La nuova Great Hall del Kent College di Canterbury

La nuova Great Hall del Kent College di Canterbury è stata progettata con lo scopo di fornire uno spazio per spettacoli musicali e teatrali di livello professionale e, al tempo stesso, una struttura per eventi e assemblee. La sala, alta 11 metri, può ospi­tare fino a 600 persone sedute in platea e nelle gallerie.

All’e­sterno le pareti in mattoni e il tetto a falde di colore grigio confe­riscono all’edificio un aspetto sobrio (figura 1). Il tema continua all’interno, con un impatto estetico relativamente forte ma allo stesso tempo raffinato ottenuto con le finiture dello spazio dedi­cato alle performance realizzate in mattoni a vista e legno (figura 2).

La sala è orientata su un asse nord-sud, con il palcoscenico posto a sud (figura 3). Poiché si tratta di uno spazio polivalente, l’involucro prevede una superficie vetrata significativa, sebbene essa sia concentrata principalmente sui prospetti nord ed est, dove i carichi solari sono meno problematici.

La caratteristica principale dal punto di vista impiantistico è rappresentata dall’utilizzo di un sistema di ventilazione natura­le combinato con condotte geotermiche per il pretrattamento di grandi quantità di aria esterna senza la necessità di utilizzare si­stemi di raffreddamento di tipo meccanico (figura 4). I due fattori trainanti che hanno reso questo auditorium adatto all’impiego di un sistema di questo tipo sono stati la notevole altezza e gli eleva­ti carichi interni causati dal pubblico, dall’illuminazione del palco e dai rack dimmer, che ammontano a circa 63,5 kW.

Le condotte geotermiche sono fondamentali per garantire le pre­stazioni del sistema di ventilazione naturale e mantenere condi­zioni di comfort nella sala durante la stagione estiva. L’aria ester­na entra nell’edificio da lato sud e attraversa cinque gigantesche camere sotterranee in cemento, ciascuna delle quali misura fino a 3,5 metri di larghezza e 2 metri di altezza. L’area della sezione trasversale di passaggio è stata progettata abbastanza grande da permettere all’aria di transitare praticamente senza ostacoli. Con un sistema di ventilazione naturale, in genere si dispone in­fatti soltanto di una pressione massima di circa 0,5 Pa.

In estate, la temperatura relativamente costante del terreno, intorno a 12 °C, garantisce il mantenimento delle pareti delle camere a una temperatura prossima a questo valore, il che con­sente il preraffreddamento dell’aria esterna che entra nell’edificio. La divisione dell’aspirazione in cinque condotte separate permette di aumentare l’area delle pareti a contatto con l’aria, e quindi di massimizzare il trasferimento di calore, e di ripartire l’aria di mandata in funzione delle zone servite (figura 5).

Ogni condotta è dotata di una serranda motorizzata modulante, per controllare la quantità di aria esterna che viene immessa nel­lo spazio. Per massimizzare la velocità di scambio termico con le pareti, le condotte sono state dimensionate in modo che l’aria si muova abbastanza velocemente da consentire di passare da un flusso laminare a uno turbolento.

Il flusso nella condotta diventa turbolento una volta superata una velocità dell’aria di 0,014 m/s, condizione che si verifica per la maggior parte del tempo in cui le serrande sono aperte. Lo svantaggio di garantire un percorso libero per l’aria è costituito dal fatto che le condotte geotermiche in cemento presentano una ridotta resistenza al passaggio del rumore esterno. La soluzione di rivestire le pareti con materiale fonoassorbente è stata scartata in quanto ciò avrebbe limitato notevolmente la loro capacità di temperare l’aria esterna. Invece, è stato adottato un approccio basato sull’utilizzo della vegetazio­ne esterna, che prevede di non tagliare l’erba dei prati vicino alle prese d’aria quando la sala viene utilizzata per gli spettacoli.

Le cinque camere di aspirazione convogliano l’aria sotto il pal­coscenico fino alle griglie di alimentazione poste nel pavimento della sala e nella parte inferiore delle pareti dell’auditorium. Dato che non è stata prevista l’immissione d’aria esterna dall’alto, per mantenere condizioni di comfort per il pubblico che occupa le gallerie, la parte inferiore delle balconate è stata lasciata parzial­mente aperta e l’aria può passare attraverso le aperture realizza­te nelle alzate dei gradini sotto le file delle poltrone.

La forza di galleggiamento spinge l’aria calda viziata verso l’alto fino a uscire dalla sala attraverso sei unità di ventilazione monta­te all’intradosso della copertura (figura 6). Quando l’edificio è in modalità di ventilazione naturale estiva esse si aprono per agire come camini. Al termine di una giornata calda, la temperatura dell’aria che si trova appena sotto il tetto della sala è compresa tra 35 e 40 °C, contribuendo in modo significativo alle forze di galleggiamento.

