La progettazione impiantistica in ambiente BIM - HVAC: Vantaggi e problematiche del modello informativo

Rebuilding punto vendita presso il Parco Commerciale Da Vinci (Roma)

IL PROGETTO

Il progetto consiste nella ristrutturazione architettonica, strutturale e impiantistica di un edificio situato nel comprensorio del Parco Commerciale Da Vinci, alla periferia Ovest di Roma, nei pressi dell’aeroporto di Fiumicino. Il fronte principale, in cui sono situate le vetrine e gli ingressi per la clientela, è esposto a Sud-Est, il retro, con i locali dedicati al personale e allo stoccaggio delle merci a Nord-Ovest. 

Figura 1 – Inquadramento dell’edificio all’interno del Parco Commerciale Da Vinci (ROMA)

L’intervento qui descritto prevede la sostituzione dell’impianto di climatizzazione dell’edificio in oggetto. Il lavoro si inserisce in un progetto di rebuilding che comprende un consolidamento strutturale, con rinforzi in acciaio sulle fondazioni, cerchiatura dei pilastri, rinforzo della struttura del tetto e l’aggiunta di una maglia in acciaio a sostegno della facciata frontale. Inoltre è prevista una modifica della distribuzione interna degli ambienti, con l’aumento di circa 400 m² dell’area vendite e l’aggiunta di un soppalco con struttura in acciaio ad uso staff+stock, ovvero locali riservati al personale e magazzino per le merci. 

L’edificio, di circa 2400 m² di superficie utile, presenta una pianta rettangolare, con un fronte adibito a vetrina che comprende i due ingressi per la clientela. A lato si trovano le necessarie uscite di sicurezza e sul retro l’ingresso per il personale e lo scarico merci. Un lato è adiacente ad un altro edificio di caratteristiche e dimensioni similari, mentre gli altri tre sono liberi. 

La struttura consiste in una pilastratura in calcestruzzo armato a maglia regolare, poggiante su fondazioni a travi rovesce. La copertura è costituita da travi in calcestruzzo armato prefabbricate su cui poggia un solaio nervato prefabbricato in calcestruzzo armato. Nella zona del tetto su cui poggiano le unità di trattamento dell’aria è presente un rinforzo della struttura per sostenerne il carico. La muratura esterna è costituita da pannelli in calcestruzzo alleggerito prefabbricati con intercapedine in poliurietano. L’altezza utile interna è di 850 cm, ma l’intera area vendita viene dotata di constrosoffitto a 500 cm, 350 cm e 320 cm a seconda delle zone.
La suddivisione dell’area vendita è realizzata con pannelli in cartongesso bifacciale, con grandi aperture che collegano le varie zone. Sono previste due aree dedicate ai camerini di prova, con controsoffitto a 310 cm.

Figura 2 – Pianta piano terra – Suddivisione ambienti

Verranno realizzati 8 camini in cartongesso dalla linea del controsoffitto fino al solaio di copertura, dotati ciascuno di due lucernari EFC con sistema di areazione secondo prescrizione dei Vigili del Fuoco.
La zona riservata allo staff al piano terra ospita un bagno di servizio, un piccolo ufficio, le scale e l’ascensore per accedere al piano superiore. Il soppalco è realizzato con struttura in acciaio indipendente, di cui verranno aggiunte le fondazioni. Otto colonne in acciaio a sezione circolare sostengono una struttura in profili HEA e solaio in lamiera grecata e calcestruzzo gettato in opera. Anche al piano superiore la divisione degli ambienti è prevista con pannelli in cartongesso bifacciale con un controsoffitto a un’altezza di 270 cm, tranne nella zona del magazzino. Esternamente questo piano viene dotato di una scala di sicurezza. 

Figura 3 – Pianta piano primo – Suddivisione ambienti

Figura 4 – Sezioni – Suddivisione ambienti

L’impianto di climatizzazione preesistente, di cui si progetta la sostituzione, consiste in due unità di trattamento dell’aria di tipo Rooftop che alimentano due circuiti di canalizzazioni che servono metà edificio ciascuno. Le zone dedicate allo stoccaggio delle merci e al personale, presenti al piano terra nello stato di fatto, sono climatizzate da impianti a espansione diretta e il ricambio dell’aria è garantito da due unità VMC con scambiatore di calore. La rete di distribuzione dell’aria principale consiste in due dorsali sull’asse centrale dell’edificio, ognuna servita da un’unità in copertura, da cui si diramano i canali di mandata. La ripresa è affidata a canali posizionati ai lati lunghi dell’edificio. 
 
Figura 5 – Canalizzazioni aerauliche preesistenti

RICHIESTE DELLA COMMITTENZA

Il consolidamento strutturale è dovuto sia alla necessità di adeguamento alla normativa antisismica vigente, sia al riscontrarsi di cedimenti del terreno nella zona circostante, che hanno coinvolto diversi edifici analoghi al caso in oggetto, presenti nelle vicinanze. L’intervento sulla struttura ha dunque priorità sugli altri sia per questioni di sicurezza, sia per necessità nell’organizzazione delle fasi di lavoro. 

