.8

30 q/h 50 q/h 90 q/h

Rischio Globale - Npi = 17

Quanta (q/h) per Nr e per L=Nr

RMVT- I=1 ∆ Cm = 100 V=330 m³ Nr= 5 L= 7.3 V/h

1.5

30 q/h 50 q/h 90 q/h

P(%) Ef=0.99 Em='0.72 Euv=0.9 Kd= 1.5 Fv= 0.8

RMVT- I=1 ∆ Cm = 500 V=330 m³ Nr= 1 L= 3.3 V/h 10

30 q/h 50 q/h 90 q/h

Rischio Globale - Npi = 17

RMVT- I=1 ∆ Cm = 800 V=330 m³ Nr= 0.5 L= 2.8 V/h

nei locali chiusi, indipendentemente dalla ventilazione presente. Per scuole attrezzate con impianti di ventilazione a norma di legge è possibile cercare di migliorare la protezione dal contagio virale utilizzando tecniche oggi predisposte a questo scopo. Ad esempio, è possibile utilizzare per l’aria di ricambio (ed anche per l’aria di ricircolo se ben realizzato) i filtri ad alta efficienza HEPA (ηfiltro> ,), oppure associare lampade inertizzanti antibatteriche e antivirali del tipo UV-C con efficienza superiore a ,. Si ripete la stessa simulazione per l’aula della scuola superiore, vedi Figura , con l’aggiunta, oltre che della mascherina, anche dei filtri, delle lampade UV-C, del fattore di deposito dei droplet e di riduzione della vitalità dei virus. Il confronto con l’abaco precedente, o anche quello con l’uso delle sole mascherine, mostra una riduzione notevole dei valori di probabilità di contagio individuale e globale dovuto ai meccanismi sopra indicati e tali da rendere possibili l’utilizzo dell’aula in qualunque condizione (P< ,%) e per qualunque valore dei quanta. Nell’ultima fila della figura si ha la distribuzione oraria dei quanta per i tre casi di ventilazione. In essa si hanno, per ciascun abaco, due serie di curve: • quelle a tratto intero che non prevedono alcun mezzo di riduzione; • quelle tratteggiate, a pari valore dei quanta nominali, che prevedono la correzione del numero di ricircolo Nr con gli apporto dei benefici sopra indicati. In pratica al valore di Nr viene sommato ciascun contributo strumentale equivalente ad un incremento fittizio del numero di ricambi orari iniziale. Detto L questo nuovo valore è possibile vedere la differenza fra L e Nr. Questi benefici possono essere ottenuti anche su impianti esistenti, purché presenti, mediante refurbishment con componenti più nuovi ed efficienti dotati di filtri e lampade UV e modificando il layout dell’impianto per beneficiare di questi apporti positivi. Occorre pianificare un grande piano di interventi sugli impianti delle scuole italiane per renderle più sicure rispetto a quanto oggi possano essere nelle condizioni critiche nelle quali si trovano.

ore

Figura 15 – Probabilità di contagio per un’aula di scuola superiore con doppio turno, sanificazione senza mascherina

Figura 16 – Probabilità di contagio per un’aula di scuola superiore da  m², doppio turno, sanificazione, mascherina, filtri e UV

Figure 15 – Probability of contagion for high school classroom with double shift,

Figure 16 – Probability of contagion per 330 m2 high school classroom, double shift,

sanitation without mask

sanitation, mask, filters and UV

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ORIGINAL ARTICLE APPENDICE – METODO DI CALCOLO DI RUDNICK E MILLER MODIFICATO PER IL CALCOLO DINAMICO Questo metodo è apparso nella rivista Indoor Air nel  ad opera di S.N. Rudnick e D.K. Milton, della Harvard School of Public Health, Department of Medicine, due medici che hanno voluto approfondire e modificare l’impianto calcolistico di Wells-Riley e di GammaitoniNucci impostato sul bilancio dei quanta e degli infetti negli ambienti. L’idea di base è che il virus in circolazione venga veicolato attraverso l’aria di espirazione dell’infetto, successivamente re-inspirata dai soggetti suscettibili presenti. Tanto più elevata è questa attività tanto maggiore sarà la possibilità di trasmettere il contagio. Poiché l’aria espirata dalle persone presenti all’interno dell’ambiente contiene una percentuale di CO, oltre che una minore percentuale di O rispetto all’aria inspirata, è possibile utilizzare la concentrazione di CO nell’aria quale tracciante dell’attività di respirazione dei soggetti all’interno dell’ambiente. La novità del metodo consiste, infatti, nel tenere conto delle persone effettivamente presenti all’interno dell’ambiente e della quantità di aria respirata e re-respirata in passaggi successivi. Il corpo umano respira assumendo una portata d’aria esterna che dipende da numerosi fattori: età, attività, stato di salute generale, stato di salute polmonare, ecc. In tutti i casi nell’espirazione parte dell’ossigeno presente nell’aria inspirata viene a mancare (attività di ossigenazione sanguigna) perché sostituito dalla CO. Questo gas è facilmente tracciabile con opportuni sensori, facilmente reperibili sul mercato anche per le applicazioni sulla Qualità dell’aria, e quindi è possibile risalire all’attività respiratoria globale dei presenti tracciando la CO emessa. Naturalmente si fa l’ipotesi che non vi siano altre sorgenti di CO oltre quella di origine espiratoria. È possibile scrivere un bilancio, nell’ipotesi di ventilazione ben miscelata: (4) ove si ha: Ca = frazione volumetrica di CO2 aggiunta all’aria espirata durante la respirazione; V = volume dell’ambiente, m; Ve = volume equivalente dell’aria espirata contenuta nell’ambiente, m; C = frazione volumetrica di CO nell’aria interna (che dipende dalla portata di ventilazione); C = frazione volumetrica di CO nell’aria esterna. Risolvendo la precedente equazione per il rapporto Ve/V si ottiene: (5) ove f è la frazione equivalente di aria interna che viene espirata e che è anche la frazione di aria nuovamente respirata. Si osservi la definizione di f è valida sia per regime transitorio che stazionario. Per il periodo totale di esposizione, t, è possibile calcolare la frazione di aria espirata, f-, integrando f nel periodo di tempo considerato. La frazione equivalente di aria interna, f, può essere determinata anche dalla relazione: (6) essendo il volume di aria espirata, detta p la portata di respirazione, data dalla relazione: (7) Per il calcolo della differenza C - C si è tenuto conto, a regime stazionario, della relazione:

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AiCARR Journal / Vol 63, n. 4, 37 - 49, 2020 con il simbolismo: p’ = portata di CO emessa per ventilazione, m/h; Nr =  di attività normale. Supponiamo, ancora, che siano costanti: • la produzione dei quanta/h, che indichiamo con q; • la portata totale di respirazione, p; • il numero di soggetti infetti, I; • il numero di persone all’interno del volume ventilato, Np. In queste condizioni la concentrazione spaziale dei quanta di infezione, N, è pari alla concentrazione dei quanta nell’aria espirata dai soggetti infetti, q/p, moltiplicata per la frazione volumetrica di aria espirata dagli infetti nel volume dell’ambiente, fI/Np, e pertanto si ha:

Il valore medio nel tempo t risulta:

Ricordando la relazione di Poisson: sostituendo i valori calcolati si ottiene la probabilità di contagio, P = I/S: (9) Quest’equazione resta valida sia in condizioni stazionarie che transitorie e può non dipendere dalla conoscenza diretta della portata d’aria di ventilazione, solitamente difficoltosa da calcolare in impianti esistenti. Basta misurare la CO prodotta all’interno e quella dell’aria di ventilazione (esterna) per ottenere f e, integrando nel tempo, f-, e quindi la probabilità di contagio P.

Diverse possibilità di utilizzo del metodo di Rudnick e Milton Le diverse formulazioni della frazione equivalente di aria interna, f, date dalle espressioni () e () consente di utilizzare il metodo di calcolo in due modi differenti.

Modo diretto di Progetto Sono noti: Nr = numero di ricambi orari, Vol/h; Np = numero di persone presenti nell’ambiente; p = portata di respirazione, m/h; V = volume dell’ambiente, m. Si calcola

Si utilizza la relazione () per il calcolo della probabilità di contagio individuale. L’avere imposto a denominatore la portata d’aria totale Q = NrV e il numero di persone Np significa imporre la differenza ∆C = C – C in base alla relazione, a regime stazionario:

con ∆C espressa in ppm e Gi, sorgente interna, in L/h. Pertanto, questo valore non è noto a priori e può anche corrispondere a condizioni di qualità dell’aria non conformi alle norme.

Modo indiretto di verifica In questo caso si impone direttamente ∆C perché noto da misure dirette della CO con sensori di questo gas. Si calcola la frazione equivalente di aria interna, f, con la relazione (), cioè:

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Giuliano Cammarata

con Ca = . ppm in condizioni di attività moderata (ufficio, scuola, ecc.). Si calcola, quindi, la probabilità di rischio individuale mediante la relazione (). Si osservi che avendo fissato ∆C dalla relazione deriva il numero di ricambi orari, Nr, non fissato come dato di progetto. Potrebbe anche verificarsi che la Nr corrispondente sia inferiore o superiore a quella realmente presente in ambiente.

Calcolo dinamico discretizzato La relazione () è valida sia in condizioni stazionarie, vedi i due modi di utilizzo precedenti, che non stazionarie, in particolare in condizioni che definiamo dinamiche discretizzate, cioè con parametri di calcolo e condizioni operative variabili discretamente nel tempo totale di calcolo. Per potere operare in questo modo occorre apportare alcune modifiche alla forma matematica della relazione di Rudnick e Milton, cioè occorre scriverla in modo discreta e vettorializzata. Le grandezze che compaiono nella relazione () possono, in tutto o in parte, essere vettorializzate, cioè trasformate in sequenze numeriche a passo costante secondo un profilo d’uso che indichi una desiderata variabilità temporale, anche non uniforme, dei parametri e delle variabili di calcolo. In queste ipotesi l’espressione () diviene: (10) ove in grassetto si sono indicate le grandezze vettoriali in forma discreta. Anche il tempo, indicato con il simbolo tuso, è discretizzato in modo conforme al profilo d’uso, cioè in modo da garantire la sequenza temporale desiderata, ad esempio nei doppi turni di lavoro o nel tenere conto di una sanificazione dei locali durante la pausa di lavoro in modo da azzerare gli accumuli di CO (ricambio totale dell’aria ambiente) e di quanta di infezione del turno precedente, come si può osservare nella Figura . In essa si hanno le seguenti grandezze discrete vettorializzate: Np = numero di persone presenti al variare del tempo. Nel caso in esame le  persone sono presenti in due turni di  ore ciascuno con una pausa di , ore;

I = numeri di persone infette iniziali presenti durante il calcolo, anch’esso in forma discreta e vettorializzata. Nel caso in esame è presente  infetto ad ogni inizio di turno di lavoro, avendo supposto la sanificazione del locale durante la pausa; tm = tempo progressivo di calcolo, in forma discreta e vettorializzata. Nel caso in esame si annulla durante la pausa intermedia perché non sono presenti persone né infetti; t = tempo di calcolo secondo il profilo d’uso per ciascun turno di lavoro. Esso comincia sempre da  ad inizio di ciascun turno, nel caso di attuazione della sanificazione del locale, altrimenti avrebbe lo stesso andamento di tm. Il tempo di calcolo, t, realizza il calcolo discretizzato in conformità alle scelte fatte nel profilo d’uso. Esso si applica a tutte le grandezze calcolate con la relazione E): probabilità di contagio individuale, probabilità di contagio globale e distribuzione oraria dei quanta. I prodotti vettoriali sono scalari (elemento per elemento) nella sequenza in cui sono indicati nella relazione () di calcolo della probabilità di contagio. Anche il calcolo di f- deve essere discretizzato e vettorializzato nella forma: (11) ove i vettori discretizzati sono segnati in grassetto. Per la vettorializzazione della variazione oraria della concentrazione di CO (in ppm) si scrive il bilancio per la concentrazione di CO:

con: V = volume dell’ambiente. (m); c = concentrazione, (ppm); Q = portata di ventilazione (m/h) che è pari a Nr*V; co = concentrazione dell’aria di mandata, (ppm); dc = variazione di concentrazione, (ppm); dt = intervallo di tempo, (h); Vpol = tasso di generazione di inquinanti nella stanza, (L/h). La soluzione in regime transitorio è: (12) ove si ha: c = concentrazione di CO all’interno dell’ambiente, (ppm); c0 = concentrazione dell’aria esterna di mandata, (ppm); cG = sorgente interna di CO, (ppm); ci = concentrazione iniziale nell’ambiente, (ppm); Nr = numero di ricambi orari d’aria esterna, (Vol/h);

Figura 18 – Andamento delle concentrazioni di CO per doppio turno con e senza sanificazione intermedia Figura 17 – Esempio di profilo d’uso

Figure 18 – Trend of CO2 concentrations for double shift with and without interme-

Figure 17 – Example of use profile;

diate sanitation

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AiCARR Journal / Vol 63, n. 4, 37 - 49, 2020

Figura 19 – Distribuzione oraria della produzione dei quanta senza sanificazione intermedia e con sanificazione

Figura 20 – Effetto dei mezzi di sanificazione sulla produzione oraria dei quanta di infezione Figure 20 – Effect of sanitation on the hourly production of the quanta of infection

Figure 19 – Hourly distribution of the quanta production without intermediate sani-

e non ha interruzioni, a destra è presente la sanificazione intermedia e la distribuzione oraria dei quanta riparte da zero al secondo turno.

tization and with sanitization

tuso = tempo di calcolo, (h). Si osservi come tuso determini l’andamento delle concentrazioni con o senza sanificazione in caso di doppio turno, come illustrato nella Figura . A sinistra si ha la sanificazione e quindi all’inizio del secondo turno si azzerano le concentrazioni di CO e dei quanta di infezione. A destra si ha una pausa senza sanificazione e pertanto la variazione della concentrazione di CO e della distribuzione oraria dei quanta non si interrompe. Dalla distribuzione di c si ricava ∆c = c - c0 e quindi i valori discretizzati di f:

c - c0(13) f= Data la distribuzione oraria di f se ne calcola il valore medio: Ca t (14) utilizzato per0ilfcalcolo delle probabilità di contagio. f= La variazione temporale della produzione dei quanta è calcolata mediante Δt la relazione vettoriale discretizzata:

q⋅fmasc 1 �1 - e-L⋅ Δt �� 1 (q/h) (15) L L⋅ ΔT ove è indicato,+secondo Fisk e Nazaroff, con L l’espressione: λfiltrazioneil⋅metodo ηfiltro + λdi L = siλventilazione UN ⋅ηUV + λdeposito + λvitalità qmedia (t) =

Qfiltro ηfiltro = fHVAC = λeff λfiltrazione Il termine L tiene conto degli etti diηriduzione dei quanta mediante filtrazione filtro V i seguenti termini: λventilazione = numero di ricambi orari per ventilazione, Nr; λfiltrazione = numero equivalente di ricambi orari aggiuntivi per effetto masc della filtrazione; λUV = numero equivalente di ricambi orari aggiuntivi per effetto dei raggi UV; λdeposito = numero equivalente di ricambi orari aggiuntivi per il deposito dei droplet; λvitalità = numero equivalente di ricambi orari aggiuntivi per riduzione della vitalità virale; fmasc = fattore di riduzione del flusso dei quanta per effetto dalla mascherina. Risultano []:

XY = 100 - (X ) % 100

(16) (17) con X e Y efficienze frontale e laterale della mascherina e fHVC la percentuale del tempo di funzionamento dell’impianto HVAC. Il termine λdeposito varia da , a , Vol/h e λvitalità varia da , a , Vol/h. Anche la distribuzione oraria dei quanta segue le stesse evoluzioni della distribuzione della concentrazione di CO, come illustrato nella seguente Figura . A sinistra la distribuzione oraria dei quanta non risente della sanificazione

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Influenza del numero di ricambi orari corretto Per il calcolo delle variazioni orarie delle concentrazioni di CO occorre sempre fare riferimento al numero di ricambi orari reale, Nr, poiché detta concentrazione è utilizzata dal metodo Rudnick e Milton come marcatore dell’attività di respirazione e pertanto deve sempre corrispondere al reale ricambio d’aria. Contrariamente a quanto avviene per i metodi di Wells-Riley e Gammaitoni-Nucci, la funzione di sanificazione dei dispositivi aggiuntivi (filtri ad alta efficienza, lampade UV, deposito dei droplet e riduzione della vitalità virale) è valutata con un incremento fittizio del numero di ricambi d’aria virtuali che, per il metodo di Rudnick e Milton, può essere inserita solamente nell’espressione di calcolo della variazione oraria dei quanta e quindi indirettamente inserita nella (). L’azione di sanificazione prodotta dai dispositivi impiantistici serve sempre e solamente a ridurre il valore della produzione oraria dei quanta di infezione rispetto a quella che si avrebbe con il solo numero di ricambi orari reali. In Figura  si può osservare l’andamento delle curve a tratto intero di q per effetto della sanificazione (assumendo L come numero di ricambi orari modificato) e senza sanificazione (assumendo Nr come numero di ricambi orari reali), curve tratteggiate. Le differenze sono significative e incidono in modo rilevante nella riduzione del rischio di contagio aereo. Si osservi che l’azione della mascherina agisce direttamente sulla produzione oraria dei quanta, vedi equazione () indipendentemente dal valore di L.

