La progettazione degli impianti idro-sanitari
La nuova norma UNI 9182 e gli strumenti di calcolo.
Considerazioni generali e normativa vigente
La progettazione degli impianti idro-sanitari presenta aspetti e criteri specifici. In particolare, gli aspetti rilevanti che il progettista si trova a dover affrontare, riguardano:
- la determinazione delle portate di progetto;
- la verifica di adeguatezza delle pressioni (dinamica e statica) presso gli apparecchi erogatori;
- la valutazione della portata del sistema di ricircolo;
- la verifica delle prestazioni di quest’ultimo;
- il dimensionamento del sistema di preparazione.
Analogamente ad altri ambiti progettuali, anche nel caso delle reti idriche esistono norme tecniche che il progettista potrà assumere come riferimento. Nello specifico, attualmente esistono due norme che trattano le tematiche relative a questo tipo di impianti: la norma UNI EN 806 e la norma UNI 9182, quest’ultima aggiornata di recente con la nuova versione di febbraio 2014.
Per quanto riguarda gli aspetti puramente progettuali, considerando ad esempio ciò che riguarda la determinazione della portata di progetto, entrambe le normative forniscono specifiche metodologie; tuttavia la norma UNI EN 806 propone il proprio criterio in qualità di “metodo semplificato”, lasciando facoltà al progettista di riferirsi a metodi di calcolo “dettagliati” approvati a livello nazionale, costituiti nel nostro caso dalla norma nazionale UNI 9182 (versione febbraio 2014).
La norma UNI 9182 affronta praticamente tutte le tematiche correlate all’impianto idro-sanitario, non solo gli aspetti progettuali ma anche ad esempio ciò che riguarda l’installazione e il collaudo delle reti; alcuni dei temi sono trattati unitamente alla norma UNI EN 806 attraverso appositi rimandi.
Nel seguito vengono analizzati sinteticamente gli aspetti progettuali, cercando anche di evidenziare eventuali differenze rilevanti fra il testo dell’attuale norma UNI 9182 e la sua versione precedente.
La portata di progetto
La determinazione delle portate di progetto dell’impianto, cui consegue il dimensionamento delle tubazioni di adduzione, viene condotta attraverso l’applicazione di criteri di contemporaneità. In una rete di distribuzione idrica, dove è assolutamente improbabile che si abbiano condizioni di utilizzo in cui tutti gli apparecchi erogatori siano attivi, risulta evidente la necessità di “filtrare” l’informazione relativa alla presenza degli apparecchi attraverso criteri di contemporaneità, in modo da valutare una condizione di esercizio di progetto corrispondente all’uso massimo “probabile” dell’impianto.
A tale proposito l’attuale testo della norma UNI 9182 conferma il criterio delle unità di carico (UC) già adottato nelle sue precedenti versioni, cui corrisponde l’adozione di apposite “curve di contemporaneità” differenziate in funzione della destinazione d’uso dell’edificio: abitazioni private ed edifici collettivi (alberghi, ospedali, scuole, caserme, centri sportivi e simili), uffici e simili.
Ad ogni apparecchio, in funzione anche in questo caso della destinazione d’uso (abitazioni private, edifici ad uso pubblico e collettivo), viene associato un valore convenzionale di “unità di carico”.
Al generico tratto di tubazione di rete (non terminale) si assegna un valore totale di unità di carico pari alla somma dei valori attribuiti agli apparecchi situati a valle del tratto stesso. Entrando con tale dato all’interno della curva di contemporaneità pertinente, la norma consente di determinare la portata di progetto da adottare per il dimensionamento del tratto di tubazione. Nell’attuale norma, a differenza della precedente, non sono più presenti le “combinazioni di apparecchi.” (1)
Nota (1).In sostanza dall’applicazione di appositi valori di UC attribuiti a tali combinazioni (ad esempio relative a “bagno completo + cucina”, “bagno per albergo”, “bagno per ospedale o clinica”, ecc.), se presenti nel progetto, ne discendeva una pre-attenuazione del dato complessivo di UC adottato per il dimensionamento del singolo tratto di tubo, che si rifletteva pertanto sulla portata di progetto per esso adottata. Nell’attuale testo normativo tale modalità non è più contemplata.
