Edifici storici e culturali: la protezione antincendio con impianti water mist ad alta pressione

Negli edifici sottoposti a tutela ai sensi del D.Lgs. 22 gennaio 2004, n.42, è di primaria importanza garantire la salvaguardia del patrimonio culturale, ma in alcuni casi risulta difficile realizzare le soluzioni previste dalle regole tecniche, e si ricorre frequentemente a procedimenti in deroga contenenti l’adozione di soluzioni di tipo impiantistico. La protezione attiva attuale si avvale infatti di nuove tecnologie ormai collaudate in diversi ambiti.
Tra i sistemi di protezione attiva maggiormente innovativi e compatibili con gli edifici storici risultano meritevoli di attenzione quelli ad acqua nebulizzata ad alta pressione water mist, che in tali contesti edilizi rappresentano la soluzione maggiormente performante rispetto al tradizionale impianto sprinkler, in virtù delle ridotte dimensioni e dei limitati effetti collaterali dovuti alla scarica d’acqua nebulizzata.

Come progettare edifici sottoposti a tutela?

Il rispetto delle prescrizioni impartite dalle normative antincendio, soprattutto per quanto riguarda le protezioni passive, non è sempre possibile quando si parla di edificio sottoposto a tutela ai sensi del D.Lgs. 22 gennaio 2004, n. 42, a causa del vincolo che implica il dovere di conservare l’opera in quanto tale.
Quindi si cercano soluzioni in deroga a quelle previste dalle regole tecniche specifiche, secondo quanto previsto dall’art.6 del decreto 07/08/2012.
In questo contesto la linea guida pubblicata nel gennaio 2016 risulta un utile strumento per procedere alla progettazione, richiamando in maniera particolare la struttura del Codice.

Decreto impianti: D.M. 20/12/12: chi redige il progetto d’impianto?

Il Decreto Impianti nell’art.4 contempla gli obblighi di responsabilità relativi alla regola d’arte degli impianti secondo quanto prescritto dalle specifiche regolamentazioni, dalle norme di buona tecnica e dalle istruzioni fornite dal fabbricante.
Tale decreto richiede la redazione di un progetto per l’installazione, la trasformazione e l’ampliamento degli impianti da parte di un tecnico abilitato. Nel caso in cui tali impianti venissero realizzati secondo le norme pubblicate da organismi di standardizzazione internazionalmente riconosciuti nel settore antincendio, il progetto dovrà essere redatto da un professionista antincendio.

La tecnologia water mist

Con l’emanazione negli anni 90′ del protocollo di Montreal sulla protezione dello strato di ozono e del conseguente abbandono dell’halon, ha origine lo sviluppo di una nuova tecnologia di impianto antincendio fondata sull’utilizzo di acqua nebulizzata denominato water mist.

Caratteristiche e principali vantaggi della tecnologia water mist

Rispetto alla tipicità dell’impianto sprinkler, il sistema water mist utilizza tutta la potenza dell’acqua in forma nebulizzata. In seguito alla produzione di nebbia finissima, costituita da elevatissime quantità di micro – gocce d’acqua di diametro 50-150 micron scaricate ad alta velocità, si ottiene una triplice efficacia di: raffreddamento, inertizzazione e blocco della trasmissione del calore, spegnendo velocemente qualunque tipo di incendio ed in particolare quelli di classe A (materiali soldi) e di classe B (liquidi infiammabili).

Impianti water mist e principali tipologie

Generalmente l’impianto water mist si suddivide in diverse tipologie a seconda del valore della pressione di esercizio.
Tra le tre tipologie di impianti water mist (bassa pressione; media pressione; alta pressione), il sistema ad alta pressione è quello che viene prevalentemente impiegato per la produzione del più elevato sviluppo di microparticelle d’acqua di dimensioni infinitesimali.
La modalità di funzionamento di tale sistema permette la formazione di una nebbia ad alta densità che satura completamente l’ambiente raggiungendo anche le aree nascoste, fino alla completa estinzione dell’incendio e al raffreddamento dell’area interessata impedendone un’eventuale riaccensione. Nello specifico, la distribuzione dimensionale delle gocce è riferita all’intervallo dimensionale delle stesse contenute in campioni rappresentativi di una nuvola di nebulizzazione e in ragione di tale specificità l’Nfpa 750 ha categorizzato le gocce prodotte da un sistema di nebulizzazione d’acqua in tre classi, considerando il 90% del volume dello spray (dv099).