Benefici del calcolo dinamico con il metodo Rudnick e Miller Il calcolo dinamico discreto vettorializzato porta alcuni benefici nella maggior precisione di calcolo. Se osserviamo la distribuzione oraria della concentrazione di CO si ha l’andamento di Figura . L’evoluzione del transitorio della concentrazione è più rapido per alti valori dei ricambi orari e più lento per bassi valori di Nr. In Figura  si osserva che per Nr = , si va a regime dopo  ore mentre per Nr = , dopo  ore. Poiché il fattore fm dipende dal rapport ∆C/Ca anche fm avrà un transitorio che ricalca quello delle concentrazioni, come illustrato in Figura , sia per turno unico che per doppio turno con sanificazione, ove fm è riportato a scala E per evidenziarlo nella stessa Figura. Ne consegue che il calcolo dinamico effettuato con la relazione vettorializzata E) tiene conto della variabilità di fm nel periodo iniziale transitorio che sarà tanto maggiore quanto minore è il numero dei ricambi orari. Nel caso di doppio turno di lavoro con sanificazione intermedia i transitori ripartono all’inizio di ogni turno e l’andamento delle concentrazioni e di fm ne risentono di conseguenza. Se si tiene conto anche della variabilità della distribuzione oraria

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Giuliano Cammarata

C, ∆ C, DCo , Nr (V/h)

1200

0.5 ∆ Co

1000

800

600

400

200

ore

Figura 23 – Confronto fra ∆C variabile e stazionaria Figure 23 – Comparison between variable and stationary ∆C

Figura 21 – Distribuzione oraria della concentrazione di CO per vari valori di Nr Figure 21 – Hourly distribution of the CO2 concentration for various values of Nr

Fraz. Equiv. Aria Interna,f fm= 0.0052 DCm=317.53- Nr (V/h)

0.018

0.5 f fm

0.016 0.014 0.012 0.01 0.008 0.006 0.004 0.002

Figura 22 – Andamento orario delle concentrazioni di CO e del valore medio fm per turno unico e doppio turno

ore

Figure 22 – Hourly trend of CO2 concentrations and average fm value for single and

Figura 24 – Confronto fra fattore f stazionario e fm dinamico

double shift

Figure 24 – Comparison between stationary f factor and dynamic fm

dei quanta, vedi figure precedenti, allora si comprende come la probabilità di contagio calcolata con la relazione vettorializzata E) in regime dinamico sia inferiore a quella calcolata con la relazione C) in regime costante. In genere il regime stazionario calcola in eccesso il rischio di contagio mentre il regime dinamico lo calcola con maggior precisione ottenendo risultati più realistici. Analoga osservazione vale se si utilizzano i metodi di calcolo di Wells-Riley o di Gammaitoni-Nucci. Un’altra osservazione riguarda l’applicazione del metodo diretto di progetto, presentato in precedenza, nel quale si assume che la differenza ∆C sia calcolata dal rapporto fra la sorgente interna e la portata d’aria, cioè considerando il valore a regime dei transitori sopra considerati per le concentrazioni.

Il confronto fra ∆C variabile in regime dinamico e quello di regime stazionario è dato in Figura . Il valore limite stazionario è sempre più elevato rispetto a quello variabile in modo sensibile. Imponendo ∆C stazionaria si fa un fattore f stazionario dato dal rapporto ∆C/Ca mentre in regime dinamico f varia istante per istante e se ne deve calcolare il valore medio fm. Nella successiva Figura  si ha il confronto fra i due casi. Ancora una volta il metodo stazionario sopravvaluta i parametri di calcolo e la stessa probabilità di rischio di contagio individuale.

BIBLIOGRAFIA [] Wells, W.F: “On airborne infection: study II. Droplets and Droplet nuclei”. Am. J. Epidemiol. , –, , https://doi.org/./oxfordjournals.aje.a. [] S.N. Rudnick, D.K. Milton: “Risk of indoor airborne infection transmission estimated from carbon dioxide concentration”, Indoor Air ; : –. [] William G. Lindsley, John D. Noti, Francoise M. Blachere, Jonathan V. Szalajda and Donald H. Beezhold: “Efficacy of Face Shields Against Cough Aerosol Droplets from a Cough Simulator”, J Occup Environ Hyg. ; (): –.

[] Riley, E. C., Murphy, G. & Riley, R. L.: “Airborne spread of measles in a suburban elementary school”, Am. J. Epidemiol. , –, . [] Gammaitoni L, Nucci MC: “Using a mathematical model to evaluate the efficacy of TB control measures”, Emerg. Infect Dis , ():-. [] G. Buonanno, L. Stabile, L. Morawska: “Estimation of airborne viral emission: Quanta emission rate of SARS-CoV- for infection risk assessment”, Environment International  () .

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ORIGINAL ARTICLE

AiCARR Journal / Vol 63, n. 4, 50 - 55, 2020

Alberto Cavallini1, Filippo Busato2*, Fabrizio Pregliasco3

University of Padova; Manens-TiFS SpA, Padova, Italy 2 Dipartimento di Economia, Telematic University Mercatorum, Rome, Italy 3 Scienze biomediche per la salute, University of Milan, Milan, Italy 1

*Corresponding author:

DOI: 10.36164/AiCARRJ.63.04.03

Filippo Busato

Dipartimento di Economia Telematic University Mercatorum Piazza Mattei 10 00186 Roma, Italy filippo.busato@unimercatorum.it tel +39 347 1207174

Abstract

Sommario

The SARS-CoV- pandemic has aroused great interest in the HVAC community, both as regards to the design of new systems and for the management and operation strategies of the existing ones. The risk management plays a key role in all-air systems based on air recirculation among segregated spaces. Following an analytical approach, this paper assesses the infection risk in several HVAC systems layouts. It takes into account the role of air renewal and recirculation and the gain made possible by means of virus charge removal or deactivation (through filtration or other technologies such as UV-C irradiation, ionisation …), with special regard to the management of airflows that depends on the chosen plant layout. Keywords: ▶ All-air ducted plants ▶ Air recirculation ▶ SARS-CoV- Pandemic

La pandemia di SARS-CoV- ha destato grande interesse nel mondo della climatizzazione per quanto riguarda la progettazione dei nuovi impianti e la gestione degli impianti esistenti. I temi che sono stati posti in evidenza riguardano anche la gestione del rischio negli impianti a tutt’aria che prevedono il ricircolo dell’aria tra ambienti diversi. Questo articolo valuta, secondo un approccio analitico, le probabilità di contagio per diverse configurazioni impiantistiche, considerando il ruolo del ricircolo dell’aria e le possibilità di miglioramento date dalla rimozione o disattivazione (per filtrazione o altre tecnologie come irradiazione UV-C, ionizzazione …) delle cariche virali, ponendo particolare attenzione alle modalità di gestione delle portate d’aria in relazione agli schemi impiantistici adottati. Parole chiave: ▶ Impianti a tutt’aria ▶ Ricircolo ▶ Pandemia SARS-CoV-

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ORIGINAL ARTICLE

Alberto Cavallini, Filippo Busato, Fabrizio Pregliasco

NOMENCLATURE C: volume concentration of infectious quanta [quanta m] I: number of asymptomatic infected individuals k: removal contribution factor in space by deposition (gravitational settling) [h] N: total removal factor in the space, N = λ + k + rn [h] NS: total number of people involved (asymptomatic infected individuals + susceptible individuals) n0: initial level of infectious quanta present in volume V (at t = ) [quanta] P: probability of infection referred to any exposed susceptible individual p: pulmonary inhalation rate by one susceptible individual [mh] Q: air flow rate [mh] q: infectious quanta emission rate by one asymptomatic infected individual [quanta h] R*: average number of susceptible potentially infected people from one contagious person (reproduction index under the specific situation) rn: fresh (outdoor) air renewal factor [h] rc: air recirculation factor [h] T, t: time [h] V: volume [m] T P = 1- e 0 CI t dt λ: removal contribution factor in space by viral inactivation [h] ηf : removal/inactivation efficiency in recirculation.

Introduction The outbreak of SARS-CoV- pandemic during the winter season - drew immediate and special attention to HVAC systems and their possible contribution to the spread of the disease. According to recent literature, there is a large chance that the virus can survive as airborne []. A review study [] highlights how different factors such as ventilation rates, direction of airflows, and relative position of susceptible and infected individuals can affect the probability of infection in the indoor environment. To assess the risk of a pandemic, one must refer to an infection model for aerosol carried particles. According to the current knowledge about the virus, the preferable model suitable to be adopted [] is the Wells-Riley model, as widely supported by recent literature []. The present work, by means of mass and concentration balance of airflows in all-air HVAC systems, calculates the pathogen concentration, the outcoming infection probability and the number of potentially infected individuals for different space layouts of segregated rooms, each one served by the same all-air HVAC system. The main purpose of this paper is to help building a conscious risk assessment plan in HVAC systems for designers, manufacturers, building owners and building managers.

Method and input data According to the Wells-Riley model [], the probability for a susceptible individual to contract a disease via aerosol infection follows a Poisson probability function according to Equation : T

P = 1- e · 0 CI t dt Equation 1 – Wells-Riley probability model ·I n0 ·I di Wells-Riley + 1 –-Modello·probabilistico e ·t CI = Equazione V ·V ·V where the absolute value of the exponent of e is the dose of quanta · · p 1 · T - e ·T P = 1- expreceived by a susceptible individual during the exposure time T. In V N2 fact in equation  p is the pulmonary airflow [m/h], CI(t) the instantaneous (at time t) concentration of infectious doses [quanta/m] in the environment (considered as well-mixed), and T [h] is the total time of exposure. The outcoming probability P is a real number in the interval [; ]. By implementing the Gammaitoni-Nucci model [] to this layout, T t dtfollows: one can P =evaluate 1- e · 0 CCII as

·I n0 ·I · e ·t + V ·V ·V Equation 2 – Gammaitoni-Nucci formula · · p 1 · T - e ·T Equazione 2 – Formula di Gammaitoni-Nucci P = 1- exp V N2 CI =

n0 I I + e t CI = V V V Equations  and  with n =  yield for the probability of infection P: P = 1- exp

· ·p V

1- · T - e

·T

Equation 3 – Probability of infection for a susceptible individual Equazione 3 – Probabilità di infezione per una persona suscettibile

Here below, this paper will apply this model (with all connected assumptions, in particular well-mixed environments) in simulating some HVAC layouts of office buildings. Consequently, the level of activity of all involved individuals is taken in the category <light activity – speaking>. Among all the input parameters required for the application of the above model, the infectious quanta emission of an asymptomatic infected individual related to the SARS-CoV- virus is certainly the most uncertain and controversial one, with a huge variation range. At present, the only data available of q specifically related to SARSCoV- virus come from a single source, Buonanno et al. [, , ]. Still in [] these authors propose a forward emission approach in order to estimate the quanta emission rate of an infected individual based on the viral load in the sputum and the concentration of droplets expired during different activities. In this same paper, these authors analyze the worst-case scenario in the presence of an asymptomatic SARS-CoV- individual in some microenvironments: a pharmacy, a supermarket, a restaurant, a post office and a bank. In all cases, the value assumed for the quanta emission rate was q =  quanta h ( quanta h in []), associated with a pulmonary rate p = . mh (. mh in []). In a subsequent preprint (Buonanno et al. []), the same authors present a novel approach for quantitative assessment of the infection risk, based on the determination, through Monte Carlo simulations, of the probability density functions of quanta emission rate, of quanta concentration and of infectious dose inhaled by a susceptible individual. For a simplified estimate, such as the one used in this work, they suggest adopting, for the asymptomatic infected individual’s quanta emission rate, the th percentile of the quanta emission rate of their probability density function. For the activity <light exercise-speaking>, according to [] the coherent value is q = . quanta h (to highlight the strong dependence of this parameter on the activity level, the value suggested for <light exercise-loudly speaking>, is q =  quanta h, while for <light exercise-oral breathing>, q = . quanta h). In the same preprint, Buonanno et al. [] make a retrospective assessment of two documented Covid- outbreaks: in a restaurant in Guangzhou (China) and at a choir rehearsal in Skagit Valley

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ORIGINAL ARTICLE (Washington State, USA). In the first case, the backward calculation of the contagious individual’s quanta emission rate yields q =  quanta h-; this value, for an emitting individual speaking during light exercise, is very close to the th percentile value of the probability density function of q (. quanta h). In the case of the choir rehearsal, the backward calculation yields q =  quanta h, value close to the rd percentile of the probability density function of q of an infected individual while singing ( quanta h). These examples show that, referring to the th percentile value of the probability density function of q of the Buonanno et al. Monte Carlo analysis is a basic choice far from reproducing a worst-case scenario. However, the value of the quanta emission rate used in the simulations presented in this work comply with the suggestion given by Buonanno et al. [], that is q = . quanta h. As to the pulmonary inhalation rate p, Adams (as reported in Buonanno et al. []) gives the following values, averaged between males and females: . mh (resting), . mh (standing), . mh (light exercise), . mh (moderate exercise) and . mh- (heavy exercise). All the simulations reported in this work adopt the conservative value p = . mh. Regarding the removal contribution factors λ (due to space viral inactivation) and k (due to gravitational settling), again the values assumed in the simulations illustrated below comply with the indications in Buonanno et al. []: λ = . h (based on SARS-CoV- half-life of . h) and k = . h (based on a height of the emission source of . m). Finally, the values assumed for the air recirculation factor rc and the outdoor fresh air renewal factor rn comply with the current design practice; extreme values are able to evidence the trend of the simulation results. Due to the high uncertainty of some of the input data (for the quanta emission rate q, probably even at factor of ), the readers are advised to look at the simulation numerical results with caution. At this stage of knowledge of this particular disease, it is far more important to look at the trend and variations of the simulation results, consequence of variation of the input parameters or as the effect of control measures.

AiCARR Journal / Vol 63, n. 4, 50 - 55, 2020 distributed. All individuals stay in their office for T =  hours. For the moment the simulation refers to the assumption that air recirculation brings about no additional removal or inactivation of the infectious quanta. To model the spreading of the disease in this situation, one can resort to two different models, here dubbed the uniform model and the segregated model, as illustrated below.

The uniform model It can be assumed that the effect of the air recirculation among all rooms is equivalent to eliminating the partitions separating the different spaces: all rooms can be treated together as a single wellmixed space of total volume V = NS∙V, and so equations  and  can be directly applied to this total volume. Figures ,  and  illustrate the results of this procedure as a function of the number of different rooms (or the number of people) NS involved.

