Isolare le vibrazioni degli impianti negli edifici

Nulla di nuovo: prevenire è meglio che curare

Nella pratica professionale di progettista acustico capita spesso di imbattersi nella richiesta di migliorare il comfort di un edificio in relazione alle vibrazioni che vi vengono immesse dagli impianti tecnologici a suo servizio.

Mi riferisco in particolare agli impianti di riscaldamento, ventilazione, condizionamento aria e refrigerazione, che possiamo racchiudere nell’acronimo internazionale HVAC&R.

Devo inoltre riconoscere, per quella che è la mia più recente esperienza, che le maggiori richieste di comfort all’interno della propria casa seguite al periodo pandemico portano noi tecnici a confrontarci anche con casi - solo apparentemente più semplici - di immissione di vibrazioni ad opera di comuni ma un po’ esuberanti elettrodomestici (lavatrici, asciugatrici, frigoriferi), unità esterne per la climatizzazione solidamente ancorate ai supporti e - ultimamente - attrezzature domestiche per il fitness collocate in posizioni infelici e senza alcuna attenzione alle vibrazioni che da esse provengono.

Parimenti a quanto accade quando si realizzano opere di isolamento dal rumore, anche nell’ambito dell’isolamento da vibrazioni, le soluzioni idonee - ovviamente - esistono.

Applicarle per tempo, durante la realizzazione dell’edificio e/o l’installazione degli impianti, comporta una spesa che è minima in confronto alle spese di un intervento di ripristino in occasione della lamentela dell’utenza finale.

Al semplice costo "a monte" (in corso di installazione degli impianti) del prodotto isolante e della sua messa in opera, si contrappongono "a valle" (a edificio ultimato e utenza insediata) i costi, solo per citare i principali:

• della consulenza per analizzare il disturbo e diagnosticare il problema;
• del fermo macchina e della sua movimentazione per intervenirvi a posteriori;
• delle eventuali spese legali per ottenere risarcimento da "chi non ha fatto cosa" al momento opportuno.

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In un contesto evoluto, le richieste di sempre

È indispensabile essere consapevoli del fatto che, seppure gli odierni impianti HVAC&R e domestici siano altamente performanti e continuamente migliorati in rapporto al loro impatto acustico e vibrazionale, essi costituiscono sempre una sorgente di sollecitazioni meccaniche che, in rapporto alle caratteristiche della struttura edile sulla quale essi vengono posati, può essere in grado di generare condizioni di discomfort.

Tutti i componenti di un sistema impiantistico vibrano, in modo più o meno avvertibile. L’attenzione e la sensibilità ai problemi delle vibrazioni indotte negli ambienti di vita si sono nei tempi recenti incrementate per i seguenti motivi:

• l’edilizia odierna è realizzata spesso con sistemi ben più leggeri di quelli usati nel passato: basti pensare al crescente uso di sistemi in legno, acciaio e a secco a scapito dell’edilizia tradizionale in calcestruzzo e laterizio; da questo segue la messa in opera di sistemi edili più propensi a trasmettere vibrazioni negli ambienti di vita.
• I componenti di impianto sono spesso posizionati in piccoli vani dell’edificio o su solette strutturali non sufficientemente dimensionate con finalità isolanti, che finiscono per amplificarne le emissioni, oppure in luoghi prossimi ad ambienti sensibili (p.e. i coperti dei fabbricati), aumentando così la possibilità di lamentele.
• Comfort sul lavoro e produttività individuale sono ormai sempre più correlati al livello di comfort acustico e vibrazionale del luogo di lavoro.

Fra sorgente e ricettore, il percorso ci può essere d’aiuto

Come accade anche quando si tratta l’isolamento da rumore, anche nel campo della propagazione delle vibrazioni nelle strutture possiamo riconoscere una sorgente, un percorso di trasmissione ed un ricettore. E questo è di grande aiuto per localizzare, caso per caso, ove sia più efficace/efficiente intervenire.

A seconda delle dimensioni dell’impianto, la sorgente può essere identificata in esso stesso o in un suo componente.

Certo è che qualsiasi apparecchiatura con parti rotanti produce vibrazioni e nel corso della sua vita, in ragione della cura e manutenzione che essa ha ricevuto, le sue vibrazioni possono aumentare a causa dell’usura.

Alle vibrazioni da moto meccanico della macchina si aggiungono poi quelle provenienti:

• da tubazioni o condotti;
• da altre parti secondarie quali valvole, pompe, riduttori di pressione quando sono collegati solidalmente alle strutture o configurati in modo sfavorevole (p.e. con bruschi cambi di direzione o sezione, o con regimi operativi sottodimensionati).

Il ricettore è l’ambiente dell’edificio nel quale si immette la vibrazione, fino alla particolare zona di quest’ultimo ove è abituale la permanenza di persone. Ovviamente, nell’ambiente la vibrazione interferisce con gli specifici usi dello stesso e i conseguenti standards di comfort vibrazionale richiesti.

Un utile criterio per valutare la percepibilità delle vibrazioni lato ricettore è quello delle curve VC (Vibration Criteria) di valutazione degli effetti delle vibrazioni sulle persone all’interno di edifici, raccomandate negli standards ANSI S3.29 e ISO 2631.2. Tali curve corrispondono a spettri di velocità quadratica media (RMS) in bande di terzi di ottava, misurati in mm/s al fine di rappresentare l’ampiezza dell’oscillazione percepita.

Con riferimento ad ambienti caratteristici di comuni ambiti di progettazione, le curve in figura 1 indicano quindi la percettibilità delle vibrazioni a seconda della destinazione d’uso dell’ambiente. Esse permettono quindi di comparare i livelli di vibrazione di apparecchiature HVAC&R con la soglia di accettabilità umana.

Infine, il percorso di trasmissione è il mezzo attraverso il quale la vibrazione viene trasferita agli ambienti di vita: quando non si tratta direttamente di un tubo o canale uscente dalla macchina, allora si tratta di solai, travi, pilastri, pareti con conformazioni tali da essere in grado di veicolare -o peggio, amplificare- la vibrazione dell’impianto o di un suo componente.

In figura 2 riporto un’immagine che ho trovato in un manuale di progettazione acustica americano degli anni ’60 del secolo scorso: già in quella data era chiara la consapevolezza in merito a questo problema.

Evidentemente, è indispensabile interrompere il percorso di trasmissione con un opportuno sistema isolante, e questo deve essere studiato con una visione globale sull’impianto e sul suo layout distributivo, al fine di poter individuare tutti i percorsi di minima resistenza. E questa è la contromisura più agevole da applicarsi, considerato che spesso:

• nella sorgente raramente si può intervenire perché l’impianto e i suoi componenti sono spesso forniti in cantiere pronti per l’installazione e (sic!) non sempre selezionati avendo fra le priorità la corrispondente emissione acustica;
• sul ricettore raramente si può intervenire perché ciò implicherebbe spesso la modifica dell’assetto dell’ambiente nel quale l’utenza si trova (fermo restando che, come in acustica, intervenire a valle del percorso di trasmissione è in generale poco proficuo).

Ove possibile, la situazione più efficace è quella che consente di intervenire sì lungo il percorso di trasmissione ma subito a valle della sorgente, in corrispondenza delle zone ove essa entra in primo contatto con le strutture e superfici di supporto.