Water mist: quali sono gli effetti della densità di scarica?

All’interno di un compartimento, interessato da un incendio, l’aumento della densità di scarica determina una sensibile riduzione delle temperature con scarsa efficacia sulla diminuzione delle concentrazioni di ossigeno. Comunque un incendio viene spento solo quando il getto raggiunge un valore minimo di densità di acqua erogata efficace per la sottrazione di una certa quantità di calore o per raffreddare il combustibile, altrimenti continuerebbe a sostenersi.
Poiché la nebbia d’acqua non agisce come un vero agente gassoso, risulta difficile stabilire la concentrazione di goccioline d’acqua intesa come densità di scarica ottimale necessaria ad estinguere un incendio; tale valore infatti dipende da molteplici fattori come quantità di moto, dimensioni dell’incendio, condizioni di ventilazione e geometria del compartimento. In aggiunta occorre evidenziare che la distribuzione delle goccioline non risulta omogenea all’interno di un singolo cono di scarica d’acqua e per tale motivo anche la scelta del tipo di ugelli può condizionare l’efficacia di soppressione dell’incendio.

Water mist: quali sono gli effetti della quantità di moto

La quantità di moto determina se le gocce d’acqua possiedono energia sufficiente per penetrare nella fiamma e raggiungere la superficie del combustibile, ma allo stesso tempo determina il tasso di trascinamento dell’aria circostante all’interno delle fiamme. La turbolenza che si origina favorisce la miscelazione tra le goccioline d’acqua e il vapore acqueo all’interno della zona di combustione, consentendo una diminuzione di concentrazione dell’ossigeno e dei vapori infiammabili fino alla completa soppressione del fuoco.

Cos’è l’ “Enclosure effect”?

Quando si verifica un incendio in un compartimento chiuso, il locale si riscalda e la concentrazione di ossigeno nel compartimento si riduce gradualmente. Con la scarica di nebbia d’acqua verso il basso dal soffitto, una parte di acqua assorbendo il calore circostante viene convertita in vapore e trascina l’ossigeno e i vapori caldi nelle vicinanze delle fiamme.
Per tale ragione l’attitudine di catturare il calore, confinare i prodotti della combustione e il vapore, all’interno di un compartimento, costituiscono un importante impatto sulle prestazioni estinguenti del water mist.
Tale fenomeno denominato “enclosure effect” permette in realtà una diminuzione pari a 10 volte il valore della densità di scarica richiesto per l’estinzione dell’incendio rispetto ad uno non confinato e con un buon grado di ventilazione.

Quali sono i vantaggi dei sistemi Water mist?

Il water mist grazie all’utilizzo dell’acqua nebulizzata offre:
•danni e tempi di inattività ridotti;
•flessibilità di installazione e configurazione, espandibilità;
•impatto architettonico ridotto grazie al design degli ugelli in armonia con le strutture;
•minimi requisiti di peso e spazio grazie alle tubazioni di piccole dimensioni;
•livello di soppressione e raffreddamento del fuoco equivalente o superiore agli impianti tradizionali a gas o sprinkler;
•tolleranza, seppure ridotta, di condizioni naturali di aerazione;
•protezione di locali e strutture mantenendone l’integrità e riducendo i danni collaterali normalmente causati dagli impianti tradizionali;
•ridotto consumo di acqua, poiché ne richiede una minima quantità, circa il 90% in meno rispetto all’impianto sprinkler;
•minimi tempi di fuori servizio e ridotti costi di ripristino;
•possibilità di essere utilizzato anche come sistema di abbattimento fumi in quanto le goccioline d’acqua assorbono le particelle di fumo trascinandole con sè verso il basso;
•totale sicurezza delle persone ed ecosostenibilità.