Figure 2 – Concentration of infectious doses inhaled after  h Figura 2 – Concentrazione delle cariche virali dopo 8 h

All-air multi-room AC plants with air recirculation Figure 3 – Probability of infection for each asymptomatic individual after  h Figura 3 – Probabilità di infezione per un asintomatico dopo 8 h

Figure 1 – Sketch of a multi-room HVAC plant with air recirculation Figura 1 – Schema di impianto a tutt’aria con ricircolo tra ambienti

The sketch in Figure  represents an office building multi-room AC all-air plant with air recirculation among the NS separated rooms, each one of volume V =  m and each one with a single occupant. Room  accommodates an asymptomatic contagious individual, while in the remaining NS-1 rooms NS-1 susceptible individuals are equally

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Figure 4 – Number of susceptible individuals infected after  h Figura 4 – Numero di persone suscettibili infettate dopo 8 h

Alberto Cavallini, Filippo Busato, Fabrizio Pregliasco Figure  gives the number of infectious quanta inhaled by any susceptible individual during the -hour working period, showing the dependence of this quantity on the fresh air renewal airflow, while Figure  reports the corresponding infection probability P for any exposed susceptible individual. Finally Figure  shows the reproduction index R* = P∙(NS-1), that is the total number of people potentially infected. It can be appreciated that this index always increases with the number of individuals involved, although the probability of infection for any susceptible individual decreases when the total number of people involved increases.

ORIGINAL ARTICLE By including the recirculation Equation  in the model, the result is a first order PDAE system reducible to a PDE system and symbolically solvable, whose explicit solution is hereby omitted for the sake of brevity. The system can be numerically solved by Matlab. Figure  shows the results of the application of the segregated model in terms of the reproduction index R* vs. the total number of people involved NS.

The segregated model The uniform model illustrated above faces some strong limitations and it is over-penalising: it considers the environment as it was a single room, with no difference in infectious quanta concentration between the room with the infected individual and the other spaces. This condition calls for an infinite internal air recirculation; this is the only way to guarantee the “well-mix” conditions among all the rooms. It clearly represents a limit case, when the air recirculation factor is much higher than the air renewal factor, rc >> rn. A big step forward in the modelling consists in retaining physically segregated spaces; the only connection among different rooms is given by the all-air ducted HVAC plant, providing airflows with rn [h] as the renewal factor and rc [h] as the recirculation factor in each room. Figure  shows the sketch of this model. Equation  refers to the concentration balance in the infected room CI, while Equation  gives that of the other rooms, where CS is the concentration of viral quanta in the susceptible people’s rooms, and CR is the quanta concentration of the recirculated air. All spaces are considered as perfectly mixed. ∂CI ∂t

·I V1

· CR - rc + N · CI

Equation 4 – Concentration balance for the room of the infected ∂CS individual · CR - rc + N · CS ∂t Equazione 4 – Bilancio di concentrazione per il locale dell’individuo infetto

CR =

CI + NS - 1 · CS NS

Figure 5 – Concentration and flow balance model ·I rc + N di· Cconcentrazione = 5 – Modello · CR -di bilancio I Figura e portata

∂CI ∂t

Figure 6 – Number of susceptible individuals infected after  h Figura 6 – Numero di persone suscettibili potenzialmente infettate dopo 8 h

The dependence of R* on both the fresh air renewal rate and the air recirculation rate can be appreciated.

The effect of virus removal/inactivation in the supply duct It is also possible to extend the segregated-room model in order to account for the presence of filtration or inactivation devices (high efficiency filters, UV-C irradiation, photocatalytic oxidation, plasmacluster or negative air ionisation) in the air supply duct (after the mixing plenum). If one assumes a removal/deactivation efficiency ηf in the interval [; ], than a multiplication factor of (- ηf) must be introduced in the CR formula in Equation . Figures  to  show the relative results, referred to the case of double-occupancy rooms, to also show the effect of virus removal/deactivation on the infector’s susceptible roommate. As it can be found in the plot labels from Figure  to Figure , the case refers to  people in room  ( infected and  susceptible person) of volume V, while other NS-2 people are segregated in the other rooms; again each individual has at his disposal a volume V =  m. Therefore the number of potentially infected individuals accounts for  susceptible in room  and NS-2 susceptible individuals in the remaining rooms; this number can’t reach the value of  even for rc = , because of the presence of the infector’s roommate.

∂CS · CR - rc + N · CS ·I = ∂t · CR - rc + N · CI V1 ∂t Equation 5 – Concentration balance for the NS- susceptible CI + NS - 1 · CS rooms ∂Cindividuals’ S CR = rcNS + Ndi ·concentrazione CS · CR5 –- Bilancio Equazione per gli NS- locali degli individui suscettibili ∂t

∂CI

CI + NS - 1 · CS NS Equation 6 – Concentration balance of recirculated air

Figure 7 – Effect of different removal/inactivation efficiencies

Equazione 6 – Bilancio di concentrazione per l’aria ricircolata

Figura 7 – Effetto delle diverse efficienze di rimozione/inattivazione

CR =

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ORIGINAL ARTICLE

AiCARR Journal / Vol 63, n. 4, 50 - 55, 2020 spaces and a likely scheduling for room occupation. Figure  sketches the situation where, in addition to NS single-occupancy offices, there are common spaces (corridor, service rooms), with a volume amounting to % of the total volume of the offices served by the primary air HVAC plant. The infected individual is in room , and, along with his workmates, spends a fraction of the working time ( hours per day) in the common areas. All the occupants leave the building for onehour lunch break after  h in the morning, and come back  h in the afternoon. An exhaust fan in the service rooms extracts a fraction of the whole air, while the air-handling unit supplies the full % fresh air to the single offices only; there is no direct supply air to the corridor nor to the service rooms.

Figure 8 – Effect of different recirculation rates with a removal/inactivation efficiency of % Figura 8 – Effetto del tasso di ricircolo per una efficienza di rimozione/inattivazione del 40%

Figure 11 – Physical model including common spaces Figura 11 – Modello fisico che include aree comuni

Figure 9 – Effect of the outdoor air renewal factor for different removal/inactivation efficiencies Figura 9 – Effetto del tasso di rinnovo d’aria per diverse efficienze di rimozione/ inattivazione

Figure  shows a timeline of the viral quanta concentration in the room of the infected individual, while Figure  shows the timeline of quanta concentration in the well-mixed common spaces (corridor, service rooms). Therefore the assumption is made that the infected person, as well as the other workers, spends  min during the working time in the common spaces; the plots refer to a total number of people involved NS = , an air renewal factor rn =  h, and % ventilation air exhausted from the common rooms.

Figure 10 – Effect of the air recirculation factor for different removal/inactivation efficiencies Figura 10 – Effetto del tasso di ricircolo per diverse efficienze di rimozione/inattivazione

Figure 12 – Concentration of viral quanta in the infected room  Figura 12 – Concentrazione delle cariche virali nel locale dell’infetto

It is interesting to observe that, in the case illustrated in Figure , the reproduction index R* reaches a maximum when the air recirculation rate increases, then decreasing at higher recirculation rates. This fact, also evident in Figure  for removal/deactivation efficiencies less than %, is due to the double contrasting effect of increasing air recirculation when air purification devices are present. On one side, air recirculation spreads the virus to the rooms occupied by the susceptible individuals; on the other side, air recirculation helps removing/inactivating the virus content in all the rooms.

The effect of common spaces ventilation management By suitable adaptation of equations  to , it is possible to extend the model to specific real application cases, considering as well common

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Figure 13 – Concentration of viral quanta in the corridor and service rooms Figura 13 – Concentrazione delle cariche virali nelle aree comuni

Alberto Cavallini, Filippo Busato, Fabrizio Pregliasco

ORIGINAL ARTICLE

The following plot in Figure  shows how the presence of the infected individual in the common spaces and the fraction of ventilation air exhausted from the service rooms affect the number of susceptible people that are expected to be infected after the day. It is then interesting to see in Figure , how the fraction of air extracted from the common spaces can actively reduce the number of infected individuals.

Figure 15 – Susceptible individuals infected as a function of air renewal and of the fraction of air extracted from the common spaces Figura 15 – Numero di persone potenzialmente infettate in funzione del tasso di rinnovo e della frazione di portata estratta dalle aree comuni

Figure 14 – Susceptible individuals infected as a function of the time all persons spend in the common spaces Figura 14 – Numero di persone potenzialmente infettate in funzione del tempo trascorso nelle aree comuni

Conclusions The aim of this work was to calculate, by means of concentration balances and the Wells-Riley infection model, the infection probability in all-air ducted HVAC systems with air recirculation. After a brief analysis of a simple model (already considered in the specific literature), several improvements to the model were added. As shown, the results highlight an important outcome related to HVAC plants with air recirculation: the sole effect of dilution in multiple rooms is not enough to compensate for the increased number of

involved susceptible individuals. On the other hand, high air renewal rates can strongly reduce the risk of infection at a given recirculation rate; furthermore filtration (or other equivalent technologies to inactivate the virus from recirculated airflows, such as UV-C irradiation or ionisation) is a very powerful tool to reduce the infection probability, especially if coupled to high recirculation rates. Finally, it is very important to consider, in real case applications, the management of airflows in both segregated and common spaces, which can heavily modify the behaviour of the system.

CONFLICT OF INTEREST The Authors declare the absence of economic or other types of conflicts of interest in all of the phases of the paper preparation. REFERENCES [] Morawska L., Cao J., Airborne transmission of SARS-CoV-: The world should face the reality. Environment International ; ; ; https://doi. org/./j.envint.. [] Ai Z.T., Melikov A. K., Airborne spread of expiratory droplet nuclei between the occupants of indoor environments: a review. Indoor air , https://doi. org/./ina. [] Sze To G.N., Chao C.Y.H., Review and comparison between the Wells–Riley and dose-response approaches to risk assessment of infectious respiratory diseases. Indoor air ; ; -; https://doi.org/./j.-...x [] Buonanno G., Stabile L., Morawska L., Estimation of airborne viral emission: Quanta emission rate of SARS-CoV- for infection risk assessment. Environment International ; ; https://doi.org/./j.envint.. [] Gammaitoni L, Nucci M. C., Using a Mathematical Model to Evaluate the Efficacy of TB Control Measures. Emerging Infectious Diseases , vol. , n. , -.

[] Buonanno G., Stabile L., Morawska L., Estimation of airborne viral emission: Quanta emission rate of SARS-CoV- for infection risk assessment. https://doi. org/./.. [] Buonanno G., Stabile L., Morawska L., Quantitative assessment of the risk of airborne transmission of SARS CoV- infection: prospective and retrospective applications. medRxiv preprint doi: https://doi.org/./... After the submission of this manuscript to the AJ Editor, the peer-reviewed article from the above manuscript has been published: Buonanno G., Stabile L., Morawska L., Quantitative assessment of the risk of airborne transmission of SARS CoV- infection: Prospective and retrospective applications. Environment International  (); https://doi.org/./j. envint.. [] Jimenez J. L., COVID- Aerosol Transmission Estimator; https://cires.colorado.edu/news/covid--airborn-transmission-tool-available

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ORIGINAL ARTICLE

AiCARR Journal / Vol 63, n. 4, 56 - 63, 2020

Marco Noro1*, Simone Mancin1, Renato Lazzarin1, Giulia Righetti1

Energy performance and economic viability of enhanced hybrid PCM thermal storages using aluminum foams for solar heating and cooling Prestazioni energetiche e fattibilità economica degli accumuli termici ibridi con materiali a cambiamento di fase incentivati con schiume di alluminio per il riscaldamento e il raffreddamento solare 1

Department of Management and Engineering, University of Padova, Vicenza, Italy

*Corresponding author:

DOI: 10.36164/AiCARRJ.63.04.04

Marco Noro

Department of Management and Engineering University of Padova Stradella S. Nicola 3 36100 Vicenza, Italy marco.noro@unipd.it tel +39 0444 998704

Abstract

Sommario

Considerable advantages can be achieved in solar heating and cooling plants by improving the energy storage capabilities of hybrid water thermal energy storage by using phase change materials (PCMs). However, the most suitable materials find intrinsic limitations due to their poor heat transfer capabilities. This paper depicts the simulation work, based on experimental measurements, of enhanced hybrid sensible-latent water thermal energy storages using aluminum foams as heat transfer medium to improve the overall heat transfer of the PCM. The annual performance of a solar heating/cooling and ground source absorption heat pump plant in northern Italy are evaluated by Trnsys. The dynamic simulations allow to define the best configuration of the plant from both energy and economic point of view considering different cases: all three tanks modeled as sensible (water) storage, or one of the tanks modeled as PCM storage, or as enhanced PCM with metal foam. Keywords: ▶ Hybrid thermal energy storage ▶ PCM ▶ Metal foam ▶ Dual source heat pump ▶ Ground source heat pump

L’utilizzo di materiali a cambiamento di fase (phase change materials, PCMs) negli accumuli termici ibridi (acqua-PCM) consente vantaggi notevoli nei sistemi di riscaldamento e raffrescamento solari. Tuttavia, i materiali maggiormente adatti trovano delle limitazioni intrinseche dovute alla loro bassa conduttività termica. Questo articolo descrive il lavoro di modellazione/simulazione, basato su misure sperimentali, dell’utilizzo di accumuli termici ibridi acqua-materiali a cambiamento di fase incentivati con schiume di alluminio, al fine di incrementare la capacità di scambio termico. Vengono analizzate tramite software Trnsys le prestazioni di un impianto solare di riscaldamento e raffrescamento accoppiato con pompa di calore a terreno in un edificio a uso palestra ristrutturato nel nord Italia. Le simulazioni dinamiche consentono di definire la configurazione migliore dal punto di vista sia delle prestazioni energetiche che dell’analisi economica tra i diversi casi considerati: tutti e tre i serbatoi modellizzati di tipo sensibile (acqua), oppure uno dei serbatoi di tipo PCM, oppure un serbatoio PCM incentivato con schiuma metallica. Parole chiave: ▶ Accumulo termico ibrido ▶ Materiale a cambiamento di fase ▶ Schiuma metallica ▶ Pompa di calore a doppia sorgente ▶ Pompa di calore a terreno

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ORIGINAL ARTICLE

Marco Noro, Simone Mancin, Renato Lazzarin, Giulia Righetti

Sensible (water) Thermal Energy Storages (TESs) are widely diffused in heating and cooling plants. As a drawback, they require relevant volumes per unit of stored energy according to the acceptable temperature difference ∆T (.×∆T MJ m, that is .×∆T m kWh). A reduction in the size of TESs can be obtained by using a suitable Phase Change Material (PCM), that is a medium that, at the typical operating temperature of the system, melts during the loading period and solidifies during the unloading operation. In solar plants, the use of hybrid water/PCM thermal energy storages can reduce the solar storage volume for a given solar fraction (how much of the solar radiation is useful for the heating/cooling purposes), or can increase the solar fraction for a given available volume []. As a further advantage, heat storage and delivery normally occur over a fairly narrow temperature range (the transition zone) []. A large number of PCMs (organic, inorganic, and eutectic) are available in any required temperature range []-[]. As a matter of fact, due to their generally very low thermal conductivity (in the order of . W m K), the slowness of the loading or unloading of PCM storages is sometimes the most serious limitation to their use. Opencell metal foams (a stochastic distribution of interconnected pores almost homogenous in size and shape) are a useful way to enhance the heat transfer performance as they feature high heat transfer area per unit of volume and high thermal conductivity. Mancin et al. [] carried out some experiments measuring the improvement of the heat transfer by a metal foam during the solid–liquid phase change process of different paraffin waxes. More recently, Lazzarin et al. have conducted an extensive campaign measuring the temperature distribution and loading and unloading times of hybrid water PCM TES with and without aluminum (Al) foams []-[]. The integration of PCM systems into commercial programs has been proposed in literature []. For the use in Trnsys [], the type  has been developed to simulate water storage tanks including PCM modules (vertical cylinders, plates, or spherical beds) []. It is based on an enthalpy approach, considering conduction and convection into PCM as well as at the interface between PCM and water. A good agreement between numerical and experimental data has been obtained []. Recently, the authors simulated the use of Al foams to improve the heat transfer capabilities of paraffin waxes in hybrid water TESs based on Trnsys type  [] []. Nevertheless, there is still a lack in literature of research that integrate PCM with metal foams in order to include hybrid water–PCM TES in dynamic thermo-energetic simulations for energy and economic evaluation of a solar heating/cooling and multi-source heat pump plant. Lazzarin et al. [] have conducted a similar study, but it is limited to the comparison between sensible vs. PCM TES. This paper reports a study of a dual source (solar thermal and ground) absorption heat pump system with three thermal storage tanks: the first producing hot water for heating, the second for domestic hot water (DHW), and the third producing cold water for cooling. The solar thermal energy is used directly for DHW and for heating, and it is also used as heat source for the heat pump, or to regenerate the ground when the system operates for summer air conditioning. In this case, condensation heat from the absorption chiller can be usefully directed to the post-heating coils of the air handling units, or to regenerate the ground as well. Annual simulations by the dynamic simulation software Trnsys are carried out based on an existing building that will be retrofitted during  to become a nearly zero energy building (NZEB). An optimization of the solar and ground field designs from both energy and economic point of view is firstly

performed. Subsequently, the energy performance of the plant is evaluated by considering different cases: all the three tanks modeled as sensible (water) storage, or one of the tanks modeled as PCM storage, or as enhanced PCM with metal foam. In the first part of the paper, the Trnsys type  is validated against some data collected during experimental tests.

