Esteso su 169 ettari nel quadrante nord-orientale di Bologna, TEK sarà il distretto della conoscenza, dell’intrattenimento e della tecnologia che cambierà il volto della città. L’articolato programma di rigenerazione urbana sostenibile metterà in stretta relazione le sedi dei principali attori istituzionali e degli operatori economici e scientifici.
Il tecnopolo DAMA (Datacenter e Manifattura) è fra i progetti più importanti per il distretto. I supercomputer già in funzione (Leonardo, ECMWF) saranno progressivamente affiancati da ulteriori centri di calcolo e da spazi per le attività direzionali, la didattica, la ricerca e il trasferimento tecnologico, orientati agli ambiti “big data” e “intelligenza artificiale”, oltre a servizi commerciali e collettivi.
Gli interventi per la riqualificazione dell’ex Manifattura Tabacchi sono in fase di completamento. Da pochi mesi è iniziata anche la costruzione della nuova Centrale Tecnologica (di seguito CT), l’infrastruttura che fornirà i fluidi destinati alla climatizzazione a gran parte del tecnopolo.
Il progetto in sintesi
La realizzazione della CT e le attività di gestione per 30 anni sono state affidate al consorzio Tecnopolo Energy Service, composto dalla società di servizi tecnici Reekeep e dall’impresa specializzata CIAB, nell’ambito di un project financing promosso dalla Regione Emilia-Romagna.
Curato da F-Ingegneria (coordinamento, architettura, strutture, sicurezza) con STIEM Engineering (impianti), il progetto prevede un edificio ad alto contenuto tecnologico e basso impatto ambientale, candidato alla certificazione LEED Silver, per la produzione e distribuzione di energia termica prevalentemente in modalità “carbon-free”.
La nuova CT sarà il “cuore” dell’Energy Centre del tecnopolo, che comprenderà anche la stazione primaria di Terna e le sottostazioni di Cineca ed ECMWF. L’approccio integrato alla progettazione ha coniugato esigenze tecnologiche e sostenibilità ambientale, prevedendo un’infrastruttura armonicamente inserita nel contesto urbano.
Il dimensionamento risponde ai fabbisogni energetici degli spazi e delle attività del tecnopolo. Oltre alla ristrutturazione di 6 edifici esistenti (data center, uffici direzionali, centro congressi, ristorazione, attività ricreative), sono previsti 2 fabbricati di nuova costruzione (uffici direzionali), per una superficie complessiva di circa 83.500 m2. La CT accoglierà differenti generatori termici e frigoriferi alimentazione elettrica o a metano, compresa un’unità CHP, tutti ad altissima efficienza con ampia flessibilità d’esercizio e ridondanza.
Saranno inoltre valorizzate le risorse energetiche presenti nel sito (campo di sonde geotermiche, recupero del calore di scarto). Dal punto di vista energetico, il ricorso a salti termici elevati consentirà il contenimento delle portate e quindi dei consumi elettrici per il pompaggio. La produzione dei fluidi termovettori sarà oggetto di monitoraggio e gestione orientati alle migliori prestazioni energetiche. Le macchine termofrigorifere utilizzeranno gas refrigeranti a ridotto impatto climalterante.
Spazi e funzioni
Situato a nord del tecnopolo, l’Energy Center disporrà di due ingressi attestati sulla viabilità locale, collegati dal percorso carrabile interno. Una fitta fascia verde mitigherà la presenza del tracciato della tangenziale, che delimita l’area a settentrione. Il resto del sito d’intervento sarà occupato da parcheggi a raso e superfici a prato. La CT è situata nel vertice sud-ovest del lotto.
Si tratta di un edificio a pianta rettangolare (impronta a terra circa circa 1.500 m2) da realizzare con strutture portanti, solai e tamponamenti prefabbricati in calcestruzzo armato vibrato, assemblati in sito secondo una maglia strutturale con interasse di circa 12 x 8 m. Il volume fuori terra è prevalentemente cieco, con facciate in pannelli prefabbricati in conglomerato colorati in pasta (altezza circa 6 m) e struttura metallica di coronamento (circa 6 m), rivestita da pannelli grigliati che sosterranno la crescita di vegetazione rampicante, utile alla mitigazione ambientale, visiva e acustica della CT.
Gli spazi interni sono organizzati su 3 livelli collegati da un unico vano scala. Il piano interrato occupa il settore a levante del sedime e ospita:
– centrale antincendio con riserva idrica (250 m3);
– vasche per la raccolta dell’acqua piovana (250 m3) e l’invarianza idraulica (35 m3);
– deposito, affiancato dal cavedio a cielo aperto per l’ingresso delle apparecchiature e dal disimpegno verso il tunnel tecnico.