Dalla metodologia generale sopra espressa discende inevitabilmente il fatto che, essendo la portata del singolo tratto di tubo determinata in base a criteri statistici, la portata di un tratto a monte non sarà in generale pari alla somma della portate dei tratti afferenti a valle.
Valutata la portata di progetto, la scelta del diametro viene svolta in generale attraverso il criterio delle velocità massime ammissibili all’interno della tubazione. Anche in questo caso possiamo segnalare una variazione di tale criterio rispetto alla precedente versione della norma. In particolare, mentre in precedenza il limite di velocità era variabile in funzione del diametro, nell’attuale testo, in base a quanto riportato nell’Appendice C, la velocità massima ammessa è pari a 2 m/s per la distribuzione primaria, le colonne montanti e le tubazioni di distribuzione al piano, mentre il valore sale a 4 m/s per i tratti terminali di adduzione al singolo apparecchio.
Per completezza si precisa tuttavia che, nell’ambito in generale della progettazione di tali reti, la determinazione del diametro di progetto può essere svolta anche in base al criterio del carico unitario lineare, ovvero della massima “perdita di carico distribuita” per metro lineare; in questo caso viene preventivamente stimato il suo valore e si sceglie il diametro che consente il soddisfacimento di tale condizione.
Pressioni di esercizio
L’adeguatezza della rete idrica deriva naturalmente anche dalla garanzia di soddisfacimento di adeguate condizioni di pressione di alimentazione per gli apparecchi connessi, con particolare riferimento agli apparecchi “sfavorito” e “favorito” che diventano cautelativamente rappresentativi per l’impianto.
In particolare, secondo le prescrizioni della UNI 9182, è necessario garantire all’apparecchio sfavorito una pressione piezometrica in condizioni dinamiche (che per brevità chiameremo “pressione dinamica”) non inferiore alla pressione minima di utilizzo prevista, che sostanzialmente per tutti gli apparecchi viene posta pari ad 1 bar. Mentre, per quanto riguarda l’apparecchio “favorito”, è necessario verificare che la pressione statica non ecceda il valore di 5 bar.
Queste sono pertanto le condizioni di pressione dinamica e statica ammissibili da considerare al fine di produrre un progetto conforme alle prescrizioni normative.
Rete di ricircolo
La rete di ricircolo condiziona la “prontezza” della rete di adduzione di acqua calda o meglio, ha il duplice scopo di consentire lassi di tempo (e quantitativi di acqua) non troppo elevati prima dell’erogazione di acqua calda dal singolo apparecchio e, contemporaneamente, di evitare i rischi igienici della stagnazione.
Tale sezione di impianto infatti realizza in generale un circuito chiuso “applicato” alla rete di adduzione acqua calda e, attraverso il costante ricircolo attraverso il preparatore (boiler o scambiatore), consente il mantenimento in temperatura dell’impianto di adduzione fino ad arrivare in prossimità delle utenze.
Nella sua progettazione si devono affrontare in particolare due aspetti rilevanti: la determinazione di una portata di ricircolo appropriata e l’osservanza dei vincoli che definiscono la prontezza di servizio.
La portata di ricircolo in generale deve essere tale da garantire un decadimento di temperatura adeguato, valutato fra preparatore e punto di stacco (all’estremità opposta) in prossimità delle utenze; il decadimento di temperatura tipicamente utilizzato e proposto nella norma UNI 9182 ai fini del dimensionamento è pari a 2 K.
Per quanto concerne i vincoli che definiscono la prontezza del servizio, l’attuale norma prevede una duplice verifica, ovvero un tempo di erogazione non superiore a 30 s e un volume d’acqua non superiore a 3 l (+10%), quest’ultimo valutato dal punto di stacco della linea di ricircolo fino all’apparecchio erogatore.
La stessa norma prevede inoltre l’adozione, per tali linee, di diametri interni non inferiori a 10 mm.
Infine si tenga presente anche l’eventuale problema relativo al bilanciamento della rete di ricircolo, qualora le caratteristiche della rete lo richiedano. Il bilanciamento della rete permette di riflesso che la condizione prestazionale prevista per il servizio di ricircolo venga garantita adeguatamente in tutte le parti dell’impianto, oltre a costituire un supporto nel processo di disinfezione termica; sul mercato sono presenti valvole di bilanciamento specifiche adatte agli scopi citati.