Materials and Methods PCM–Water Hybrid Thermal Storage: dynamic simulation model and experimental assessment The simulation model developed in Trnsys based on type  proposed by Bony and Citherlet [] to simulate water storage tanks including PCM modules (vertical cylinders, plates, or spheres bed) has been already described and validated with experimental data [], []. Here, for the sake of brevity, only the main aspects of the analysis and validation are reported and discussed. The tank is modeled to be made of stainless steel,  mm height,  mm diameter,  mm thick, water inlet at  mm height, and outlet at the bottom base, in order to validate it with previously measured experimental data. The tank is vertically divided into  water nodes (derivatives) and  PCM nodes, so axial nodes are  cm apart each other (Figure a). The simulations are made at an imposed inlet temperature in order to make them comparable to the experimental tests. This condition is obtained by fixing tank inlet water flow rate and temperature at  L h and  °C, respectively. Type  is set up with many parameters, among those: • the temperature–enthalpy characteristic of the PCM Figure b reports the curve of the paraffin wax considered in the simulations); • type and dimensions of the encapsulation: the PCM is considered inserted into two Al tubes (height  mm, inner diameter . mm, outer diameter . mm). One tube is supposed to be filled with the PCM, the other one with the PCM embedded in the Al-foam; • values of solid and liquid thermal conductivity, specific heat capacity, and latent heat of fusion of the PCM as described in Table ; • the hysteresis parameter of type  is set up at . °C. As type  cannot directly simulate metal foams inside the PCM encapsulation, the parameters related to radial and axial thermal conductivity of PCM in the liquid phase are simulated by the simplified model by Wang et al. []. An apparent thermal conductivity of paraffin/Al foam composite phase change material has been estimated as the equivalent thermal conductivity of an ideal homogeneous material exchanging the same heat as the real paraffin/Al foam composite. 350

300

250 Enthalpy (kJ kg-1)

Introduction

200

150

100

Temperature (°C)

Figure 1 – (a) Schematic of the simulated system (not in scale, in millimeters); (b) enthalpy–temperature curve for the paraffin used in the simulations for type validation FIgura 1 – (a) Schema del sistema di accumulo simulato (disegno non in scala); (b) curva entalpia-temperatura della paraffina utilizzata nelle simulazioni per la validazione della type

#63

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AiCARR Journal / Vol 63, n. 4, 56 - 63, 2020

Table 1 – Main thermo-physical properties of the paraffin RT Tabella 1 – Principali proprietà termofisiche della paraffina RT40 Phase Change Temperature (range) (°C)

Density (solid) (kg m)

Density (liquid) (kg m)

Latent Heat Capacity (kJ kg)

Specific Heat Capacity (solid) (kJ kg K)

Specific Heat Capacity (liquid) (kJ kg K)

Thermal Conductivity (W m K)

Volume Expansion (%)

–







.

.

.

.

The series–parallel model of metal material and filler material is based on the thermal conductivity of the Al foam alloy ( W m K) and that of the paraffin (. W m K). As such, for porosity fixed at ., ., and . according to the experiment carried out by Lazzarin et al. [], [], the apparent thermal conductivity for the composite PCM in the liquid phase is ., ., and . W m K, respectively. Instead, the thermal conductivity of the composite PCM in the solid phase is fixed to be the same as the PCM (. W m K). The experimental test rig and the comparison between simulation and experimental data have been extensively described in previous works of the authors [][] whose the reader can refer for the complete information. Building Retrofitting and Thermal Loads Calculation The building is part of an old (completed in ) high school building of Feltre, situated in the northern Italy. The gym and the laboratories will be retrofitted in order to become a NZEB []. The main part of the retrofitted building is a large gym ( m ×  m × . m, expanding on two levels). Changing rooms, bathrooms with toilet and showers, and technical rooms are located on the ground floor; an office, a small gym, and a bar are on the first floor. On the second floor, six

laboratories will be retrofitted and made newly available (Figure ). The building has a total floor area of  m, an outward surface area of  m, and an enclosed gross heated volume of , m. Based on the Trnsys  dynamic simulation, each thermal zone of the building is defined by means of scheduling the presence of people, type of activity, lighting and other internal gains, and air temperature set points. The HVAC system provides ventilation (by two air handling units, AHU), space heating and cooling, and DHW production. Figure  reports the heating, cooling, and DHW monthly energy needs calculated with a . h simulation time step. The maximum cooling load (. kW) occurs at the beginning of June, when the school is still fully operating, that is, it is open to students and professors, and gyms are open to extracurricular activities as well. The maximum heating load (−. kW) occurs in the second half of January. However, even during summer months, post heating ventilation requires some heat. During the heating season, ventilation needs are prevailing with respect to heating needs; this is a consequence of the very high thermal insulation of the retrofitted building and of the minimization of thermal bridges. Moreover, DHW needs ( L per day at  °C) are a large quota of the total heat request.

Building energy needs 10

COOLING

Ventilation (Cooling)

Cooling

Energy (GJ)

-5

Figure 2 – The retrofitting intervention: building as is (left) and post-intervention (right) FIgura 2 – Intervento di ristrutturazione: edificio nelle condizioni attuali (sinistra) e dopo intervento (destra)

-15

Ventilation (Heating)

-20

Heating

-25

Tabella 2 – Principali caratteristiche tecniche della pompa di calore/chiller ad assorbimento Robur GAHP-WS [20]

HEATING 1

6 7 Month

Figure 3 – Monthly energy needs in terms of heating, cooling, ventilation (hot and cold coils of air handling units), and domestic hot water FIgura 3 – Fabbisogni energetici mensili in termini di riscaldamento, raffrescamento,

Operating as a Heat Pump Gas Utilization Efficiency (GUE)

%

Heating power (condenser) (kW)

.

Heat source power (evaporator) (kW)

.

Operating Producing Useful Heating and Cooling Total efficiency index

DHW

-30 -35

Table 2 – Main technical characteristics of the absorption heat pump/chiller Robur GAHP-WS []

ventilazione (batterie di riscaldamento e raffrescamento delle unità trattamento aria) e acqua calda sanitaria

Table 3 – Main technical characteristics of the solar collectors [] Tabella 3 – Principali caratteristiche tecniche del collettore solare termico [21]

% Operating as a Chiller

-10

Absorption area (m)

Evacuated Tube

Flat Plate

.

.

.%

.%

Cooling power (evaporator) (kW)

.

η (@  W m)

Heating power (condenser) (kW)

.

a (W m K)

.

.

Thermal power burner (kW)

.

a (W m K)

.

.

Electric power (kW)

.

IAM (°)

.

.

#63

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Marco Noro, Simone Mancin, Renato Lazzarin, Giulia Righetti The HVAC Plant Through dynamic simulation using the Trnsys environment, different solutions are evaluated with respect to the HVAC system. A gasfired absorption heat pump system is proposed to fulfill the needs of the building, utilizing ground and solar energy as cold source. The selected model has a modulating natural gas burner and stainless steel condensation heat recovery system, and it is able to produce alternatively or simultaneously hot water (until  °C) and cold water (until  °C) (Table ). A reduced functional diagram of the plant is shown in Figure . The HVAC system in the large gym provides space heating by means of a radiant floor, and space cooling by air conditioner units, while ventilation is realized by means of AHU ( m h) serving a singleduct system. The other spaces (small gym, bar, laboratories, and offices) are heated and cooled by fan coils, whereas toilets are heated only (by radiators), and laboratories are served also by an independent AHU ( m h) for ventilation. The two AHUs are equipped with heating and cooling coils, served by hot and cold main collectors in the central plant. The thermal source for the heat pump can be either the ground or solar collectors. The former is set up by nx m in a row vertical tube U heat exchangers with an outer diameter of  mm and a

Figure 4 – Simplified functional diagram of the HVAC plant. The main circuits (ground, solar, tanks, hot and cold collectors) are shown (in grey the part of the plant operating during heating season only)

thickness of . mm (n = -- as a function of the solar field area as described in next section). Evacuated tube and flat plate collectors are considered in the simulation (Table ). Solar collectors first serve the DHW tank, then the hot tank (for direct heating), and finally regenerate the ground. The laboratories AHU is scheduled to work from  a.m. to  p.m. from Monday to Friday, and that of the large gym from  a.m. to  p.m. every day. The solar system is activated whenever the measured global solar radiation on the plane of collectors (tilt °, orientation South-East) exceeds a threshold radiation ( W m). Solar energy is always first directed to the DHW Tank, and successively to the Hot Tank. When the two tanks exceed the set point temperature ( °C and  °C respectively) and the solar circuit outlet fluid temperature is above  °C, the flow is directed to the ground field to regenerate it. In this case, when the absorption machine is operating as a heat pump (heating season), the heat pump evaporator is supplemented by the solar section when its outlet temperature is lower than  °C. The DHW Tank is first served by solar energy. If solar energy is not enough, thermal energy is provided by the Hot Tank. The Hot Tank is fed by the solar circuit, and by the HP condenser. In both tanks, an electric auxiliary heater is present. The absorption HP/chiller is activated once the Hot/Cold Tank temperature falls below/above the given set points ( °C and  °C respectively). Setting Parameters of Type 860 In the present study, seven alternatives are considered concerning the configuration of the three thermal storage tanks (Table ) due to the limit of type  (it can be used only once in a Trnsys project, so no configurations with two PCM storage tanks can be simulated). Table  reports the values of the main parameters of type . The dimensions of the tanks refer to real data from suppliers. The thickness of PCM tubes is supposed to be negligible. In order to avoid the risk of laminar water flow around the tubes, their number is fixed allowing a suitable space between each other. The commercial paraffin waxes Rubitherm® RT, RT, and RT are used for the hot, DHW, and cold tanks respectively, with phase change temperatures centered in the most suitable range for each tank. The porosity of enhanced Al-foam PCM is fixed at ., the apparent thermal conductivity in liquid phase is . W m K. At ambient temperature, each tube contains . kg and . kg for the PCM and enhanced PCM case respectively.

FIgura 4 – Schema funzionale semplificato dell’impianto HVAC. Sono disegnati i principali circuiti (terreno, solare, serbatoi, collettori caldo e freddo) (in grigio la parte dell’impianto in funzione solamente durante la stagione del riscaldamento)

Table 4 – Alternatives (all based on alternative A of Table ) simulated with different storage tank configurations Tabella 4 – Alternative simulate con le diverse configurazioni di serbatoi (tutte basate

Table 5 – Main parameters of type  simulating the three hybrid water–PCM thermal storage tanks as described in Figure  Tabella 5 – Principali parametri della type 860 che simula i tre serbatoi di accumulo ibridi acqua-PCM come descritto in Figura 4

sull’alternativa A3 di Tabella 6)

DHW Tank

Hot Tank

Cold Tank

Alternative

Hot Tank

DHW Tank

Cold Tank

Tank diameter (mm)





B≡A

Sensible (water)

Tank height (mm)





B

Enhanced PCM

Sensible (water)

Tubes diameter (mm)



B

PCM

Sensible (water)

Tube height (mm)





B

Sensible (water)

Enhanced PCM

Sensible (water)

Number of tubes





B

Sensible (water)

PCM

Sensible (water)

B

Sensible (water)

Enhanced PCM

PCM radial liquid conductivity (W m K)

.

B

Sensible (water)

PCM

Enhanced PCM radial liquid conductivity (W m K)

.

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AiCARR Journal / Vol 63, n. 4, 56 - 63, 2020

Table 6 – Different alternatives simulated with solar field, ground boreholes, and storage tank dimensions (all considering sensible (water) storage) Tabella 6 – Alternative simulate con dimensioni del campo solare, del terreno e degli accumuli (considerati come accumuli sensibili (acqua)) Alternative

Type of Collector

Solar Field Area (m)—Ground Boreholes Depth (m)

DHW Tank (L)

Hot Tank (L)

Cold Tank (L)

A







A

Evacuated tube

–







A

Evacuated tube

–





A

Evacuated tube

–







A

Flat plate

–







Results and Discussion In the first step, energy analysis results are reported in terms of monthly energy balances considering the three tanks (hot, cold and DHW) as sensible (water) storages with the aim of determining the size of the solar and ground fields of the most viable mixed solution (Table ). Successively, annual energy performance results are reported comparing different alternatives among sensible, PCM, and enhanced PCM systems (Table ) in order to determine the best tanks configuration.

Monthly Energy Analysis Next Figure  – Figure  refer to A case ( m evacuated tube—  m ground probes). As a result of the balance of solar radiation impinging the collectors, hot water for heating (green in Figure ) and sanitary uses (red) is provided during the whole year, whereas the quota directed to regenerate the ground is mainly in summer time (light blue). The quota of solar energy directed to the HP evaporator is negligible (only alternative A features a significant value due to the lower thermal efficiency of the flat plate collectors in winter

Hot Tank energy balance 9000

7000

Solar energy balance 8000

5000

6000

To heating collector 3000 Losses

4000 HP evap Losses

kWh

2000

1000

kWh

-1000

To DHW Tank 1

Solar

Solar incident en

AUX

-3000

Hot Tank

-2000

HP -5000

DHW Tank -4000 Ground

-7000

-6000 -9000

-8000

Figure 7 – Energy balance for the Hot Tank for the A alternative FIgura 7 – Bilancio energetico dell’Hot Tank per l’alternativa A3

Figure 5 – Solar energy balance for the A alternative FIgura 5 – Bilancio dell’energia solare per l’alternativa A3 4,0

100% 3,71 90%

DHW Tank energy balance

2,93 70%

1000

AUX

500

DHW out

3,0

2,58

50%

2,02

1,99

1,57

40%

1,34

1,38

1,45

2,0

1,5 1,17

30% 1

2,5

2,36

60%

PER

1500

Energy demand % covering

2000

kWh

3,5

80%

2500

3,47

Losses

1,0 20%

-500

From Hot Tank

0,5

10% Solar

-1000

0% -1500

Solar

6 Abs HP/Chiller

8 Aux

PER

0,0

Figure 8 – Energy demand percentage covering of different energy sources and the primary energy ratio (PER) (alternative A)

-2000

-2500

Figure 6 – Energy balance for the DHW Tank for the A alternative

FIgura 8 – Percentuali di copertura del fabbisogno richiesto da parte delle diverse

FIgura 6 – Bilancio energetico del DHW Tank per l’alternativa A3

sorgenti e rapporto di energia primario (PER) (alternativa A3)