Destinato al passaggio dei circuiti di distribuzione e al transito di personale e apparecchiature, il tunnel (lunghezza complessiva circa 120 m, sezione tipo 3 x 3 m) sarà realizzato in opera.
Al piano terreno della CT si trovano locali distinti con accesso dall’esterno e dal connettivo interno, per:
– punto di consegna dell’elettricità, cabina trafo, sala quadri MT e power center BT;
– centrale idrica;
– centrale termofrigorifera e di pompaggio, con sale riservate alle caldaie e al cogeneratore;
– officina con magazzino, ufficio e servizio igienico;
– ulteriori spazi e predisposizioni impiantistiche per il futuro potenziamento della dotazione.
La copertura piana è praticabile, in gran parte ricoperta da un tetto verde e completamente circondata dalla struttura metallica grigliata, che cela alla vista torri evaporative, dry-coolers, canne fumarie, aperture di areazione, estrattori, ecc.. La conclusione dei lavori (valore complessivo circa 13,5 milioni di euro) è prevista entro il 2026, con attivazione del servizio in base alla progressiva occupazione del tecnopolo.
Generatori e distribuzione
Per il riscaldamento degli edifici la CT metterà a disposizione una potenza termica pari a 4.466 kWt, ottenuta con:
– 2 pompe di calore acqua/acqua (ciascuna 1.800 kWt), per il recupero dell’energia termica di scarto proveniente dal raffreddamento del supercomputer Leonardo (attuale data center CINECA);
– 1 pompa di calore geotermica reversibile (450 kWt, 336 kWf), attestata sul campo di 75 sonde ipogee (profondità 130 m, portata unitaria 1.080 l/h) realizzata contestualmente alle fondazioni di un edificio del tecnopolo;
– 1 cogeneratore alimentato a metano, per la produzione combinata di energia termica (416 kWt) ed elettrica (263 kWe).
Il ricorso alle pompe di calore idrotermiche è strettamente legato alla presenza nel sito di significative risorse termiche. Il calore di scarto del supercomputer, ad esempio, è disponibile nella sottocentrale Cineca a 38 °C effettivi, mediante 3 scambiatori di calore a piastre (ciascuno 1.500 kWt, di cui uno di riserva). I fluidi per il raffrescamento degli edifici del Tecnopolo saranno prodotti da 3 gruppi frigoriferi condensati ad acqua (ciascuno 2,5 MWf), con predisposizione per un ulteriore chiller in grado da incrementare la potenza disponibile (fino a 10.000 MWf).
Il calore per la condensazione sarà fornito da 4 torri evaporative a circuito aperto (ciascuna 3.219 kWt, di cui 1 di riserva), poste sulla copertura del fabbricato, con possibilità di installare un’altra torre e innalzare la capacità totale di smaltimento del calore (oltre 16 MWf). Il funzionamento degli impianti HVAC è supportato da dispositivi per il trattamento chimico-fisico dell’acqua per usi tecnici, da accumuli per l’acqua di ritorno dei circuiti caldo (5.000 l) e refrigerato (5.000 l, più altri 1.000 l riservati alla pompa di calore geotermica) e da un sistema di espansione automatico per le reti dell’acqua calda.
La centrale di pompaggio comprende prevalentemente gruppi di elettropompe monoblocco con inverter, per i circuiti primari di pompe di calore acqua/acqua (2 in funzione + 1 di riserva), cogeneratore (1+1), pompa di calore geotermica (1+1 lato utenza, 1+1 lato sonde), caldaie (2+1), gruppi frigoriferi (2) e pompe di calore acqua/acqua (2).
I circuiti per il recupero del calore dal CINECA e per le torri evaporative dispongono rispettivamente di 2+1 e 4 elettropompe monoblocco con inverter. Tutte le tubazioni sono in acciaio nero tranne quelle al servizio del campo geotermico, in pead, e alle torri evaporative, in acciaio inox.
Reti e sottocentrali
nel tecnopolo, con il tracciato del tunnel tecnico che distribuisce le reti dei fluidi termovettori alle sottocentrali – credits: F-Ingegneria, STIEM Engineering
Tutti i circuiti dei fluidi termovettori, comprese le reti provenienti dal campo geotermico e dalla sottocentrale Cineca, percorrono il tunnel tecnico sotterraneo. La distribuzione dei fluidi alle sottocentrali situate negli edifici del tecnopolo è affidata a circuiti a portata variabile in tubazioni di acciaio nero, ciascuno con elettropompe (3+1) e trasduttore di pressione differenziale per la gestione in cascata.