Sistema di preparazione
Un aspetto della progettazione cui prestare particolare attenzione, riguarda il dimensionamento dei preparatori, in particolare il dimensionamento dei bollitori ad accumulo.
La norma UNI 9182 fornisce, nell’Appendice G, una metodologia volta alla determinazione dei dati di progetto relativi a volume del preparatore e potenza del serpentino riscaldante. Il calcolo fa riferimento innanzi tutto ai consumi e alla durata del “periodo di punta”, lasso di tempo di riferimento nel quale si ipotizza avvengano i prelievi del servizio. In base ad altri parametri quali il tempo di preriscaldamento e le temperature di rete e dell’acqua accumulata, vengono calcolati i dati di dimensionamento citati sopra; la scelta dell’oggetto commerciale pertanto dovrà concentrarsi su un dispositivo idoneo a garantire la prestazione che discende dal dimensionamento di progetto.
Progettazione assistita
Le problematiche ed i risvolti sinteticamente presentati, pongono in evidenza la complessità insita nel dimensionamento delle reti di adduzione idrica.
I vincoli, le prescrizioni normative e le esigenze generali di una buona progettazione rendono la fase di calcolo decisamente articolata e impegnativa; da ciò deriva l’opportunità, se non la necessità, di utilizzare strumenti di calcolo appositamente studiati per assistere il professionista nella propria attività.
A tale scopo EDILCLIMA propone la nuova versione 3 del software “EC735 - Reti idriche”, che offre i vantaggi di una progettazione assistita rapida, flessibile e accurata.
La nuova versione del programma nasce in primo luogo per esigenze di adeguamento alla nuova edizione della norma UNI 9182 e contestualmente amplia le potenzialità della sezione adibita al disegno tridimensionale della rete impiantistica (input grafico).
In riferimento agli adeguamenti a seguito dell’emanazione della nuova edizione della norma, si precisa che il software EC735 implementa tutte le variazioni intervenute nei criteri di dimensionamento (ad es. nuove velocità ammissibili, coefficienti per le perdite localizzate, ecc.); in particolare viene reso disponibile, oltre al metodo analitico preesistente, anche il metodo dell’Appendice L, attualmente fornito dalla norma per il calcolo delle portate di ricircolo (procedura B).
A ciò si aggiunga anche la nuova possibilità di calcolare dettagliatamente, per ogni apparecchio (dotato di acqua calda), i parametri relativi ai vincoli di prontezza di servizio della rete di ricircolo, in particolare il tempo di erogazione e il volume d’acqua a partire dal punto di distacco dalla linea in cui è attivo il ricircolo; questi ultimi parametri sono finalizzati alla verifica degli appositi vincoli normativi e costituiscono un approfondimento importante ai fini del successo della fase di collaudo dell’impianto.
Per quanto riguarda invece l’ampliamento sopra citato delle potenzialità dell’input grafico, esso consiste nella possibilità di velocizzare il disegno della rete attraverso la creazione di “modelli di utenza” (denominati “gruppi utenza”) in grado di rappresentare, ad esempio, un singolo appartamento.
In presenza di simmetria nella rete interna delle singole utenze (ad esempio appartamenti simili), o qualora ci si possa permettere una semplificazione, sarà possibile disegnare nel dettaglio solo una di esse e poi replicare il modello laddove pertinente nel resto dell’impianto, con la possibilità naturalmente di gestire anche più tipi di modelli qualora siano presenti più insiemi omogenei nel progetto.
Il software in generale possiede quelle caratteristiche di completezza e flessibilità che consentono di trattare conformazioni impiantistiche di vario tipo e di gestire la presenza dei componenti tipici d’impianto (valvole, contatori, collettori, preparatori, riduttori di pressione, gruppi di pompaggio, ecc.), offrendo un adeguato livello di controllo da parte dell’utente di quei parametri che influenzano l’esito del dimensionamento, ovvero un adeguato livello di “regia” nella conduzione del progetto.
In conclusione, EC735 è il software idoneo per il professionista (anche meno esperto) che intende progettare accuratamente e agilmente le reti di adduzione idrica, nonostante la complessità insita in tale ambito, ed è inoltre uno strumento efficace nell’assistere il progettista nell’interpretazione corretta delle prescrizioni normative e nell’applicazione dei criteri di buona tecnica.