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Annual Energy and Economic Analysis The annual PER is reported in Figure , also considering the electricity consumption by the circulation pumps (PER*). The latter is not negligible at all, mainly due to the pressure drops of the ground circuit. For example, for the A case the annual pump electricity consumption is around  kWh: this is % of the total thermal and cooling useful energy, and around % of the total no-renewable primary energy supplied to the plant. Such a percentage is consistent

with data found in previous authors’ work in similar multi-source heat pump plants []-[]. From the energy performance point of view, the best solution is A (PER = ., PER* = .), whereas A is in second place. A more comprehensive choice of the preferred alternative was done by considering the economic point of view [] based on reasonable estimates of the equipment’s investment cost, natural gas and electricity costs, and the value of the economic incentive (“Conto Energia Termico .”). As a matter of fact, the most profitable solution results to be a multisource HP plant with  m of evacuated tube and  m boreholes (A), that allows gains of around  k€ in  years. Annual Energy Analysis for Determining the Best Storage Tanks Configuration The final part of the study reports the assessment of the use of PCM and enhanced PCM hybrid storage tanks. In terms of no-renewable primary energy consumption and PER of the plant, B and B alternatives feature the best performance (Figure ). Using PCM tubes in the DHW Tank is a viable solution because the use of solar energy for DHW production is increased by %, even though in the Hot Tank is decreased by % (Figure ). Moreover, using PCM in the Hot

NG abs HP

31000

Aux Hot Tank

Aux DHW Tank

PER

2,25

2,19

2,17

30000

2,20

2,15

1505 1588

1608 607

2227

1121

1095

1,93

1,92

26638

26653

2,05

27000 1,95

604

26000

1,94

613

1,92

100

28048

28003

27880

25000 25861

2,10

269

272

28000

2143

2,00

PER

29000

No-renewable primary energy (kWh)

conditions with respect to the evacuated tube). An appreciable contribution to DHW demand is by solar energy; furthermore, the Hot Tank contribution prevails mainly in the colder months (Figure  and Figure ). The control logic of the absorption HP/chiller as above described allows to hardly limit the contribution of electric auxiliaries, present mainly during the summer or mid-season. In fact, in winter the absorption machine operates as HP, and it is controlled by the Hot Tank set point temperature (the DHW tank is also satisfied mainly by solar energy and the Hot Tank). During summer or mid-season, it operates as chiller controlled by the Cold Tank set point temperature: the heat recovered by the condenser is available only when it is on. For the A alternative, the results are reported in Figure  in terms of primary energy ratio (PER); the percentages covering of different heat generators (solar collectors, absorption HP, and electric auxiliaries) are reported as well. PER is defined as the ratio between useful energy produced by the plant (energy from the three tanks to the main collectors in Figure ) and the total no-renewable primary energy consumed (that is natural gas supplied to the absorption machine, and electricity to the electric auxiliaries of the Hot Tank and DHW Tank converted in primary energy by the factors fp,nren = . and . respectively according to Italian standard DM //). Figure  confirms that, during cold season, the heat pump covers the largest fraction of heating and DHW load, with a PER always greater than .. Furthermore, the low GUE of the absorption machine in chiller mode (between . and .), and the low contribution of the heat recovered by the chiller to the heating and DHW demand determine the lowest values of PER during hot season. Finally, the ground energy balance is positive for all the alternatives, that is, energy injected into the ground exceeds energy extracted.

1,95

1,90

25713

24000

1,85

1,80

23000

1,75

Figure 10 – No-renewable primary energy consumption and primary energy ratio for the different alternatives FIgura 10 – Consumo di energia primaria non rinnovabile e rapporto di energia primaria per le diverse alternative

Primary Energy Ratio 2,20

PER

Useful energy from solar collectors

PER* 2,12

14000 2,00 1,92

12000 1,92

11526

1,86

1,80

10000 1,69

1,72

8557

1,68

8000 kWh

1,60

1,42

9833

9797

9665

11425

1,50

7200

1,40

6839

5078

5403

E_coll -> ground

E_coll -> Hot Tank

6016

5414

4000

1,28

8604 8742

6771 6115

6000

8763

3465

3427

4774

4755

E_coll -> DHW Tank

1,20

2000 1,00

Figure 9 – PER (also considering the electricity consumption by the circulation pumps (PER*)) for the different alternatives

FIgura 9 – PER (anche considerando il consumo di energia elettrica delle pompe

Figure 11 – Useful solar radiation from thermal collectors to ground, Hot Tank and DHW Tank

(PER*)) per le diverse alternative

FIgura 11 – Energia solare utile dai collettori verso il terreno, Hot Tank e DHW Tank

#63

ORIGINAL ARTICLE PCM

Enhanced PCM

Flow rate

800

44,5

700

44,0

600

43,5

500

43,0

400

42,5

300

42,0

200

41,5

100

41,0

DHW flow rate to users (kg h-1)

Sensible

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 0 1 2

T_out DHW Tank (°C)

45,0

AiCARR Journal / Vol 63, n. 4, 56 - 63, 2020

Hour

Figure 12 – Temperature and flow rate of water at the outlet of the DHW Tank in the case of sensible (water), PCM and enhanced PCM DHW Tank

Tank increases the use of solar energy for heating because % more energy can be stored in the tank. As a matter of fact, higher energy saving can be obtained using PCM tubes in the Hot Tank because the heat pump operates with a higher GUE due to lower temperature of hot water produced. Even if the use of enhanced PCM does not allow appreciable energy savings with respect to PCM (Figure ), an advantage of its use is a narrower temperature range of hot water at the outlet of the tank. This means that the heat stored inside the PCM is efficiently rejected to the water when the Al-foams are used. For example, Figure  reports the outlet temperature of the DHW Tank for two typical days in three cases: sensible (water), PCM, and enhanced PCM storage. The more constant temperature of hot water at the outlet of the tank when using enhanced PCM guarantees a higher level of service for the DHW produced.

FIgura 12 – Temperatura e portata d’acqua all’uscita del DHW Tank nel caso di accumulo DHW Tank sensibile (acqua), PCM e PCM incentivato

Conclusions A case study for energy and economic analysis of a multi-source (solar and ground) absorption heat pump plant for the heating and cooling is presented. As the operating temperature of the storage depends on the solar collectors’ area, on the volume of the storage tanks, and on the kind and entity of the thermal loads, a transient simulation allows to define the size and the type (sensible or PCM or enhanced PCM) of the three thermal energy storage systems (for DHW production, for heating, and for cooling).  m evacuated tube,  m ground probes,  L Hot Tank and DHW Tank capacity (filled with PCM RT),  L Cold Tank capacity (sensible

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storage) is the best plant configuration from the energy point of view, featuring the highest PER and solar ratio. As a matter of fact, the mean operating temperature of the Hot Tank is near the melting temperature of the PCM for longer during the year. No additional advantage by using Al-foam enhanced PCM is yielded. Instead, a more constant hot water temperature is allowed, thus a higher level of service for the hot water produced is guaranteed. Due to the greater investment cost of PCM and enhanced PCM technologies with respect to sensible storage, their viability should be evaluated by a wider economic evaluation of the proposed study.

ORIGINAL ARTICLE

Marco Noro, Simone Mancin, Renato Lazzarin, Giulia Righetti

FUNDING This research project was partially funded by: MIUR, Italy, PRIN : “The energy FLEXibility of enhanced HEAT pumps for the next generation of sustainable buildings (FLEXHEAT)” (grant number KAAECT). ACKNOWLEDGEMENT The authors would like to thank Lorenzo Zamboni and Alberto Matteazzi for supporting the simulations. REFERENCES [] Medrano, M.; Yilmaz, M.O.; Nogués, M.; Martorell, I.; Roca, J.; Cabeza, L.F. Experimental evaluation of commercial heat exchangers for use as PCM thermal storage systems. Applied Energy , , –, doi.org/./j. apenergy.... [] Paris, J.; Falardeau, M.; Villeneuve, C. Thermal storage by latent heat: A viable option for energy conservation in buildings. Energy Sources , , –, doi.org/./. [] Agyenim, F.; Hewitt, N.; Eames, P.; Smyth, M. A review of materials, heat transfer and phase change problem formulation for latent heat thermal energy storage systems (LHTESS), Renewable & Sustainable Energy Reviews , , -, doi.org/./j.rser.... [] Du, K.; Calautit, J.; Wang, Z.; Wu, Y.; Liu, H. A review of the applications of phase change materials in cooling, heating and power generation in different temperature ranges. Applied Energy , , –, doi.org/./j. apenergy.... [] Jaguemont, J.; Omar, N.; Van den Bossche, P.; Mierlo, J. Phase-change materials (PCM) for automotive applications: A review. Applied Thermal Engineering , , –, doi.org/./j.applthermaleng.... [] Mancin, S.; Diani, A.; Doretti, L.; Hooman, K.; Rossetto, L. Experimental analysis of phase change phenomenon of paraffin waxes embedded in copper foams. Int. J. Therm. Sci. , , –, doi.org/./j.ijthermalsci.... [] Lazzarin, R.; Mancin, S.; Noro, M.; Righetti, G. Experiment Analysis of Aluminum Foams as heat transfer medium for PCM Thermal Storages, Refrigeration Science and Technology. In Proceedings of the th IIR International Conference on Thermophysical Properties and Transfer Processes of Refrigerants, Seoul, Korea, – April ; paper TP-, doi.org/./iir.tptpr... [] Lazzarin, R.; Mancin, S.; Noro, M.; Righetti, G. Porous media for advanced hybrid thermal energy storages, Refrigeration Science and Technology. In Proceedings of the th IIR Conference on Phase Change Materials and Slurries for Refrigeration and Air Conditioning, Orford, QC, Canada, – May ; pp. –, ISBN ----, ISSN: -, doi.org/./iir. pcm... [] Lazzarin, R.; Mancin, S.; Noro, M.; Righetti, G. Hybrid PCM—Aluminium foams’ thermal storages: An experimental study. Int. J. Low Carbon Technol. , , –, doi.org/./ijlct/cty. [] Righetti G.; Lazzarin R.; Noro M.; Mancin S. Phase Change Materials embedded in porous matrices for hybrid thermal energy storages: Experimental results and modelling, International Journal of Refrigeration , , , doi.org/./j.ijrefrig.... [] Castell, A.; Solé, C. Design of latent heat storage systems using phase change materials (PCMs). In Advances in Thermal Energy Storage Systems. Methods and Applications, Woodhead Publishing Series in Energy; Woodhead Publishing: Sawston, UK, ; pp. –. [] Klein, S.A.; et al. . TRNSYS : A Transient System Simulation Program, Solar Energy Laboratory, University of Wisconsin, Madison, USA. Available online: http://sel.me.wisc.edu/trnsys (accessed on  May ).

[] Bony, J.; Citherlet, S. Extension of a TRNSYS model for latent heat storage with phase change materials used in solar water tank. In Proceedings of the ECOSTOCK —th International Conference on Thermal Energy Storage, Pomona, NJ, USA,  May– June . [] Bony, J.; Citherlet, S. Numerical model and experimental validation of heat storage with phase change materials. Energy Build. , , –, doi. org/./j.enbuild.... [] Lazzarin, R.; Mancin, S.; Noro, M. Experiment for the evaluation of Aluminum foams for improving heat transfer in PCM thermal storages, Refrigeration Science and Technology. In Proceedings of the th IIR Conference on Phase Change Materials and Slurries for Refrigeration and Air Conditioning, Karlsruhe, Germany, – May ; pp. –, ISBN ----, ISSN , doi.org/ ./iir.pcm... [] Lazzarin, R.; Mancin, S.; Noro, M.; Righetti, G.; Zamboni, L. Simulation of the phase change process of paraffin waxes with and without Aluminum foams for advanced hybrid thermal energy storages, Refrigeration Science and Technology. In Proceedings of the th IIR Conference on Phase Change Materials and Slurries for Refrigeration and Air Conditioning, Orford, QC, Canada, – May , pp. –, ISBN: ----, ISSN: -, doi.org/./iir.pcm... [] Noro, M.; Lazzarin, R.; Busato, F. Solar cooling and heating plants: An energy and economic analysis of liquid sensible vs phase change material (PCM) heat storage. Int. J. Refrig. , , –, doi.org/./j.ijrefrig.... [] Wang, Z.; Zhang, Z.; Jia, L.; Yang, L. Paraffin and paraffin/Al foam composite phase change material heat storage experimental study based on thermal management of Li-ion battery. Appl. Therm. Eng. , , –, doi. org/./j.applthermaleng.... [] Lazzarin R.; Noro M. Photovoltaic/Thermal (PV/T) / ground dual source heat pump: optimum energy and economic sizing based on performance analysis, Energy and Buildings , , , doi.org/./j.enbuild... [] Robur S.p.A. Design manual , Italy. . Available online: http://www. robur.it (accessed on  August ). [] Kloben Industries S.r.l. Priced Catalogue , Italy. . Available online: http://www.kloben.it (accessed on  August ). [] Busato, F.; Lazzarin, R.; Noro, M. Two years of recorded data for a multisource heat pump system: A performance analysis. Appl. Therm. Eng. a, , -, doi.org/./j.applthermaleng.... [] Busato, F.; Lazzarin, R.; Noro, M. Multisource heat pump system from design to operation: The case study of a new school building. Int. J. Low Carbon Technol. b, , –, doi.org/./ijlct/ctt. [] Busato, F.; Lazzarin, R.; Noro, M. Ground or solar source heat pump systems for space heating: Which is better? Energetic assessment based on a case history. Energy Build. , , –, doi.org/./j.enbuild.... [] Lazzarin, R.; Noro, M.; Righetti, G.; Mancin, S. Application of Hybrid PCM Thermal Energy Storages with and without Al Foams in Solar Heating/Cooling and Ground Source Absorption Heat Pump Plant: An Energy and Economic Analysis, Applied Sciences , (), , doi.org/./app.

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Informazioni dalle aziende

IMPIANTO CON RADIATORI RIQUALIFICATO CON IL SISTEMA IBRIDO COMPATTO MURELLE REVOLUTION 30 (circa . m di gas naturale) e ad un consumo di energia elettrica per gli ausiliari pari a . kWh/a. Fatte le dovute valutazioni a considerazione dei consumi rilevati, includendo anche gli effetti delle differenze climatiche riscontrabili tra le annate confrontate e i dati standard da normativa, si è notata una differenza del ,% tra i dati di calcolo e il consumo effettivo rilevato. La contenuta differenza riscontrata ha consentito quindi di validare il modello di calcolo applicato nelle valutazioni nel caso specifico.

Le alternative per riqualificare Il fabbricato oggetto di riqualificazione energetica Di Massimo Ghisleni, Fonderie Sime SpA

L’oggetto della riqualificazione Al termine dell’estate del  presso un edificio residenziale sito in Via Fadda a Roma, si è proceduto alla riqualificazione energetica del sottosistema di generazione. Il fabbricato considerato rientra in un complesso residenziale composto da quattro corpi di fabbrica riuniti in un’unica gestione condominiale. Vista l’intenzione di riqualificare l’impianto termotecnico dell’intero complesso, è stata svolta una diagnosi energetica secondo le norme UNI CEI EN -- e UNI/TR . Il sottosistema di generazione esistente era composto da una centrale termica posta al servizio dei quattro edifici del Condominio, nella quale erano in funzione tre generatori di calore di grossa taglia, non a condensazione: • N°  caldaia portata termica , kW e potenza termica utile  kW; • N°  caldaie portata termica  kW e potenza termica utile  KW. Le caldaie, installate nel , erano originariamente alimentate ad olio combustibile (BTZ) e, successivamente trasformate (mero cambio dei bruciatori) per passare alla più ecologica e razionale alimentazione a gas metano. L’impianto di centrale era costituito da un circuito primario impostato su tre singole pompe di circolazione, le quali trasferivano il fluido termovettore dai generatori ad un unico scambiatore di calore a piastre. Il circuito secondario verteva su un singolo sistema di pompaggio, atto a trasferire il fluido termovettore dallo scambiatore di calore ad un collettore di distribuzione, dal quale si staccavano direttamente le colonne montanti ai piani. Le singole utenze erano servite attraverso moduli satellite equipaggiati di: contatore di calore; valvola di zona motorizzata, pompa di circolazione, scambiatore di calore a piastre per il servizio ACS e i necessari termometri e manometri. Quindi le singole utenze erano già dotate di un sistema totalmente indipendente per la produzione acqua calda sanitaria istantanea e per la distribuzione del fluido termovettore agli elementi di emissione del calore ad alta temperatura (radiatori).