A cosa servono gli additivi “wetting agent”?

L’impiego di additivi chimici del tipo “wetting agent” nel sistema ad acqua nebulizzata favorisce il miglioramento dell’efficacia di soppressione del fuoco in quanto può condizionare la vaporizzazione delle goccioline d’acqua e la loro generazione riducendone la tensione superficiale e agendo dunque come agente bagnante.

Sistema water mist: quali sono i componenti principali?

Similarmente agli impianti sprinkler, anche il water mist offre una vasta gamma di componenti quali: tubi, valvole e ugelli tra cui scegliere a seconda degli ambiti di utilizzo, condizioni di impiego e grado di rischio incendio.

Come funziona il “Sistema ad umido”?

Il sistema ad umido è caratterizzato da testine sprinkler termosensibili chiuse. superando la temperatura di attivazione, si origina la rottura dell’elemento a bulbo con successiva erogazione della nebbia d’acqua. I sistemi ad umido sono i più comuni non solo per il contenimento dei costi e per la copertura di aree di medie e grandi dimensioni, ma anche per il vantaggio di erogare l’acqua esclusivamente nella zona interessata dall’incendio.

Come funziona il “Sistema a diluvio”?

In un sistema a diluvio, le testine erogatrici sono aperte e il flusso d’acqua viene controllato da una valvola di sezionamento chiusa. all’apertura (manuale o tramite rivelatore automatico di fumo e calore) di questa valvola, la nebbia d’acqua viene erogata da tutte le testine presenti nell’area afferenti quella valvola.

Come funziona il “Sistema a secco”?

A differenza del sistema ad umido, in un sistema a secco la valvola trattiene l’acqua a monte e i tratti di tubazione compresi tra la valvola e gli ugelli sono riempiti di aria compressa. In caso di incendio, non appena il bulbo dello sprinkler si rompe, il sistema rileva una perdita di pressione comandando l’apertura della valvola di sezionamento. L’acqua scorre nelle tubazioni raggiungendo gli erogatori che provvedono alla nebulizzazione.

Come funziona il “Sistema a preazione”?

A differenza del sistema a secco, un sistema a preazione è collegato ad un impianto di rivelazione antincendio separato; affinché il sistema water mist si attivi è necessaria sia la rottura del bulbo dello sprinkler che l’invio di un segnale di attivazione da parte dell’impianto di rivelazione. tale soluzione è adottata nei casi in cui è necessario minimizzare il rischio di falsi allarmi soprattutto per ambienti a destinazione museale e conservazione di beni di elevato valore storico artistico.

Progettazione Water mist: cosa valutare?

Nella progettazione degli impianti water mist occorre tenere in conto la:

• Valutazione dei vari tipi di rischi presenti nello stesso complesso edilizio.
• Valutazione dell’installazione delle tubazioni contemplante gli aspetti attinenti: i costi, i danni e i tempi di realizzazione.
• Valutazione della collocazione della stazione di pompaggio e serbatoi di accumulo dell’acqua.
• Valutazione dei danni alle aree di interesse storico ed architettonico.
• Valutazione progettuale inerente alla distribuzione delle tubazioni, delle perdite di carico e della manutenzione.

Sistema water mist ad alta pressione: quali vantaggi?

Il sistema water mist ad alta pressione costituisce una adeguata soluzione alternativa quando, ad esempio, la lunghezza delle vie di fuga, fino alle scale sicure sono minori di 35 m o di 45 m se fino ad un luogo sicuro. Inoltre sono equivalenti agli impianti sprinkler (bagnamento, raffreddamento, inertizzazione, attenuazione delle radiazioni, ma usando molta meno acqua grazie alla combinazione e efficacia di questi effetti).
Le peculiarità degli impianti di recente concezione sono classificate come sistema ad alta pressione (NFPA 750, pressioni di lavoro maggiori di 500 psi (34.5 bar); viene utilizzata solo acqua senza nessun additivo o liquido schiumogeno miscelato (single fluid system) e operanti con pressioni comprese tra 100 e 120 bar. Tali apparati sono corredati di due pompe (di cui una di riserva) ad alta pressione (portata di 122 lpm alla pressione di 120 bar), con potenza elettrica richiesta: 29 kw, (una pompa è diesel) e una piccola pompa di servizio (6 lpm, 14 bar) è usata per mantenere costante la pressione del sistema (14 bar).

