Le batterie agli ioni di litio, le celle ai polimeri di litio e i sistemi di accumulo di energia affini sono ormai indispensabili negli edifici moderni: sono presenti nei veicoli elettrici, nelle biciclette a pedalata assistita, nelle macchine utensili, nei sistemi di alimentazione di emergenza e in innumerevoli piccoli dispositivi. Tuttavia, chi immagazzina batterie immagazzina energia chimica concentrata in un componente che, in determinate condizioni, può reagire in modo incontrollato. La sicurezza antincendio nel context della conservazione delle batterie non è quindi una questione burocratica marginale, ma un compito serio, sia dal punto di vista progettuale che organizzativo, che riguarda in egual misura architetti, progettisti, gestori e utenti.
- Perché le batterie al litio rappresentano un rischio particolare di incendio e come si verifica il cosiddetto «thermal runaway»
- Quali quantità immagazzinate, tipi di stoccaggio e profili di utilizzo richiedono quali misure di protezione
- Quali sono i fondamenti normativi e di diritto edilizio applicabili allo stoccaggio delle batterie
- Come dovrebbero essere progettati e realizzati, dal punto di vista strutturale e tecnico, i locali di stoccaggio, i contenitori di stoccaggio e le infrastrutture di ricarica
- Quale ruolo svolgono i sistemi di rilevamento incendi, gli impianti antincendio e l’acqua di spegnimento in caso di incendi causati dalle batterie
- In che modo i requisiti antincendio variano a seconda del tipo di edificio e della destinazione d’uso
- Quali errori comuni vanno evitati nella progettazione e nella gestione
- Come il tema si inserisce nella pianificazione generale della protezione antincendio di un edificio
Il rischio di incendio specifico delle batterie al litio: il thermal runaway e le sue conseguenze
Per comprendere i requisiti relativi allo stoccaggio delle batterie dal punto di vista della protezione antincendio, è necessario innanzitutto capire cosa accade in una cella al litio quando reagisce in modo incontrollato. Il termine chiave è «thermal runaway», ovvero «runaway termico». Si tratta di una reazione a catena che si autoalimenta all’interno della cella: se la temperatura supera una soglia critica, la cella rilascia ulteriore calore attraverso reazioni di decomposizione esotermiche, il che aumenta ulteriormente la temperatura, innescando a sua volta ulteriori reazioni. Una volta avviato, questo processo non può più essere fermato senza un intervento esterno.
Le cause del «thermal runaway» sono molteplici. Danni meccanici alla cella, scarica profonda al di sotto della tensione minima consentita, sovraccarico, fonti di calore esterne, difetti di fabbricazione o segni di invecchiamento possono innescare il processo. Ciò che rende la situazione particolarmente insidiosa è che una cella danneggiata o caricata in modo errato può sviluppare il thermal runaway con un notevole ritardo: ore o addirittura giorni dopo l’evento scatenante, la cella può improvvisamente iniziare a fumare e prendere fuoco. Per la pianificazione dello stoccaggio ciò significa che una batteria che all’apparenza non presenta danni esterni può comunque rappresentare un rischio latente.
Le caratteristiche di combustione delle batterie al litio differiscono sostanzialmente da quelle degli incendi convenzionali. Durante il runaway termico, le celle al litio rilasciano gas infiammabili e tossici, tra cui idrogeno, monossido di carbonio e fluoruro di idrogeno. Questi gas possono accumularsi in spazi chiusi e formare un’atmosfera esplosiva prima ancora che si sviluppi una fiamma visibile. A ciò si aggiunge il fatto che l’incendio di una singola cella può propagarsi alle celle adiacenti, un effetto denominato «propagazione da cella a cella». Un pacco batterie, costituito da centinaia di singole celle, può quindi provocare un incendio la cui intensità e durata superano di gran lunga quelle di un incendio convenzionale comparabile.
Per i vigili del fuoco, un incendio di batterie al litio rappresenta una sfida particolare. L’acqua raffredda le celle e impedisce la propagazione del “thermal runaway” alle celle adiacenti, ma non spegne la reazione all’interno di una cella già interessata. Sono necessarie grandi quantità d’acqua e l’intervento di spegnimento può protrarsi per ore. Le batterie spente possono riaccendersi dopo ore o giorni, motivo per cui, dopo un incendio, devono essere conservate sott’acqua o messe al sicuro in contenitori speciali. Queste caratteristiche chiariscono perché la prevenzione antincendio sia molto più importante nel caso dello stoccaggio delle batterie rispetto a quello dei carichi di incendio convenzionali.