I consumi energetici del vecchio impianto Si sono effettuate valutazioni in regime di diagnosi energetica, secondo quanto previsto per gli audit energetici di secondo livello e, quindi, previa visita ispettiva all’impianto e all’involucro edilizio si è utilizzato in modalità A un software validato dal Comitato Termotecnico Italiano. Il calcolo svolto ai sensi della norma UNI/TS , ha portato all’individuazione del fabbisogno totale di energia primaria non rinnovabile per il servizio di riscaldamento pari a . kWh/a

Per ridurre i consumi dello stabile si è inizialmente pensato alla sostituzione di due delle tre caldaie esistenti, mantenendo l’impianto centralizzato e aumentando il rendimento globale del sistema unicamente grazie al miglior rendimento delle caldaie a condensazione. Questa prima soluzione prevedeva l’introduzione di due moderni generatori a condensazione, in classe energetica ErP A, aventi potenza termica nominale di , kW ed un rendimento nominale del ,%, visto e considerato che la temperatura di mandata è necessario mantenerla a valori elevati per il servizio di produzione ACS e a causa delle caratteristiche dell’impianto. Inoltre gli elementi che costituiscono il sottosistema di emissione sono radiatori esistenti, i quali, come da specifica del cliente, non potevano essere sostituiti o modificati. La soluzione brevemente descritta avrebbe permesso di evitare di coinvolgere le singole unità abitative nei lavori di modifica e riqualificazione, ma avrebbe tuttavia obbligato ad adeguare il sistema di evacuazione dei prodotti della combustione. La soluzione avrebbe consentito un risparmio d’energia primaria non rinnovabile pari a . kWh/a, corrispondente al ,% dei consumi attuali dello stabile. L’indice di prestazione energetica ottenibile, con il cambio caldaia, era pari a , kWh/ma, decisamente più basso rispetto alla situazione esistente, ma ininfluente sul valore della classe energetica dell’edificio, la quale sarebbe rimasta alla lettera F senza nessun miglioramento nell’Attestato di Prestazione Energetica (APE). Per ottenere due salti di classificazione energetica dell’edificio, in questo caso sarebbe stato necessario effettuare

altre operazioni ben più invasive, come ad esempio il cambio dei radiatori con pavimenti radianti, l’introduzione di coibentazione a cappotto, il cambio dei serramenti e, soprattutto, la totale riqualificazione del sottosistema di distribuzione, aumentando notevolmente i costi di realizzazione e il livello di “disturbo” ai residenti. Operazioni, queste ultime, scartate in partenza dalla committenza per ragioni economiche e pratiche. La soluzione valutata in alternativa alla riqualificazione della centrale termica, prevedeva invece la trasformazione del sistema di climatizzazione invernale da centralizzato ad autonomo, utilizzando apparecchiature ibride compatte a recupero attivo specificatamente studiate per le riqualificazioni di vecchi impianti ad alta temperatura. L’ibrido compatto considerato è il sistema murale Murelle Revolution  senza unità esterna prodotto da Sime SpA. Si è prevista l’installazione di ottanta Murelle Revolution all’esterno degli appartamenti in nicchia sui balconi, installandole nella medesima posizione dei preesistenti satelliti modulo d’utenza eliminati. Questa soluzione, rispettando il DPR / (articolo bis lettera “e”), consente di scaricare in facciata i prodotti della combustione della caldaia a condensazione, essendo esclusa per deroga dall’obbligo di convogliamento a tetto dell’edificio dei gas di scarico (art.  DPR /). Con la soluzione ibrida compatta è risultato quindi possibile evitare l’onerosa e non facile installazione di nuove canne fumarie, risolvendo una problematica difficilmente superabile nella situazione considerata. La soluzione ibrida compatta valutata, consente nel caso specifico un risparmio d’energia primaria non rinnovabile pari a . kWh/a, corrispondente al ,% dei consumi attuali dello stabile ed è in grado di ridurre l’indice di prestazione dell’edificio Ep,nren al valore di , kWh/ma. Mettendo in relazione il nuovo indice di prestazione con il dato riferito alla situazione esistente pari a , kWh/ma, si è verificata la possibilità di innalzare di due classi energetiche l’edificio, passando dalla classe F alla classe D. Oltre alle elevatissime prospettive di risparmio energetico e economico, la soluzione ibrida Murelle Revolution , consentiva la semplice trasformazione dell’impianto da centralizzato ad autonomo, senza comportare operazioni di adeguamento invasive o onerose dal punto di vista dei costi di realizzazione.

Valutazioni tecnico-economiche Ovviamente la scelta compiuta non si è basata unicamente su valutazioni di tipo energetico o pratico. Trattandosi infatti di un investimento economico importante, necessariamente occorreva accertarsi che lo stesso fosse caratterizzato da ragionevolezza e da un buon bilancio tra i costi sostenuti e i benefici ottenibili. I costi previsti per la mera sostituzione dei generatori in centrale termica, finalizzati ad ottenere un risparmio energetico pari a . kWh/a, tra apparecchiature e manodopera per la loro installazione raggiungevano un totale di ., Euro (iva inclusa). Ripartendo tale costo su ogni singola unità abitativa, il costo per ogni singolo condomino risultava pari a ., Euro. Decisamente più alto il costo della soluzione ibrida compatta, con un totale per l’impianto finito e consegnato pari a ., Euro (iva inclusa), ovvero ., Euro per ogni condomino, a fronte però di un risparmio energetico decisamente più interessante e pari a . kWh/a. Una prima valutazione è stata quindi svolta rispetto al costo del risparmio energetico ottenibile CER, dividendo il costo delle installazioni per il risparmio energetico corrispondente. Si è quindi facilmente calcolato per la mera sostituzione delle caldaie un CER di , Euro/(kWh a) e per la soluzione ibrida compatta un CER di , Euro/(kWh a). L’analisi sui costi dell’energia risparmiata ha evidenziato immediatamente come il maggior investimento per la tecnologia ibrida sia assolutamente equilibrato da un punto di vista tecnico-economico e comunque preferibile all’ipotesi di mera sostituzione delle caldaie. Sulla base dei costi iniziali, dei costi fissi prevedibili per le manutenzioni ordinarie e in base ai risparmi economici conseguenti alla riduzione dei consumi energetici, si è proceduto infine a

I sistemi murali Murelle Revolution sono stati installati all’esterno degli appartamenti in nicchia sui balconi

valutare il flusso di cassa per entrambe le soluzioni. Il flusso di cassa calcolato per la sostituzione dei generatori di calore in centrale termica, consente un VAN previsto su un periodo di venti anni pari a ., Euro, un tasso interno di rendimento TIR pari al ,% e un tempo di rientro dei costi iniziali, pari a  anni, calcolato considerando anche gli incentivi ottenibili con l’Ecobonus. Il flusso di cassa calcolato per la soluzione ibrida compatta, consente un VAN a venti anni pari a ., Euro, un tasso interno di rendimento TIR pari al ,% e un tempo di rientro pari a  anni, calcolato considerando anche gli incentivi ottenibili con l’Ecobonus. Anche dal punto di vista tecnico-economico la soluzione ibrida compatta Murelle Revolution  è risultata la scelta migliore. Tale risultato, valutato di concerto con la semplicità degli interventi e con le prestazioni energetiche ottenibili, non ultimo il doppio salto di classificazione energetica dell’edificio, hanno convinto la committenza a procedere alla trasformazione del sistema in impianto autonomo realizzato con l’ibrido compatto descritto.

BIBLIOGRAFIA

Murelle Evolution, schema di impianto

Ghisleni M. 2018. Sistema ibrido compatto con recupero termodinamico dei fumi di combustione. AiCARR Journal, 48, 2-4 (Ghisleni, 2018) Ghisleni M. 2019. I sistemi ibridi compatti per impianti medio-piccoli. RCI febbraio 2019, 54-61 (Ghisleni, 2019) Ghisleni M. 2020. Nuovo sistema ibrido compatto a recupero termodinamico: potenzialità nelle riqualificazioni di impianti obsoleti. 37° Convegno Nazionale AiCARR Scenari, tecnologie e strategie per la sostenibilità energetica nella climatizzazione (Ghisleni, 2020)

Curiosità storiche

David Boyle: una vita per il compressore ad ammoniaca La storia di colui che da molti viene ritenuto l’inventore del compressore ad ammoniaca ma che sicuramente è stato un pioniere della refrigerazione

B.A. Nagengast, R.C. Schrecengost*

OLTE FONTI STORICHE riportano che il compres-

sore ad ammoniaca per la refrigerazione è stato inventato da David Boyle. Possiamo condividere o meno questa affermazione; sta di fatto che Boyle può essere definito senza alcun dubbio un pioniere della refrigerazione. Oltre tutto, il racconto della sua carriera diventa molto interessante se si pensa come avvenne la sua strenua salita verso il successo … con l’aiuto di sua moglie! David Boyle iniziò il suo percorso a Johnstone nel Renfrewshire, dieci miglia a est di Glasgow in Scozia, dove nacque nel . Suo padre aveva una drogheria con vendita di liquori e si dilettava di meccanica, tanto da costruire egli stesso una macchina per tagliare i tappi. Lo stesso David si dice amasse bighellonare da ragazzino attorno ai negozi di macchinari e alle fabbriche di cotone: leggeva con piacere la rivista The Glasgow Mechanics’ Magazine. Ma i suoi interessi di ragazzo furono tarpati dal padre che insisteva perché egli entrasse nel campo della drogheria: David lo accontentò arrivando perfino a diventare caporeparto di un droghiere all’ingrosso. Infine, intenzionato ad intraprendere il business della drogheria emigrò in

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America, a Mobile, in Alabama. La Guerra Civile però rovinò la sua impresa e alla sua fine si ritrovò con un conto in banca di soli  dollari. A quel tempo si era trasferito a Demopolis, sempre in Alabama, e qui si era da poco sposato con Margaretta (Margaret) Henry, una ragazza irlandese. A Demopolis c’era a quel tempo una guarnigione di truppe nordiste e così Boyle colse l’occasione per vendere a questi soldati limonata fredda. Boyle in seguito ricordò quel particolare: «Avevo un negozio e vendevo gelati e limonata. C’era allora una brigata di truppe federali lì e la loro presenza costituì una vera manna per me. Avevo comprato una partita di ghiaccio da New Orleans [evidentemente ghiaccio naturale N.d.T.] … la stagione era molto afosa e così feci in fretta a smaltirlo. Utilizzavo quel ghiaccio per raffreddare la limonata che vendevo a quei sodati yankee con un buon profitto. I trasporti però erano molto inaffidabili, i costi del ghiaccio erano alti e a Demopolis ve n’era un bisogno enorme. Cominciai così a pensare a quello che poi divenne per me una ferma risoluzione, tentare cioè di costruire una macchina per soddisfare i bisogni di Demopolis. Pensateci un po’! I bisogni di Demopolis, quella fu la mia idea di partenza».

Gli affari per Boyle andarono talmente bene che in quattro mesi mise insieme ottomila dollari. Durante la guerra, aveva avuto notizia di una macchina, in funzione ad Augusta, in Georgia, che produceva ghiaccio: andò a vederla nel , ma trovò che era troppo cara per i suoi bisogni. Così trascorsero altri quattro anni, sempre nella ricerca se non vi fosse qualche altra macchina disponibile, ma non trovò niente. Finché nel  sentì parlare di una macchina per la produzione di ghiaccio disponibile a New Orleans. Dopo le opportune ricerche vendette il negozio e la sua proprietà e comprò la macchina che era allora costruita sotto licenza del brevetto VanderWeyde. La macchina si dimostrò un disastro; Boyle, deluso, trasferì la sua famiglia a San Francisco nell’estate del  e lì cominciò a studiare tutto quanto

Un esemplare di piastra di ghiaccio. Il ghiaccio prodotto con il metodo a piastra era conosciuto per la sua trasparenza (da Ice and Refrigeration, giugno , sezione pubblicità pag. ) fosse legato alle macchine per la refrigerazione frequentando la biblioteca del Mechanics’ Institute. Durante la sua permanenza in California comprò una macchina da Londra, ma alla fine dovette intentare causa per riavere indietro il suo denaro perché la macchina non era mai arrivata. Decise allora che l’unica soluzione possibile era di progettare e costruire da sé un sistema adatto alle sue necessità. Fu così che costruì due macchine sperimentali per le quali richiese un brevetto, che ottenne nel  con il numero US Patent . Il brevetto descrive un sistema per la produzione del ghiaccio nel quale il ghiaccio veniva prodotto in lastre o piastre orizzontali, diversamente da quanto prevedevano altre proposte secondo le quali il ghiaccio veniva congelato in recipienti cilindrici. Il suo metodo fu poi adottato da alcuni produttori perché il ghiaccio così ottenuto aveva una trasparenza superiore con un aspetto accattivante che non il ghiaccio ottenuto in cilindri. Nel , Boyle, di nuovo a bolletta, si trasferì ancora, questa volta a New Orleans dove pensava avrebbe potuto migliorare i suoi sistemi di produzione. Sebbene avesse conseguito un brevetto, il suo sistema

era ancora sperimentale e non ancora costruito industrialmente. Si trasferì di nuovo, questa volta a Jefferson nel Texas e lì completò il suo sistema. Boyle realizzò la sua macchina nella vicina città di Marshall, usando tutto quanto di liquido gli rimaneva e tutti i suoi fondi. Ma con l’inizio dell’attività apparvero subito numerose crepe nella macchina che causavano perdite molto rilevanti. Il fallimento della macchina e la perdita di tutti i suoi averi portarono la salute mentale di Boyle quasi alla follia. Ecco come egli stesso descrisse la storia: «Io e mio fratello ci sedemmo esausti su una pila di legname per rinfrescarci un po’. Eravamo distrutti dalla preoccupazione e dalla rabbia che la macchina fosse a pezzi; tutto era andato perso e io ero allo stremo delle mie forze. Ero arrivato così vicino al successo, ma mi mancavano i mezzi per raggiungerlo appieno. A quel punto mia moglie ci raggiunse e sedette con noi; dopo aver ascoltate le nostre lamentele fece una formidabile dichiarazione. Ci avrebbe fornito lei i soldi, soldi che (proprio nella presente ristrettezza) era riuscita a mettere da parte per i giorni più bui. Non era un granché, ma abbastanza per riprendere la strada verso il successo». Questa strada non fu facile: «… ogni piccola parte della macchina dovette essere smontata e rifatta. Dall’alba al tramonto per sette giorni alla settimana lavorò con la forza della disperazione finché ad ottobre la macchina produsse il primo lotto di ghiaccio. Era finalmente il pieno successo, ma la stagione utile per il ghiaccio era finita e Boyle, pieno di debiti, si ammalò. Dopo un inverno in dure condizioni di povertà per sé e la sua famiglia, la macchina fu riattivata nella

primavera del 1874 producendo pienamente il suo migliore ghiaccio trasparente». Sentendo che Boyle produceva ghiaccio, alcuni imprenditori lo avvicinarono per acquistare una partecipazione nel suo brevetto. Boyle, assicuratosi un sostegno a Quincy nell’Illinois, si trasferì in quella città nell’estate del . Costruì due macchine per il ghiaccio e le vendette nel Texas. Subito dopo fondò la Boyle Ice Machine Company e avvicinò la Crane Brothers Company di Chicago, costruttori di accessori per tubazioni, valvole e tubi, per poter usare il loro stabilimento per la costruzione delle sue macchine per il ghiaccio. Intorno al  la Boyle Ice Machine Co. si espanse nel settore della refrigerazione e cominciò a vendere ai produttori di birra. Fino al  erano stati venduti più di  impianti di refrigerazione e macchine per il ghiaccio. Se si tiene in considerazione che in quel periodo la refrigerazione e la produzione del ghiaccio erano agli albori, vendere  macchine fu la prova finale della tenacia e del completo successo di Boyle. David Boyle morì abbastanza giovane all’età di  anni; forse si può affermare che era semplicemente consunto. Sua moglie Margaret gli sopravvisse fino al  e morì a Chicago all’età di  anni. Il giornale del settore, Ice and Refrigeration scrisse: «Come persona Boyle era un uomo di integrità cristallina, pronto, sensibile e fortemente desideroso di successo. Il suo costante pensiero era rivolto all’avanzamento della conoscenza mondiale della scienza della produzione del ghiaccio artificiale e della refrigerazione».