Le sottocentrali sono tutte equipaggiate con 2 scambiatori di calore a piastre per acqua calda e refrigerata, con regolazione costante del DT sui circuiti primari. I salti termici dei circuiti secondari degli scambiatori sono particolarmente elevati rispetto alla generalità degli impianti HVAC. Il concept progettuale implica ad esempio che il BMS mantenga sempre pari ad almeno 38 °C la temperatura di ritorno effettiva sul circuito secondario dello scambiatore di riscaldamento, in ogni condizione di carico. Una problematica simile interessa anche il salto termico dei circuiti degli scambiatori per l’acqua refrigerata.
Oltre a ridurre la flessibilità di gestione dell’impianto, queste condizioni potrebbero risultare inadeguate a soddisfare i carichi d’utenza – per i quali, normalmente, si accetta la temperatura di ritorno come conseguenza dello scambio termico fra impianto ed edificio, piuttosto che come requisito per il corretto funzionamento dell’impianto.
Per il tecnopolo sono stati previsti:
– il dimensionamento delle elettropompe dei circuiti caldo e refrigerato secondo i salti termici di progetto, gestite per mantenere un determinato differenza di pressione tra mandata e ritorno;
– una logica di regolazione della temperatura in uscita dallo scambiatore verso il circuito secondario, con modulazione da parte della valvola a 2 vie sul circuito primario.
Il controllo a DT costante, utilizzato spesso nelle reti di teleriscaldamento, è ipotizzabile con valori inferiori alle condizioni di progetto e solamente per il controllo delle elettropompe dei circuiti primari, escludendo quindi le valvole di regolazione dei singoli scambiatori.
Nelle sottocentrali si hanno quindi i seguenti salti termici di progetto sul circuito primario di distribuzione agli scambiatori:
– acqua calda -25 °C (65÷40 °C);
– acqua refrigerata 6° C (6÷12 °C);
con le rispettive logiche di regolazione e temperature di progetto:
– ingresso (dalle utenze) a 38 °C e uscita (alle utenze) a 50 °C;
– ingresso a 12,5 °C e uscita a 7,5 °C.
Altri impianti nella CT
La centrale è alimentata con una doppia fornitura MT (ciascuna circa 1.500 kWe), di cui di riserva, con 2 trasformatori (ciascuno 2 MVA). L’acqua fredda potabile è addotta alla CT mediante contatori distinti per il fabbisogno idrico degli edifici (portata 20 m3/h), i reintegri delle torri evaporative e dei circuiti tecnici (25 m3/h), la riserva antincendio (10 m3/h) e l’irrigazione (10 m3/h), tramite tubazioni interrate in pead fino alla centrale idrica.
La vasca di recupero delle acque meteoriche fornisce acqua per usi tecnici e per l’irrigazione, previ filtrazione e trattamenti. L’approvvigionamento del metano dalla rete è demandato a due stazioni di riduzione della pressione (da 5 bar a 100 mbar), collegate da tubazioni interrate in pead.
La CT è dotata di un servizio igienico, con ACS prodotta localmente da un boiler a resistenza elettrica (30 l) e relativo dispositivo per l’addolcimento. L’impianto di distribuzione dell’aria compressa al servizio delle apparecchiature pneumatiche è alimentato da un compressore tipo oil-free con serbatoio incorporato.
L’impianto di spegnimento antincendio prevede una centrale di pressurizzazione (elettropompa, motopompa, gruppo jokey) in grado di alimentare contemporaneamente e per 60 minuti sia 4 idranti UNI 70 (300 l/min a 4 bar), sia l’impianto sprinkler OH4 interno alla centrale.
Supervisione e controllo centralizzato della CT sono demandati a un sistema di BMS-SCADA di ultima generazione, in grado di monitorare e gestire il funzionamento di tutte le apparecchiature. Uno specifico algoritmo di calcolo ottimizzerà il funzionamento operativo, in relazione alle condizioni climatiche e alla domanda proveniente dagli edifici del tecnopolo, per conseguire le migliori performance energetiche.
La necessità di garantire il funzionamento continuo
Abbiamo chiesto all’ing. Gianfranco Flotta, direttore tecnico di F-Ingegneria, quali saranno i tratti distintivi della CT del tecnopolo DAMA:
«La minimizzazione dell’impatto paesaggistico e ambientale ha costituito una delle sfide principali: si tratta di un intervento unico nel suo genere – probabilmente l’unica centrale tecnologica certificata LEED in Italia. La CT sarà al servizio di un insediamento con esigenze di riscaldamento e raffrescamento significative e particolari, compresa la necessità di garantire il funzionamento continuo, 24/24 ore per 365 giorni all’anno.
