Progetto ospedale - Tesi

PROGETTO IMPIANTO ELETTRICO

Schede tecniche

Calcolo della potenza elettrica di dimensionamento

- ST02 -

Il primo passo nella stesura del progetto elettrico di un edificio è costituito dal calcolo e

dalla stima della potenza dell’impianto. A tal scopo si usano due metodi di stima della

potenza,:

metodo diretto: calcolo della potenza di impiego, in funzionamento ordinario, di

carichi concentrati, stimata a partire dalla potenza nominale mediante i coefficienti

di utilizzazione (Ku) e di contemporaneità (Kc).

metodo indiretto: calcolo della potenza di impiego mediante l’utilizzo di indici di

densità di potenza media, relativi alla tipologia di carico ed alla destinazione d’uso

dell’edificio.

L’impiego complementare dei due metodi costituisce il metodo misto.

Per il calcolo della potenza di dimensionamento dell’impianto si è proceduto

all’individuazione delle zone elettriche all’interno dell’edificio. Qui di seguito si riporta

l’elenco delle zone mediante il quale si sono potuti definire i carichi elettrici.

PIANO SEMINTERRATO

QS1 Parcheggio - Chiesa 380,8 mq

QS2 Centrali 479,4 mq

QS3 Officine 815,9 mq

PIANO RIALZATO

QR1 Uffici 268,8 mq

QR2 Poliambulatori 682,6 mq

QR3 Atrio e bar 487,2 mq

PIANO PRIMO

Q11 Uffici 268,8 mq

Q12 Ginecologia 549,9 mq

Q13 Reparto operatorio 130,5 mq

Q14 Ostetricia 380,8 mq

PIANO SECONDO

Q21 Uffici 268,8 mq

Q22 Quadro pediatria 520,8 mq

Q23 Oncologia 370,7 mq

Superficie totale: 5600 mq

1. METODO DIRETTO

Con il metodo diretto si è dimensionata la potenza degli ascensori. Data la superficie

d’ingombro degli ascensori,mediante opportune tabelle vengono ricavate le portate Q in kg

degli ascensori. Si ha pertanto: 5

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E1 Q=810 kg

E2 Q=1600 kg

E3 Q=495 kg

E4 Q=1295 kg

In particolare si vuole ottenere la forza F necessaria a far accelerare gli ascensori verso

l’alto. F = T ( g + a ) [N]

Dove T=Q+C è la massa complessiva data dalla somma della portata (Q) e della massa

della cabina e delle funi (C).

Le grandezze g ed a indicano rispettivamente l’accelerazione di gravità e l’accelerazione

del motore (m/s²).

Si è scelto quindi un valore di a=0,3 m/s² inferiore al valore limite di 0,5 m/s² dato dalle

norme in quanto si servono locali destinati ad uso medico. Dal calcolo della forza si passa

alla potenza di sollevamento (Ps) Ps = F v [W]

Considerando un funzionamento ad una velocità v=0,5 m/s inferiore alla velocità limite di 1

m/s, le Ps degli ascensori risulteranno

E1 Ps= 6 kW

E2 Ps= 12 kW

E3 Ps= 4 kW

E4 Ps= 9 kW

Si valuta, infine, la potenza all’albero motore P alb

P =k Ps / η

alb r

Dove k=1,2 è un parametro di sicurezza, η =0,8 è il rendimento del riduttore.

r 6

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E1 P = 10 kW

alb

E2 P = 17 kW

alb

E3 P = 5 kW

alb

E4 P = 14 kW

alb

Scelta quindi la taglia dei motori Pn (400 V, 3 fasi,50 Hz, 4 poli), superiore a questi valori,

per tenere conto del transitorio di avviamento, si ricava la potenza elettrica:

Pel = Pn / η m

In cui η =0,89 è il rendimento del motore.

m

E1 Pel= 11 kW

E2 Pel= 20 kW

E3 Pel= 6 kW

E4 Pel= 15 kW

La potenza elettrica verrà quindi ridotta dai fattori Kc e Ku per ottenere la potenza

utilizzata (Pc’) Pc’=Pel*Ku*Kc

La scelta di questi fattori si basa sulla taglia e la priorità dell’ascensore:

Ku=3 - Kc=1 ascensore principale (E2)

Ku=1 - Kc=0,8) ascensore secondario (E1)

Ku=0,8 - Kc=0,6 ascensori ausiliari (E3, E4)

E1 Pc’ = 8,6 kW

E2 Pc’ = 58,8 kW

E3 Pc’ = 2,8 kW

E4 Pc’ = 7,3 kW

Sommando i contributi di ciascun ascensore si ottiene una la potenza attiva totale:

Pc’ = 78 kW (ascensori) 7

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Aanlogamente, sono state calcolate con metodo diretto le potenze dei seguenti carichi:

Carico Pel [kW] Q.tà Pel [kW] Ku Pc’’ [kW] Kc Pc’ [kW]

Caldaia 3 1 3 2,4 1,4

Centrale frigorifera 1,5 1 1,5 1,2 0,7

Autoclave 15 1 15 12,0 7,2

Lavatrici 3,2 8 25,6 0,8 20,5 0,6 12,3

Stireria 1,5 5 7,5 6,0 3,6

Compressori 0,3 1 0,3 0,2 0,1

Macc. Disinfezione 0,8 3 2,4 1,9 1,2

La potenza specifica è stata determinata mediante la consultazione di datasheet tecnici

relativi ai carichi sovraelencati. Sommando le potenze calcolate si ottiene una potenza

utilizzata pari a:

Pc’ = 26,5 kW (altri carichi concentrati)

La potenza attiva, calcolata con metodo diretto, risulta:

Pc’ = 78 + 26,5 = 104,5 kW

Considerando un cosφ = 0,9 si ottiene una potenza apparente, calcolata con metodo

diretto, pari a :

Sc’ = Pc’ / cosφ = 116 kVA

2. METODO INDIRETTO

Questo metodo si basa sull’utilizzo di indici di densità di potenza specifici per diverse

tipologie di carico ed utilizzo. Gli indici, nel caso di edifici ad uso ospedaliero, sono

generalmente espressi in W/m², W/posto letto oppure W/unità.

In questo progetto si è deciso di utilizzare gli indici di densità di potenza per locali ad uso

medico (rif. CEI):

luce

f.m.

condizionamento 8

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cucine

apparecchiature elettromedicali

apparecchiature non elettromedicali

L’indice di densità di potenza di un carico per l’unità coperta da tale carico non viene

espressamente moltiplicato per i coefficienti Ku e Kc, poiché questi sono già

intrinsecamente considerati nel valore dell’indice. Pc’ [kW]

Carico P Q.tà U.M. Pc’ [kW]

Luci 12 W/mq 5600 mq 67,2

F.M. 15 W/mq 5600 mq 84

Condizionamento 25 W/mq 5600 mq 140

Cucine 8 W/mq 5600 mq 44,8

Degenza ordinaria 0,8 kW/p.l. 60 p.l. 48,0 439,6

Degenza intensiva 1,8 kW/p.l. 2 p.l. 3,6

Day Hospital 0,5 kW/p.l. 2 p.l. 1,0

Camere blocco operatorio 6 kW/u.tà 5 u.tà 30,0

Sala chirurgica 1 kW/u.tà 1 u.tà. 1,0

Lab. Prep. Citostatici 2 kW/u.tà 10 u.tà 20,0

Considerando un cosφ = 0,9 si ottiene una potenza apparente, calcolata con metodo

diretto, pari a :

Sc’ = Pc’ / cosφ = 488,5 kVA

3. CALCOLO DELLA POTENZA DI PROGETTO

La potenza apparente totale di dimensionamento Sc detta anche carico convenzionale

non tiene conto delle perdite dell’impianto e del suo futuro ampliamneto. Si cerca pertanto

di maggiorare il carico convenzionale, fin qui calcolato, giungendo alla potenza di progetto

Sp dell’impianto con la seguente relazione<.