Lapide commemorativa del sito della fabbrica del ghiaccio di David Boyle a Jefferson, Texas. (da Jeffersonian, autunno-inverno - pag. )

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costruisce il successo. Non c’erano molti soldi, ma in ultima analisi, mentre Boyle si muoveva per tutti gli Stati Uniti dedicando “ogni pensiero” al suo sogno e sottoponendo la sua famiglia ad estrema tensione, sua moglie gli è stata sempre accanto. Per tutta la sua vita e specialmente negli ultimi tempi, lei ha fatto la differenza tra il fallimento e il successo. C’è un proverbio comune che dice che dietro ogni successo di un uomo c’è sempre una donna. E questo si può dire sia certamene vero per David Boyle.  * Bernard A. Nagengast, Life Member Ashrae Randy C. Schrecengost, Member Ashrae

La macchina di Boyle per il ghiaccio, ca. . (dal catalogo del  che mostra The Boyle Machine and Refrigeration Apparatus della Boyle Machine Co.) Spesso ci sono note solo le particolari conquiste di un pioniere dell’industria. Ma cosa è richiesto per arrivarci? Sono certamente necessarie perseveranza

e intelligenza, e Boyle aveva queste qualità, ma la sua storia mostra che lealtà e passione non solo sono d’aiuto ma sono il cemento stesso su cui si

NOTE

Sezione trasversale del progetto di compressore di David Boyle. Questo progetto, che prevedeva valvole di aspirazione e mandata del tipo verticale a fungo poste sulla testata del pistone, divenne noto come il “sistema Boyle”, copiato in seguito da altri costruttori. (dal catalogo del : Ice Making and Refrigerating Machinery della Pennsylvania Iron Works Co, pag. )

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Questo articolo è pubblicato per gentile concessione di ASHRAE, American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers, che ne detiene il copyright ed è apparso sul numero di marzo 2020 di ASHRAE JOURNAL. Si tratta di un estratto ricavato dal volume Adventures in Heat and Cold: Men and Women Who Made Your Lives Better di Bernard A. Negengast e Randy C. Schrecengost, noti storiografi, scritto in occasione del 125° anniversario di ASHRAE. La traduzione dell’articolo, di cui ASHRAE non è responsabile, è stata curata da Carmine Casale.

1 “David Boyle, Esq. “The Western Brewer (October 15, 1885): 1731. 2 “A Reminiscence” da “Annual meeting of the southern ice exchange”, Ice and Refrigeration 10 (March 1896): 158 3 David Boyle, Esq., 1885. La macchina VanderWeyde era probabilmente la macchina costruita da Daniel Holden il quale aveva acquistato i diritti dei brevetti di Peter VanderWeyde. Queste macchine erano dei sistemi a compressione di vapore che usavano come refrigerante un derivato del petrolio chiamato Chimogeno. 4 “The late David Boyle” Ice and refrigeration 1 (July 1891): 24. Boyle trovò un catalogo della Siebe & Company di Londra che includeva una macchina per la refrigerazione ad ammoniaca costruita sotto brevetto di William Harrison. Boyle la acquistò, la pagò, ma non la ricevette mai; dovette prendere un avvocato a Londra per recuperare i suoi soldi. Il processo durò più di un anno durante il quale Boyle proseguì nelle sue ricerche sulla refrigerazione e sulle macchine del ghiaccio. 5 Il brevetto riguarda un sistema completo a compressione di vapore per la produzione di ghiaccio e un metodo per ottenerlo in piastre. Boyle usò un ciclo reversibile (a hot-gas) per lo scongelamento per rendere possibile il distacco delle piastre dopo la loro formazione. Non viene però specificato il tipo di refrigerante usato. 6 È possibile che Boyle si sia trasferito a Jefferson perché nel 1870 vi furono in quella città vari tentativi di fondare uno stabilimento per la produzione di ghiaccio. Non si sa molto di più salvo che effettivamente un’impresa fu fondata e che si assicurò i diritti di tale produzione. È possibile che Boyle apprese questa notizia mentre si trovava a New Orleans e perciò decise di farne tesoro. Si confronti S. Torrens “la città di Jefferson dispone di un’illuminazione affidabile e di ghiaccio per tutto l’anno” sul Jeffersonian (autunno-inverno 2014-2015): 10. 7 “A Reminiscence” 1896: David Boyle cita suo fratello. Non è venuto fuori nulla a proposito del coinvolgimento del fratello né se quest’ultimo si fosse trasferito in Texas o forse già vi viveva. 8 The late David Boyle, 1891. 9 The Boy “Twenty years of Refrigeration” Ice and Refrigeration 9 (dicembre 1895: 397. ”The Boy” era lo pseudonimo di Victor Becker, uno dei primi pionieri della refrigerazione negli Stati Uniti, che cominciò la sua carriera molto giovane lavorando per Richard Crane. Per la sua giovane età era conosciuto negli uffici di progettazione e nella fabbrica della Crane come “the boy: il ragazzo”. 10 Secondo un annuncio pubblicitario della Boyle Ice Machine Company sulla rivista The western brewer (15 gennaio 1883): 5. Questo annuncio riporta le installazioni fatte da Boyle fino a quella data. 11 Margaret H. Boyle, Illinois Deaths and Stillbirths Index 1916-1947. (da www.ancestry.com) 12 The late David Boyle, 1891.

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www.aicarr.org a cura di Lucia Kern

Una squadra affiatata e nuovi progetti Le Commissioni di AiCARR, presiedute dai membri della Giunta Esecutiva, hanno il compito fondamentale di coordinare le diverse attività in cui l’Associazione è coinvolta. Inizia con questo numero di AiCARR Journal la rassegna sui programmi delle Commissioni per il triennio 2020-2023, a partire dalla Commissione Delegati e Attività Territoriali, coordinata dal Presidente di Commissione Gennaro Loperfido, ingegnere libero professionista, che da molti anni ricopre il ruolo di Delegato Territoriale per la regione Basilicata. «Il Presidente Filippo Busato — illustra Loperfido — ha riconfermato anche per questo triennio la Commissione, composta dai Delegati Territoriali che hanno il compito di rappresentare AiCARR a livello locale, con il preciso incarico di favorire la presenza dell’Associazione sull’intero territorio nazionale. I Delegati Territoriali sono soci nominati dal Presidente: ne è presente uno in ogni regione d’Italia, con l’eccezione di Lombardia e Sicilia, dove sono rispettivamente tre e due, mentre la gestione di Piemonte e Valle d’Aosta è affidata a un unico Delegato. Nell’attuale triennio di presidenza, dunque, i Delegati sono in tutto 22, compreso il sottoscritto a cui, essendo stato eletto nel Consiglio Direttivo, è stato assegnato l’incarico di coordinarne le attività». Possiamo quindi dire che i Delegati Territoriali sono figure fondamentali per la presenza di AiCARR sul territorio… «Certamente, e aggiungo che sono persone nelle quali il Presidente e l’Associazione ripongono grande fiducia. Di conseguenza, la delega di coordinatore di questo team, ricevuta dal Presidente Busato, mi ha molto gratificato e onorato. Sono un Delegato Territoriale sin dal lontano 1999, la prima nomina mi fu conferita dal Presidente Merati: conosco bene, dunque, quanto importante sia il ruolo dei Delegati sul territorio di appartenenza per promuovere l’Associazione, favorirne le attività e riportare a livello centrale le esigenze e le necessità di tutti i Soci. I 22 Delegati Territoriali che coordino rappresentano, nel loro insieme, una fantastica squadra di persone disponibili e generose, pronte a collaborare e in grado davvero di “fare squadra” per mantenere e far crescere il network che negli anni è stato costruito». Come si svolgono i lavori della Commissione e come si sviluppano i progetti? «Per lavorare nel miglior modo possibile, potendo contare sul supporto reciproco, ci riuniamo almeno una volta al mese in modalità online con webcam rigorosamente accese per poterci vedere. Le riunioni sono fondamentali per informare i Delegati Territoriali sulle attività dell’Associazione e per concordare le iniziative da presentare sul territorio; inoltre, questi incontri rappresentano spazi di dibattito su argomenti di attualità che sollevano per noi tecnici domande alle quali dare risposta, a volte anche affrontando i quesiti che i soci delle varie regioni riportano al Delegato di riferimento. Da queste riunioni scaturiscono spesso esigenze

Gennaro Loperfido, Presidente della Commissione Delegati e Attività Territoriali

di approfondimento che vengono poi sottoposte all’attenzione della Giunta e del Consiglio, per valutare se dare origine a un Gruppo di Lavoro dedicato, in grado di fornire le risposte o le soluzioni richieste. Alcuni esempi di argomenti affrontati in quest’ottica sono la gestione degli impianti di climatizzazione durante l’emergenza Covid-19 o, in un periodo ancora più recente, le caratteristiche che dovranno avere gli edifici e gli impianti nell’era post-Covid e il tema del Superbonus 110%». L’emergenza sanitaria non si è ancora conclusa: quali sono i vostri programmi per i prossimi mesi? «Non è facile in questo periodo di incertezza organizzare le attività che da sempre connotano l’impegno dei Delegati Territoriali, fra cui la promozione sul territorio della cultura sui temi del benessere ambientale e dell’efficienza energetica, anche con il supporto delle Aziende socie di AiCARR, in quegli eventi ben conosciuti come Incontri tecnici. Il periodo di lockdown che ci lasciamo alle spalle ha di colpo cancellato la possibilità di incontrarsi fisicamente per confrontarsi, ma al contempo ha inaugurato un modo diverso di offrire opportunità formative e informative. Oggi stiamo attivamente lavorando all’individuazione di nuovi e stimolanti argomenti nonché a una modalità alternativa di incontro, che ci permetta di privilegiare ugualmente il confronto fra tecnici e Aziende e, quindi, di continuare a mantenere vivo il dibattito culturale che è il tratto distintivo della nostra Associazione. Proprio in questi giorni sto intrattenendo una serie di incontri con le Aziende allo scopo di riprendere le nostre attività che, proposte in modalità online, non saranno più limitate ai confini fisici di una regione, ma coinvolgeranno contemporaneamente i soci e non soci delle regioni di tutta Italia e i Delegati Territoriali. L’auspicio è che questa platea più vasta possa riuscire ad alimentare il dibattito intorno ai temi che saranno proposti, ma anche a suggerire nuovi argomenti di discussione. La mia idea e quella dei colleghi Delegati è di presentare casi concreti, belle e interessanti realizzazioni che abbiano visto come protagonisti i nostri soci, accanto a questioni di

Fondamenti 2021: pubblicato il calendario dei corsi in streaming È disponibile sul sito di AiCARR Formazione il calendario del Percorso Fondamenti 2021, un’offerta formativa completa di corsi focalizzati sui temi essenziali della progettazione di impianti, sempre molto apprezzata dai giovani laureati e diplomati. I corsi sono appositamente sviluppati per chi intende acquisire basi solide per operare efficacemente nel settore HVAC, sotto la guida di docenti selezionati fra i più qualificati professionisti e accademici di settore. Il Percorso prevede le tre giornate dedicate a Psicrometria, Qualità dell’aria interna e Comfort termoigrometrico, i tre moduli sui Carichi termici estivi e invernali, gli otto corsi di Progettazione di impianti, i moduli sulle Centrali e il corso sulla Regolazione automatica. Al termine del Percorso, frequentabile integralmente oppure selezionando i corsi di interesse grazie alla struttura modulare, il partecipante avrà acquisito le nozioni necessarie per orientarsi con sicurezza nel mondo della climatizzazione. Il Percorso verrà proposto in diretta streaming e per ciascun modulo verranno richiesti Crediti Formativi Professionali per ingegneri e periti industriali. Per informazioni e iscrizioni www.aicarrformazione.org

Online da gennaio la nuova edizione del Percorso Specialistico sulla progettazione per la sanità È in programma a partire da gennaio nella modalità Formazione a Distanza la nuova edizione del Percorso Specialistico “La progettazione degli impianti meccanici in ambito ospedaliero”, consigliato a tutti gli operatori del settore — tecnici ospedalieri, progettisti, gestori, manutentori — che desiderano approfondire le proprie conoscenze sulla prestazioni che devono essere fornite dai moderni impianti per una struttura ospedaliera e sui relativi criteri di progettazione. Affidato a docenti con una approfondita esperienza progettuale in ambito sanitario, il Percorso presenta gli impianti necessari per il corretto e sicuro funzionamento di un ospedale, illustrando le norme nazionali e internazionali che ne disciplinano la progettazione, riepilogando le condizioni di progetto da esse suggerite, descrivendo le principali soluzioni progettuali oggi adottabili e riportando le peculiari modalità di scelta e realizzazione delle apparecchiature e dei componenti installabili. Inoltre, vengono trattate le operazioni per l’esecuzione dell’attività di convalida e di certificazione degli impianti. Un’attenzione particolare viene riservata alle utenze più complesse, quali ad esempio le sale operatorie, i laboratori, i reparti speciali. Il Percorso è strutturato in 3 moduli – Fondamenti, Corso base e Specializzazione – anche fruibili separatamente in relazione alle personali conoscenze di base ed esperienze professionali. Le date verranno pubblicate a breve sul sito di AiCARR Formazione.

AiCARR informa Taratura, bilanciamento e collaudo: i quattro corsi in diretta web Ritornano in autunno i quattro moduli del Percorso Specializzazione dedicati a Collaudo di impianti e Taratura e bilanciamento reti, pensati per offrire conoscenze teoriche e pratiche sulle procedure di collaudo di un impianto di climatizzazione e sulle operazioni di taratura e bilanciamento delle relative reti aerauliche e idroniche, attività piuttosto complesse e fondamentali per ottenere impianti di climatizzazione performanti, verificandone la rispondenza ai dati di progetto e contrattuali degli impianti di climatizzazione. I moduli si svolgeranno in diretta web a partire dal 2 novembre. Sono previsti CFP per gli ingegneri e i periti. Il calendario 2 e 4 novembre – Collaudo e strumenti di misura 13 e 20 novembre – Laboratorio di taratura e bilanciamento di reti idroniche 23 e 25 novembre – Laboratorio di taratura e bilanciamento di reti aerauliche 2 e 4 dicembre – Laboratorio di applicazione dei principi di regolazione dei sistemi d’utenza idronici

In streaming, il corso sulle analisi economiche dei sistemi edificio impianto Proposto da AiCARR Formazione in diretta online dal 12 novembre, il corso sui fondamenti delle analisi economiche dei sistemi edificio-impianto è di particolare interesse per gli Esperti in Gestione dell’Energia, cui viene richiesto di abbinare alle approfondite competenze tecniche nozioni in campo economico e finanziario. Il corso illustra i concetti base del valore del denaro nel tempo, dettaglia le tecniche di analisi economica tradizionale e il calcolo degli indicatori economici basati sul flusso di cassa, con l’implementazione nel foglio di calcolo Excel, introduce le modalità di analisi multiobiettivo e tecniche non-DCF, anche con esempi applicativi, e chiarisce le modalità di conduzione dei diversi tipi di studio, dettagliando le problematiche connesse alle diverse analisi. Inoltre, vengono presentati casi di studio di rilievo con le loro peculiarità, e viene spiegato come progettare e condurre in maniera critica uno studio di fattibilità tecnico-economica per i sistemi edificio-impianto, scegliendo la tecnica più appropriata. Sono previste esercitazioni con l’uso del foglio di calcolo MS Excel. Il corso prevede Crediti Formativi Professionali per ingegneri e periti industriali. Il calendario 12, 16, 18 e 20 novembre

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grande attualità sulle quali costruire due o tre interventi, al termine dei quali sviluppare una discussione che dia voce a quanti ritengono di poter contribuire fattivamente. I Delegati Territoriali ricopriranno il ruolo di moderatori, aiutando a costruire il dibattito. Sono consapevole del fatto che si tratta di una sfida non semplice, ma è più che mai necessario che l’Associazione sia presente al fianco dei professionisti, soci e non soci, e dobbiamo farlo

innanzitutto modificando le modalità con cui costruiamo i nostri Incontri tecnici.» Altri obiettivi per il triennio in corso? «Nel ruolo di Presidente della Commissione Delegati e Attività Territoriali intendo contribuire a incrementare il numero dei nuovi soci perché è proprio attraverso le attività sul territorio promosse dai colleghi Delegati che l’Associazione può essere ben rappresentata e conosciuta per costituire un vero punto di riferimento».