Sistema water mist: quali zone proteggere?

Generalmente si possono proteggere ambienti come: archivi, biblioteche, stanze da letto, corridoi, vie di fuga, guardaroba, uffici, magazzini, stoccaggi, e spazi tecnici.

Come progettare le linee di distribuzione per impianti water mist?

Ai fini di una corretta progettazione le linee di distribuzione devono essere individuate in modo da ridurre i tempi d’istallazione e rispettare i vincoli imposti nelle aree di alto interesse artistico. Il materiale utilizzato è in acciaio inox 316l con raccordi a compressione a doppia ogiva, per la massima affidabilità e minimizzazione dei tempi di posa, con diametro esterno compreso tra 12 e 25 mm, max 28 mm per i montanti al fine di ridurre al minimo l’impatto architettonico ed i costi connessi alla posa.
Il progetto finale deve ridurre e rendere omogenee le perdite di carico, anche negli edifici fino a 6-7 piani e con distribuzioni agli ugelli a volte svantaggiose per i vari vincoli architettonici. Inoltre nel progetto definitivo occorre prevedere l’osservanza dettagliata circa la massima attenzione finalizzata a ridurre: danni al mobilio storico, durante l’istallazione; minimo impatto architettonico; limitatissimi danni a seguito dell’attivazione; spazio minimo richiesto per l’alloggiamento del gruppo di pompaggio e dei relativi serbatoi di servizio.

Come fare manutenzione sugli impianti water mist?

Una adeguata manutenzione non è solitamente semplice da implementare in edifici storici. I materiali e la tecnologia usata per tubazioni, raccordi ed i componenti principali devono assicurare la massima affidabilità. L’ubicazione delle valvole di controllo ai vari livelli deve consentire semplicità nelle operazioni di test e flussaggio. Un’azienda qualificata deve essere incaricata delle operazioni di test e manutenzione, strettamente in accordo al manuale uso e manutenzione del produttore.

Approvazioni, certificazioni test su scala reale per impianti water mist

Come per tutti i sistemi water mist è necessario eseguire test a fuoco su scala reale. per la protezione degli ambienti indicati precedentemente, i test a fuoco devono essere effettuati secondo la norma IMO RES. A.800 (19).
Gli standard internazionali sono accettati per protezioni e casi non coperti dagli standard italiani. Il water mist è riconosciuto come equivalente e quindi costituisce un’alternativa ai sistemi sprinkler.
La norma IMO RES. A.800(19) cabin and corridor fire prevede test con combustibili solidi di classe A (legno, carta, tessuti, mobilio imbottito).

Conclusioni

Durante i test in scala reale, eseguiti in accordo alla norma imo res.a.800, il sistema water mist ad alta pressione ha dimostrato superiori prestazioni rispetto ai sistemi di spegnimento ad acqua usati per proteggere gli stessi rischi.
Questo fatto è principalmente dovuto alla sua capacità di lavorare come un sistema total flooding, effettuando una azione volumetrica di rimozione dell’ossigeno, assorbimento di alte percentuali di calore nel meccanismo del raffreddamento.
Gli aspetti fondamentali su cui si basa tale scelta impiantistica sono: l’enorme riduzione dei consumi d’acqua e le ridotte dimensioni dei diametri e pesi fino a 10 volte.
I problemi connessi con l’istallazione di sistemi a gas e ad acqua in edifici storici, risultano spesso impossibili da realizzare per vincoli architettonici degli stabili e per la tipicità dei beni in essi contenuti; tali ostacoli possono essere superati con sistemi water mist ad alta pressione.