Sp = Sc’ * Cp * Ce

In cui: Ce = coefficiente di espandibilità = 40%

Cp = coefficiente di perdita = 10%

Pertanto, nel caso in esame, si ottengono i seguenti risultati:

Sc’ = 488 + 116 = 604 kVA 9

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Sp = 604 * 1,4 * 1,1 = 930 kVA

A seguito di questo calcolo si è stabilita una potenza di progetto relativa all’alimentazione

sicura da UPS e all’alimentazione di emergenza da gruppo elettrogeno pari a:

Sups = Sp * 20% = 186 kVA

Sge = Sp * 50% = 465 kVA

In allegato sono riportate le tabelle di calcolo relative al dimensionamento della potenza di

progetto dell’impianto (Tabelle 1-4). 10

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Fornitura, scelta dei trasformatori e calcolo correnti cto.cto.

- ST03 -

1. FORNITURA E SCELTA DEI TRASFORMATORI

La tensione di fornitura, in particolare la scelta se alimentare l’impianto in Bassa Tensione

(BT) o in media tensione (MT), dipende dalla potenza di dimensionamento calcolata in

precedenza e dalle disponibilità del distributore (in funzione delle condizioni di carico della

rete).

In questo caso la potenza apparente globale dell’impianto risulta di 930 kVA e sarà quindi

necessario prevedere una alimentazione in Media Tensione con cabina di trasformazione

MT/BT.

Si suppone una tensione di alimentazione in MT di 20kV in un punto della rete con S pari

cc

a 500 MVA

La distribuzione di energia all’interno dell’edificio sarà totalmente in bassa tensione a 400

V (concatenata).

Per il dimensionamento dell’impianto di terra di cabina, necessario visto il collegamento a

terra della carcassa metallica del trasformatore (dovuto al fatto che la distribuzione a

monte della cabina sarà del tipo IT) si ipotizzano forniti dall’ente distributore i seguenti dati:

- Corrente di guasto a terra = 50 A

- Tempo di estinzione del guasto a terra = 0,5 s

L’utilizzo di trasformatori risulta necessario poiché la fornitura è in MT. I Passi fondamentali

sono la scelta dei dati di targa e del numero di trasformatori da inserire.

I dati di targa sono vincolati dai parametri di allacciamento alla rete e dalla potenza

assorbita infatti:

- Tensione di allacciamento 20 kV

- Potenza assorbita = 930 kVA

La fornitura è trifase senza neutro, per questo motivo il primario del trasformatore sarà

collegato a triangolo. 11

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La tensione di distribuzione dell’impianto è invece 400 V trifase con neutro e quindi gli

avvolgimenti al secondario del trasformatore saranno collegati a stella (DYn11), con una

tensione nominale di isolamento almeno pari a 400 V. Il rapporto di trasformazione sarà

considerato pari a t = 50.

La potenza nominale totale dei trasformatori dovrà essere superiore a quella dimensionata

in fase di progetto.

La scelta per il numero di trasformatori si basa sulle seguenti considerazioni:

• garantire la massima continuità di servizio vista la destinazione ad uso medico;

• far lavorare il trasformatore nel punto a rendimento massimo;

• considerare una soluzione tecnologicamente ed economicamente vantaggiosa;

• considerare l’eventuale espandibilità dell’impianto;

Per queste ragioni, si è optato per l’utilizzo di tre trasformatori di potenza 800 kVA, di cui

due funzionanti in parallelo, ed il terzo costituente una riserva fredda. In questo modo, in

caso di guasto su un trasformatore, attraverso il comando di interblocchi centrali si può

baypassare il carico dal trasformatore guasto a quello sano di riserva.

Il collegamento in parallelo prevede la scelta di trasformatori della stessa taglia, gruppo e

con stessa vcc% in modo da garantire l’assenza di correnti di ricircolo ed una perfetta

partizione del carico.

Grazie al collegamento in parallelo i due trasformatori da 800 kVA alimenteranno

equamente il carico che all’incirca ammonta a 930 KVA; ciò comporta una percentuale di

carico dell’ordi