A breve il Call for Papers per le Conferenze IIR, AiCARR e Unipd La proficua collaborazione fra IIR, AICARR e Università di Padova nell’organizzazione di eventi scientifici, iniziata nel 1994*, proseguirà dal 1 al 3 settembre 2021 a Vicenza con due eventi internazionali organizzati in parallelo: la Sesta Conferenza IIR su proprietà termofisiche e processi di trasferimento dei refrigeranti, che nasce dalla serie di conferenze quadriennali, denominate IIR TPTPR (Thermophysical Properties and Transfer Processes of Refrigerants), e la Tredicesima Conferenza IIR sui materiali in cambiamento di fase e il ghiaccio liquido per la refrigerazione e il condizionamento dell’aria. La Sesta Conferenza IIR TPTPR La Sesta IIR TPTPR Conference, dal titolo “Low GWP refrigerants: 10 years after”, vede l’attiva partecipazione delle Commissioni IIR B1 (Thermodynamics and Transfer Processes) e B2 (Refrigerating Equipment), e, come suggerisce il titolo, viene proposta a 10 anni dalla prima versione del Regolamento Europeo F-GAS che ha fissato al 1° gennaio 2011 l’inizio formale dell’eliminazione graduale dei refrigeranti con GWP>150 nella climatizzazione automobilistica. Questa data può essere considerata la base di partenza per la maggior parte dell’intensa attività di ricerca e tecnologica svolta negli ultimi anni per lo sviluppo e l’utilizzo di refrigeranti a basso GWP. La TPTPR2021 Conference offre dunque, dopo un decennio, un’eccezionale opportunità per analizzare lo stato dell’arte sulle proprietà termofisiche e sui processi di trasferimento dei refrigeranti a basso GWP, con l’obiettivo di delineare le prospettive future al fine di ottenere il minor impatto possibile della refrigerazione sull’ambiente. Gli argomenti intorno ai quali verrà sviluppata la conferenza saranno: • Modelli e misure sperimentali di proprietà termofisiche e di trasporto dei refrigeranti; • Cicli frigoriferi operanti con refrigeranti a basso GWP; • Condensazione e vaporizzazione all’interno di condotti tubolari, mini-canali e scambiatori a piastre; • Scambio termico e di massa nei refrigeranti; • Problemi nell’accoppiamento fra lubrificanti e refrigeranti; • Tecnologie per la riduzione della carica di refrigerante; • Processi e macchine ad assorbimento; • Fluidi secondari; • Processi di scambio in accumuli termici;

• Problemi di mal-distribuzione bifase Per informazioni: http://static.gest.unipd.it/ TPTPR2021/. La Tredicesima Conferenza IIR PCM La Tredicesima IIR PCM Conference si inserisce nella serie istituita fin dal 1999 dall’International Institute of Refrigeration per promuovere gli studi sui materiali in cambiamento di fase (Phase Change Materials, PCM) per il trasferimento del calore e per gli accumuli di energia. La refrigerazione e il condizionamento dell’aria ricadono tra le tecnologie più energivore. Negli ultimi anni, la possibilità di immagazzinare energia in accumuli a bassa o alta temperatura, a seconda del tipo di applicazione, rappresenta sicuramente una opportunità di risparmio energetico. In questo scenario, sta assumendo sempre più rilievo lo studio di soluzioni di accumulo energetico basato sui PCM: gli articoli scientifici pubblicati sul tema sono in continuo aumento e le prime applicazioni in impianti reali risultano molto promettenti. La Conferenza PCM2021 segue quella tenuta nel 2018 in Canada e rappresenta un’occasione pressoché unica per incontrare i maggiori esperti del settore sia in campo accademico che industriale e conoscere i materiali e le soluzioni tecnologiche più promettenti da un punto di vista impiantistico. Gli argomenti della conferenza saranno: • Proprietà termofisiche e reologiche dei materiali a cambiamento di fase (PCM) e delle Slurries; • Nuovi PCM e Slurries per la refrigerazione e il condizionamento dell’aria; • Fenomeni di trasporto e risposta temporale di sistemi di accumulo a PCM, PCM e Slurries; • Metodi numerici e sperimentali dedicati allo studio di PCM e Slurries; • Strumenti innovativi per lo studio, lo sviluppo, la commercializzazione e l’utilizzo di PCM e Slurries; • Raffrescamento e riscaldamento mediante PCM e Slurries; • Accumulo termico e risparmio energetico

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mediante PCM e Slurries; • Applicazione industriale e nell’industria alimentare dei PCM e Slurries; • Impatto sostenibile della refrigerazione e il condizionamento dell’aria mediante l’utilizzo di PCM e Slurries. Per informazioni: http://static.gest.unipd.it/ PCM2021/. A breve verrà pubblicato il Call for Papers per coloro che intendono offrire il proprio contributo a queste conferenze internazionali che riuniranno accademici e professionisti del settore.

*La collaborazione IIR-AiCARR-Unipd è iniziata nel 1994 con il congresso internazionale “CFC the Day After“ IIR Conference a Padova, proseguita nel 2005 con due conferenze internazionali “2nd IIR Conference on Thermophysical Properties and Transfer Processes of Refrigerants (TPTPR05)” e “2nd IIR Commercial Refrigeration Conference in Vicenza” a Vicenza, fino al 2011 con altri due eventi: “International Sorption Heat Pump Conference (ISHPC11)” e “IIR Conference on Sources/ Sinks alternative to the outside Air for Heat Pump and Air-Conditioning Techniques (AS)” a Padova.

SARS-CoV-2 e scuole: il comunicato congiunto di AiCARR, AIAS e C.N.I.

La ventilazione meccanica si rivela una misura estremamente utile per prevenire i rischi legati al contagio da SARS-CoV-2 nell’ambito della scuola, ma rischia, anche per questioni culturali, di essere poco considerata tra i fattori tecnici che possono concretamente contribuire alla sicurezza di studenti e personale scolastico. Per questo, AiCARR, AIAS e C.N.I. hanno diffuso un comunicato congiunto sottolineando come la ventilazione degli ambienti scolastici, attraverso l’installazione di appositi impianti, sia da considerare imprescindibile, anche al di

là dell’emergenza sanitaria di questo periodo. Le tre associazioni, consapevoli del fatto che non si possa realizzare in poche settimane un obiettivo di questo genere, che richiede investimenti, tempo e soprattutto una buona informazione, si rendono disponibili a supportare, ciascuno secondo le proprie competenze, istituzioni, organismi sanitari e tecnicoscientifici deputati a produrre Linee Guida e suggerimenti normativi per la riduzione del rischio di diffusione di SARS-CoV-2 nell’ambiente scolastico.

Aggiornamento e certificazione per l’Esperto in Gestione del Rischio Legionellosi Da quest’anno, AiCARR Formazione propone un Percorso completo e un esame di certificazione che offrono la possibilità di specializzarsi in un ambito di grande responsabilità, in cui è necessario possedere una preparazione tecnico-impiantistica unita a competenze igienico-sanitarie e a nozioni di microbiologia: la gestione del rischio legionellosi negli impianti e negli edifici. Grazie alla partnership con Bureau Veritas, chi ha frequentato il Percorso di AiCARR Formazione ed è in possesso dei requisiti necessari può certificarsi come Esperto in Gestione del Rischio Legionellosi (EGL), un professionista capace di individuare e proporre le misure necessarie alla prevenzione e il controllo della legionellosi in tutti gli impianti a rischio di acquisizione dell’infezione, di valutare in dettaglio le condizioni che favoriscono la contaminazione e la proliferazione di Legionella e di applicare le indicazioni della legislazione e normativa vigente in materia di prevenzione e controllo del rischio Legionellosi. L’EGL deve quindi essere una figura competente e responsabile, in grado di redigere un Protocollo di Controllo del Rischio Legionellosi secondo quanto indicato nelle Linee Guida Nazionali per la prevenzione e il controllo della legionellosi (Ministero della Salute, 2015). Molto ampio è il panorama dei settori che richiedono l’intervento dell’EGL: sanità, strutture turistico recettive e termali, impianti sportivi, centri benessere, edifici penitenziari e, in generale, tutte le strutture ad uso collettivo e gli edifici pubblici, oltre a siti civili e industriali e siti produttivi. Il calendario vede in programma in ottobre e novembre i vari moduli del Percorso Specialistico, mentre il 4 dicembre si terrà l’esame di certificazione.

L’impiego dei refrigeranti infiammabili nel contesto nazionale e comunitario, il Seminario online AiCARR, da tempo attiva sia sul fronte della normativa che della ricerca applicata per un impiego sicuro ed efficiente dei refrigeranti infiammabili, organizza in collaborazione con IIR il Seminario dal titolo “L’impiego dei refrigeranti infiammabili nel contesto nazionale e comunitario”. Il tema del seminario nasce dalla constatazione che le limitazioni alle emissioni di gas serra previste dalle recenti normative internazionali stanno imponendo restrizioni via via più stringenti nell’uso dei tradizionali HFC. La riduzione dell’effetto serra diretto dei refrigeranti, infatti, passa principalmente attraverso la riduzione della loro vita atmosferica e questo aspetto comporta nella stragrande maggioranza dei

casi l’infiammabilità dei fluidi frigorigeni, siano naturali o di sintesi. È quindi in corso una intensa attività di ricerca sia per individuare nuovi refrigeranti, sia per delineare opportune misure di sicurezza per limitare il rischio conseguente all’infiammabilità senza penalizzare l’efficienza energetica delle macchine. Il prevedibile impiego su larga scala di refrigeranti infiammabili sta quindi richiedendo un notevole sforzo a livello normativo, di ricerca e progettuale per l’industria del condizionamento dell’aria e della refrigerazione. Questi aspetti verranno sviluppati nel corso dell’evento che verrà organizzato online fra novembre e dicembre: la data verrà comunicata a breve.

Tutte le informazioni relative ai corsi sono pubblicate sul sito www.aicarrformazione.org

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ANNO10 - MAGGIO-GIUGNO 2019

INTERVISTA I TREND NELLA PROGETTAZIONE DI UFFICI

#60

Data Center

Efficienza energetica

#61

Edifici scolastici

BEMS BACS

#62

Efficienza negli impianti industriali

Sistemi ibridi

#63

ZEB

Accumulo

#64

Impiantistica residenziale

Rinnovabili

#65

Edifici per la sanità

Pompe di calore

LA RIVISTA PER I PROFESSIONISTI DEGLI IMPIANTI HVAC&R

ANNO10 - SETTEMBRE 2019

NORMATIVA DIAGNOSI ENERGETICA EDIFICI AUTOMAZIONE E CONTROLLO NEL RETAIL

VMC IN BIBLIOTECA

IMPIANTO TRANSCRITICO A CO

HVAC NEI SITI DELLA RICERCA SCIENTIFICA

PREVENZIONE INCENDI NELLE ATTIVITÀ COMMERCIALI

RACCORDI NEGLI IMPIANTI DI REFRIGERAZIONE

CLIMATIZZAZIONE PER IL CENTRO DI RICERCA

STRATEGIE DI RIDUZIONE DEL PARTICOLATO

CAMBIAMENTO CLIMATICO IMPATTO DELLA REFRIGERAZIONE MODELLI CLIMATICI E PROGETTAZIONE SMART READINESS INDICATOR

TERZIARIO

REFRIGERAZIONE

RETAIL

CAMBIAMENTI CLIMATICI

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#59

ISSN:2038-2723

LA RIVISTA PER I PROFESSIONISTI DEGLI IMPIANTI HVAC&R

ANNO10 - OTTOBRE 2019

DECRETO FER1 IMPIANTISTICA NEGLI ALBERGHI CONDIZIONAMENTO DELL’ARIA NEL RESORT PROGETTAZIONE INTEGRATA E LEED STRUTTURE RICETTIVE A CONFRONTO BIM SVILUPPO DI UN PROGETTO IMPIANTISTICO MODELLO DI CALCOLO DELLE PERDITE DI CARICO REFRIGERAZIONE ASHRAE, LE NOVITA’ DELLO STANDARD 15

ISSN:2038-2723

LA RIVISTA PER I PROFESSIONISTI DEGLI IMPIANTI HVAC&R

ANNO10 - DICEMBRE 2019

F-GAS NUOVI OBBLIGHI PER VENDITORI E OPERATORI NEL D.P.R. 146/2018 CONDIZIONAMENTO E CLIMATIZZAZIONE: ANALISI DI MERCATO TARIFFE ELETTRICHE, SPINTA PER LE PDC RIQUALIFICAZIONE ACUSTICA DEGLI EDIFICI STORICI CARATTERISTICHE TERMOACUSTICHE DEI COMPONENTI EDILIZI BACS, IL VADEMECUM

GLOSSARIO UNITÀ DI TRATTAMENTO DELL’ARIA

GLOSSARIO FILTRI PER L’ARIA NEGLI IMPIANTI HVAC

POSTE ITALIANE SPA – POSTA TARGET MAGAZINE - GIPA/LO/CONV/003/2013.

Pompe di calore BACS/Acustica

#58

ISSN:2038-2723

Organo Ufficiale AiCARR

LA RIVISTA PER I PROFESSIONISTI DEGLI IMPIANTI HVAC&R

REFRIGERANTI ALTERNATIVI A R134A

FOCUS TECNOLOGICO

Strutture ricettive BIM

#57

ISSN:2038-2723

DOSSIER MONOGRAFICO

Organo Ufficiale AiCARR

#56

Retail Cambiamenti climatici

Organo Ufficiale AiCARR

Terziario Refrigerazione

Fascicolo

ORIGINAL ARTICLES

ANALISI SPERIMENTALE DELLA SOSTITUZIONE DEL R134A CON R1234YF, R1234ZEE, R450A E R513A IN UNA POMPA DI CALORE ACQUAACQUA DI PICCOLA TAGLIA EXPERIMENTAL ANALYSIS OF THE SUBSTITUTION OF R134A WITH R1234YF, R1234ZE(E), R450A AND R513A IN A SMALL CAPACITY WATER-TO-WATER HEAT PUMP VERSO LA TRASFORMAZIONE DEL PATRIMONIO EDILIZIO ITALIANO IN NZEBS NEARLY ZERO ENERGY BUILDING: IL PROGETTO PRIN 2015 TOWARDS THE ITALIAN BUILDING HERITAGE TRANSFORMATION INTO NZEBS (NEARLY ZERO ENERGY BUILDING): THE PRIN 2015 PROJECT MONITORAGGIO E SIMULAZIONE DINAMICA DI UN EDIFICIO PILOTA DOTATO DI TETTO VERDE MONITORING AND DYNAMIC SIMULATION OF A PILOT BUILDING EQUIPPED WITH A GREEN ROOF CONFRONTO SPERIMENTALE TRA TECNICHE DI MISURA DELLA VENTILAZIONE NATURALE DEGLI EDIFICI AN EXPERIMENTAL COMPARISON BETWEEN DIFFERENT METHODS TO MEASURE BUILDING NATURAL VENTILATION

STRUTTURE RICETTIVE BIM

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CRITERI DI PROGETTAZIONE

Remarks on the air recirculation in HVAC systems during the SARS-CoV-2 outbreak: the case of all-air ducted plants

Superbonus 110%, gli interventi ammissibili e il ruolo del professionista