Le modifiche alla disposizione interna degli ambienti hanno un’ovvia importanza per la committenza, in quanto comportano un aumento sostanziale dell’area commerciale, e di conseguenza del volume di vendita della merce trattata. Tali necessità hanno condizionato le scelte progettuali della componente impiantistica, soprattutto per quanto riguarda la scelta e il posizionamento dei terminali. 

L’intervento di sostituzione dell’impianto di climatizzazione prevede la realizzazione di un impianto a tutta aria per la zona di vendita, alimentato da due unità di gestione dell’areazione di tipo rooftop, posizionate sul tetto dell’edificio, in aggiunta a un impianto a espansione diretta dedicato all’area riservata al personale dipendente e al magazzino merci. La committenza ha specificatamente richiesto di riutilizzare quanto più possibile i condotti aeraulici preesistenti. Di conseguenza sono stati analizzati i canali a disposizione, configurando il sistema in modo da effettuare solo le modifiche strettamente necessarie, dovute soprattutto a una diversa disposizione della rete di distribuzione, in conseguenza delle modifiche architettoniche delineate dal progettista. Le caratteristiche formali dell’area vendita e, in particolare, la disposizione dell’impianto illuminotecnico, sono di estrema importanza per la committenza, in quanto studiate per massimizzare la qualità della fruizione degli ambienti da parte dei clienti, e di conseguenza incrementare il volume di vendita. Ne deriva che il posizionamento dei corpi illuminanti, e in generale di tutto il nuovo apparato illuminotecnico, ha la precedenza sugli altri componenti impiantistici, che quindi sono stati adattati a questa esigenza, non sempre ottenendo la configurazione più efficiente. Questi vincoli riguardano soprattutto la tipologia di bocchettoni di mandata e ripresa dell’aria scelti e il loro posizionamento, che non sempre rispecchiano la configurazione ottimale. 

Figura 6–Canalizzazioni aerauliche: demolizione/riutilizzo

SCELTA DEGLI IMPIANTI

In questo progetto sono stati utilizzati due tipo di impianto: 

• Un impianto a tutta aria per la zona dedicata alla vendita, alimentato da due unità rooftop 

• Un impianto idronicocon ventilconvettori integrato da aria primaria con recupero di calore per la zona denominata Staff & Stock, dedicata al personale dipendente e allo stoccaggio della merce

 La scelta, per quanto riguarda l’area vendita, è stata dettata principalmente dalla richiesta di riutilizzare quanto più possibile i condotti dell’impianto precedente, anch’esso a tutta aria. Inoltre si tratta di un unico grande ambiente, suddiviso solo da setti in cartongesso con grandi aperture, caratterizzato da un carico termico piuttosto uniforme. L’intera area ha le stesse condizioni di progetto e, fatta eccezione per la zona adiacente agli ingressi, subisce variazioni di carico analoghe in tutta la sua interezza. La climatizzazione viene realizzata attraverso unità a parziale ricircolo con ricuperatore di calore, con circuiti frigoriferi reversibili a pompa di calore aria-aria. L’impianto deve garantire, oltre al mantenimento delle condizioni microclimatiche, anche quelle di igiene ambientale, compensando le dispersioni invernali e le rientrate di calore estive, nonché l’immissione di inquinanti all’interno dello spazio occupato. La percentuale di aria esterna sul totale viene gestita in funzione delle situazioni in cui si trova ad operare l’attività, agendo sulla programmazione del sistema di supervisione, con la possibilità di intervenire manualmente secondo necessità. La variazione del rapporto di portata, tra aria esterna e aria ricircolata, è effettuata attraverso serrande coniugate, poste sulla presa d’aria esterna e sull’espulsione 
L’area dedicata al personale e alla merce, invece, presenta requisiti differenti, soprattutto nella zona del magazzino. Si è quindi optato per un sistema misto, data la necessità di ventilazione meccanica e la suddivisione del volume da climatizzare in molti ambienti di piccole dimensioni. Questo sistema permette una migliore regolazione locale rispetto a quello a tutta aria, e garantisce un ingombro decisamente più ridotto. 
Tutti gli impianti funzionano a orari che dipendono dalla presenza di utenti nell’ambiente, e la regolazione avviene mediante termostati ambiente. L’estrazione dell’aria dei bagni è garantita da un circuito separato, mentre la loro climatizzazione è parte del sistema dell’area staff & stock. 

MODELLO BIM 

Modello architettonico e progetto preliminare HVAC

La caratteristica impostazione del processo BIM, che lavora tramite modelli federati, relativi alle singole discipline, ha permesso di realizzare velocemente i modelli architettonico e strutturale dell’edificio gestendo, tramite le fasi di lavorazione, lo stato di fatto e lo stato di progetto. Una volta ottenuta la base di lavoro, si è potuto procedere a modellare gli impianti aeraulici esistenti, analizzando quali sezioni fosse necessario demolire e quali si potessero riutilizzare. Chiaramente la possibilità di distinguere diverse fasi di lavoro e diverse componenti architettoniche e impiantistiche all’interno del medesimo modello ha permesso un notevole risparmio di tempo al progettista. 