Le unità di ventilazione prevedono un plenum diviso in due sezioni, una delle quali contiene un ventilatore. Nel­le normali condizioni estive il ventilatore è spento e le due sezio­ni agiscono entrambe per attivare l’effetto camino, e quindi la ventilazione naturale, provocando l’aspirazione di grandi quanti­tà di aria esterna attraverso le condotte geotermiche (figura 7). In questa situazione la portata d’aria utilizzata per raffreddare lo spazio risulta di molto superiore alla quantità richiesta per il ricambio quando lo spazio è occupato al 100%.

Great Hall del Kent College – La modellazione

Per verificare l’efficacia del sistema, il progettista lo ha modella­to utilizzando una simulazione dinamica basata sulle condizioni esterne di una settimana di luglio, quando il clima è caldo e il college utilizza la sala per uno spettacolo al giorno. È stata de­finita una temperatura limite accettabile a bulbo secco di 28 °C nella parte posteriore della platea, che rappresenta la posizione del posto più alto per il pubblico.

Il sistema ha dimostrato di fun­zionare correttamente, dato che la modellazione ha confermato che la temperatura in questo punto raggiunge un valore di picco di 26,5 °C nel giorno più caldo. Lo stesso sistema, con aspirazio­ne dalla condotta geotermica ed espulsione sul tetto, viene utiliz­zato per eliminare il calore dall’edificio durante la notte. In tarda serata, le serrande nelle condotte e nelle unità di ventilazione si aprono completamente. L’aria fresca notturna, a circa 18 °C, at­traversa l’edificio, sottraendo calore dalle pareti delle condotte e dalla massa termica delle pareti in muratura faccia a vista della sala.

Nelle mattine estive, l’assemblea scolastica si svolge quin­di all’interno di un’aula già raffrescata. In questa condizione, il sistema funziona sotto il controllo di sensori di CO2, modulando contemporaneamente le serrande delle condotte e delle unità poste sul tetto per controllare la velocità del flusso d’aria attra­verso lo spazio. Il sistema funziona in questa modalità per tutto il giorno, rimanendo chiuso per mantenere fresco l’am­biente e aprendosi solo quando l’auditorium è occupato e i livelli di CO2 aumentano. Le presta­zioni del sistema sono state modellate utilizzando una simula­zione CFD che ha consentito di mostrare la distribuzione della temperatura nello spazio e dimostrare l’efficacia del progetto.

Le condotte geotermiche non vengono invece utilizzate in inverno, quando l’aria esterna viene immessa utilizzando le sole unità di ventilazione, che funzionano in modalità diverse a seconda della temperatura dell’aria esterna (figura 8). Quando questa è rela­tivamente mite, con un valore di superiore a 12 °C, i ventilatori delle unità di ventilazione rimangono spenti. Una sezione conti­nua a funzionare come camino per espellere l’aria calda viziata dalla sala, mentre l’altra viene utilizzata per l’immissione dell’aria esterna. Questa, entrando nella sala più densa e fresca, scen­de per gravità verso il basso miscelandosi con l’aria ambiente che si trova invece a una temperatura di circa 35 °C sotto il tetto della sala.

Il sistema permette quindi di sfruttare l’aria ambiente più calda, che altrimenti sarebbe stata sprecata, per riscalda­re l’aria immessa che quindi raggiunge le persone sedute nella galleria con una temperatura tale da non causare condizioni di discomfort.

Nella modalità invernale, quando la temperatura dell’aria esterna è inferiore a 12 °C, i ventilatori delle unità di ventilazione si attivano per favorire la premiscelazione dell’aria esterna con l’aria interna più calda, in modo da evitare correnti d’aria fredda, senza la necessità di ricorrere al preriscaldamento mediante l’accensione delle due piccole caldaie murali a gas a servizio della sala.

In inverno il calore viene fornito alla sala tra­mite un sistema di distribuzione di acqua calda a bassa tempe­ratura che alimenta convettori di tipo statico (figura 9). Questi sono nascosti dietro le stesse griglie che, in estate, provvedono a immettere l’aria in ambiente. Il sistema di riscaldamento è quindi nascosto all’interno delle condotte geotermiche.

Per ottimizzare le prestazioni dei vari sistemi è stato utilizzato un commissioning su base stagionale. Inoltre, la società di progettazione fornisce un servizio di monitoraggio in continuo del sistema da remoto, in collaborazione con il responsabile del Facility, per garantire che esso funzioni sempre con la massima efficienza. In fase di avviamento e collaudo il sistema ha richiesto una certa quantità di aggiustamenti e settaggi, ma una volta funzionante è risultato molto semplice da usare.

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