Di conseguenza gli apparati previsti sono ridondanti e la sicurezza è stata fra gli aspetti più approfonditi in sede progettuale, ad esempio dal punto di vista strutturale (classe antisismica 4) e antincendio».
Quali soluzioni caratterizzano gli impianti HVAC?
«La CT è un vero e proprio nZEB che accoglie impianti estremamente efficienti e sostenibili, dimensionati in base a un un’analisi molto approfondita del fabbisogno energetico del tecnopolo e delle potenzialità offerte dalle risorse termiche disponibili. D’intesa con la committenza, le previsioni sono proiettate nel futuro, in modo da poter accompagnare lo sviluppo delle attività del tecnopolo almeno per il prossimo decennio.
Date le dimensioni dell’intervento e l’estensione della rete di distribuzione, il contenimento dei consumi per il pompaggio ha richiesto una soluzione ad hoc per la gestione dei notevoli salti termici nelle sottocentrali degli edifici, chiamate ad alimentare impianti di climatizzazione lato utenze con differenziali di temperatura standard».
Quali sono state le principali complessità affrontate e come sono state risolte?
«Dal punto di vista costruttivo, l’intervento interessa un’area già urbanizzata e densa di infrastrutture e sottoservizi, quindi abbiamo previsto opere speciali come il microtunneling, per realizzare alcuni tratti della rete di distribuzione, e stiamo coordinando i lavori con gli altri cantieri in corso nel tecnopolo, per il completamento degli edifici».
L’unità CHP è composta dal motore endotermico a metano, con recupero tramite scambiatori acqua/acqua e fumi/acqua, accoppiato all’alternatore sincrono trifase. Il dimensionamento prevede che le produzioni termica ed elettrica coprano completamente i consumi di base, per assicurare lunghi periodi d’esercizio a pieno carico senza cessione di energia all’esterno. Il cogeneratore sarà fornito completamente accessoriato con un involucro insonorizzato.
L’elettricità sarà completamente consumata all’interno della CT, per alimentare generatori, apparecchi e impianti durante l’intero arco dell’anno. Nella stagione calda il calore di recupero contribuirà alla produzione dell’ACS e all’alimentazione dei post-riscaldamenti negli edifici. È inoltre previsto l’eventuale funzionamento a isola come gruppo di soccorso.
La pompa di calore geotermica opererà solo in riscaldamento, con produzione di acqua a 50 °C destinata principalmente all’integrazione del fluido di ritorno alle pompe di calore acqua/acqua (45 °C). Nel periodo estivo, quando queste ultime sono spente, la pompa di calore geotermica potrà operare sul circuito primario dell’acqua calda: in questo caso l’energia termica proveniente dal cogeneratore innalzerà la temperatura di mandata a oltre 54 °C.
La potenza di backup è pari a 5.120 kWt, demandata a 4 caldaie a metano a condensazione (ciascuna 1,28 MWt), con possibilità di incrementare la potenza (fino a 6.400 kWt) aggiungendo un altro generatore a combustione. La CT è predisposta anche l’eventuale collegamento alla rete urbana del teleriscaldamento. I bruciatori a basse emissioni di NOx con funzionamento modulante producono acqua a 65 °C, con ritorno a 40 °C per favorire al massimo la condensazione dei fumi di scarico e contenere le portate del fluido in circolazione. L’evacuazione dei fumi avviene tramite camini distinti a doppia parete dotati di analizzatori delle emissioni.
Il controllo della capacità sarà nel range 10-100%, grazie alla combinazione di variazioni della rotazione del compressore e di differenti spaziature del diffusore sullo scarico dei gas. Si otterrà così il miglior controllo modulante in ogni condizione di lavoro, mantenendo costante a 6 °C la temperatura dell’acqua refrigerata in uscita con fluido di ritorno a 12 °C.
Le torri di evaporazione saranno gestite in parallelo con un unico circuito di pompaggio a portata variabile, con acqua in ingresso a 40 °C e in uscita a 30 °C. Ciascuna torre è dotata di ventilatore assiale con inverter, per la modulazione in funzione del carico termico e il contenimento delle emissioni acustiche ai carichi parziali.
Il reintegro del circuito di raffreddamento avverrà grazie all’acqua di precipitazione sulla copertura della centrale, previo trattamento. Grazie alla condensazione con acqua di torre sarà anche possibile produrre fluido refrigerato utilizzando le pompe di calore acqua/acqua (ciascuna 1.050 kWf), che funzioneranno così come backup dei gruppi frigoriferi. La commutazione per evaporatore e condensatore sarà supportata dalle elettrovalvole poste sui circuiti di andata e ritorno del fluido proveniente da CINECA, delle torri evaporative e dei primari dell’acqua tecnica calda e refrigerata.