Prima di procedere alla modellazione digitale della rete, è sempre consigliato realizzare un progetto preliminare su carta, poiché rimane in ogni caso il metodo più efficace e immediato per avere un idea del layout da realizzare sul computer. Inoltre affidare il processo progettuale interamente al software potrebbe finire per ridurre la capacità critica del progettista, qualità che viene acquisita con l’esperienza e soprattutto commettendo errori e trovandone la soluzione. 

Il progetto preliminare eseguito a mano permette inoltre di avere una prima idea delle difficoltà che si incontreranno nel posizionamento dei canali. È consigliabile anche formulare un dimensionamento di massima, utilizzando eventualmente l’ausilio di un foglio di calcolo. In questo modo si potrà procedere alla modellazione in ambiente BIM inserendo già condotti con una dimensione plausibile.

Progetto rete di distribuzione

Una volta scelte le macchine e i terminali da installare, e la loro relativa posizione nell’edificio, è possibile richiedere al software di fornire diverse ipotesi di layout automatico. Questa operazione risulta particolarmente utile in caso di impianti complessi o strutture architettoniche che presentino diversi vincoli di posizione; il software infatti evita automaticamente di attraversare con canali o tubazioni elementi strutturali, vani scala, infissi, o qualsiasi altra cosa crei interferenza con la rete di distribuzione impiantistica. Nel caso specifico in questione, questo strumento risulta molto utile nel collegare i canali della rete preesistente a quelli di nuova installazione, aggirando quanto più possibile le componenti dell’impianto illuminotecnico già descritte in precedenza. Qualsiasi soluzione proposta dal computer può essere ovviamente modificata a piacimento del progettista.

Dimensionamento canali aeraulici

Una volta realizzato il layout della rete, eventualmente già con la sua rappresentazione tridimensionale, molti software BIM offrono la possibilità di dimensionare automaticamente i singoli tratti, oppure l’intera sezione della rete. La portata all’interno dei canali è già calcolata in base alle impostazioni dei terminali e delle macchine inseriti. È possibile scegliere tra vari metodi di calcolo, tuttavia il metodo più comunemente utilizzato è quello a perdita di carico costante. Inoltre si possono specificare vincoli dimensionali sui condotti, che avranno priorità sui vincoli di flusso. Nelle impostazioni dei condotti sarà possibile specificare eventuali vincoli sulle dimensioni delle varie tipologie di canali. 

Una volta terminato il dimensionamento è possibile verificarne la correttezza anche graficamente attraverso appositi strumenti di analisi del sistema creato. Si può quindi rappresentare le velocità dell’aria, il flusso, le perdite di carico e così via. Questo strumento permette di individuare molto velocemente i tratti non idonei ai requisiti progettuali, ad esempio quelli con una velocità troppo elevata, che è causa di rumore. È possibile quindi agire direttamente sul tratto interessato, o ridimensionare l’intera sezione con una perdita di carico minore. 

Un ulteriore strumento di verifica molto utile sono gli abachi, ovvero elenchi compilati da software secondo specifiche richieste sui parametri da visualizzare. Inserendo una colonna di verifica su un determinato dato, verrà visualizzata la condizione sì/no in base al limite imposto. Questo permetterà di individuare velocemente eventuali anomalie. 

I calcoli di dimensionamento appena descritti possono essere eseguiti anche tramite foglio di calcolo o altro software analogo, ma si perde il grande vantaggio della modifica automatica di tutti gli elementi e i valori coinvolti nel modello a seguito di una qualsiasi correzione. Infatti il vantaggio di usare un software BIM è che ogni variazione degli input per il calcolo aggiorna automaticamente il disegno e i relativi abachi e computi. Anche in assenza di modifiche risulta conveniente proprio perché il calcolo si ripercuote direttamente sulla rappresentazione grafica. Questo tipo di software offre moltissime impostazioni che possono essere sfruttate per ottimizzare le procedure, facilitandole, velocizzandole e riducendone errori. 

Gli strumenti di analisi e verifica a disposizione dell’utente poi lavorano in perfetta sincronia e offrono un vantaggio innegabile nell’ottimizzazione del lavoro. 

Una volta creati i vari sistemi, solo il lavoro in ambiente BIM offre la possibilità di controllare le interferenze con gli altri componenti del progetto, a patto che anch’esse siano state realizzate in maniera analoga. 

Figura 7 –Pianta piano terra – Bocchettoni impianto aria-aria

Figura 8 –Pianta piano terra – Rete distribuzione impianto aria-aria

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CREDITI:

Progetto: Rebuilding punto vendita IT333 Parco Commerciale Roma Da Vinci
Progetto esecutivo: Per. Ind. Andrea Gamberini, Ing. Davide Cantelli, Studio Gamberini 

Tesi di laurea: Utilizzo del Building Information Modeling nella progettazione impiantistica
                        Dott. Ing. Davide Cantelli