Basi normative e di diritto edilizio: quali sono le regole in materia di protezione antincendio per lo stoccaggio delle batterie?
Il quadro normativo relativo allo stoccaggio delle batterie dal punto di vista della protezione antincendio è ancora in fase di sviluppo in Germania e nell’area di lingua tedesca ed è caratterizzato da diverse normative provenienti da diversi ambiti giuridici. Finora non esiste una norma unificata che copra tutti i casi d’uso. A seconda del caso specifico, si applicano invece in modo integrato il diritto edilizio, la normativa sulla sicurezza sul lavoro, la normativa sulle sostanze pericolose e i regolamenti tecnici.
Il diritto edilizio dei Länder costituisce la base. Il Modellbauordnung (MBO) e i regolamenti edilizi regionali basati su di esso disciplinano i requisiti relativi ai locali di stoccaggio, ai compartimenti antincendio e alle vie di fuga e di soccorso. Per lo stoccaggio di grandi quantità di accumulatori all’interno di edifici sono spesso rilevanti norme edilizie speciali, ad esempio nel caso di parcheggi sotterranei con veicoli elettrici, magazzini commerciali o impianti industriali. Nel settore commerciale si applicano le norme tecniche per i luoghi di lavoro (ASR) e il regolamento sulla sicurezza sul lavoro (BetrSichV). Per lo stoccaggio di batterie al litio in quanto merci pericolose si applicano inoltre le disposizioni della normativa sulle merci pericolose, in particolare quando vengono trasportate o stoccate temporaneamente in grandi quantità.
A livello normativo sono rilevanti diversi documenti. Le linee guida VdS dell’Associazione tedesca delle assicurazioni (Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft), in particolare la VdS 3103 relativa alle batterie al litio, forniscono raccomandazioni pratiche per lo stoccaggio, la ricarica e le misure antincendio. Le schede tecniche VDMA e le note informative delle associazioni di categoria, come ad esempio la DGUV, completano il quadro per le applicazioni commerciali. La serie di norme DIN VDE disciplina gli aspetti di sicurezza elettrica dei sistemi a batteria. Per i sistemi di accumulo di energia fissi, come quelli utilizzati nella domotica, si applica la norma DIN EN IEC 62619, che definisce i requisiti di sicurezza per le celle e le batterie al litio nelle applicazioni fisse.
È importante sottolineare che il rispetto di queste normative non garantisce automaticamente una protezione antincendio completa. Le norme descrivono requisiti minimi basati allo stato dell’arte al momento della loro redazione. Poiché le tecnologie delle batterie e i loro campi di applicazione sono in rapida evoluzione, si raccomanda uno stretto coordinamento con l’autorità competente in materia di protezione antincendio, l’assicuratore e un progettista esperto in materia di protezione antincendio, che valuti i rischi specifici del rispettivo progetto.
Requisiti costruttivi per i locali di stoccaggio e le infrastrutture di ricarica
I requisiti costruttivi per i locali in cui vengono stoccate o ricaricate le batterie derivano dalle specifiche caratteristiche antincendio di questi accumulatori di energia. In linea di principio vale quanto segue: maggiore è la quantità di energia immagazzinata, più elevati sono i requisiti in materia di resistenza al fuoco, evacuazione dei fumi e disponibilità di mezzi di estinzione. Per piccole quantità, ad esempio poche batterie per dispositivi in un ufficio, i requisiti sono gestibili. Per le batterie delle biciclette elettriche (pedelec) nei ripostigli, le batterie per utensili nei magazzini o i grandi sistemi di accumulo fissi nei locali tecnici, i requisiti aumentano notevolmente.
I locali di stoccaggio per grandi quantità di batterie dovrebbero essere realizzati come compartimenti antincendio indipendenti, separati dalle aree adiacenti destinate ad altri usi tramite pareti e soffitti con un’adeguata resistenza al fuoco. La classe di resistenza al fuoco dipende dalla classe dell’edificio e dalla quantità di energia immagazzinata. Come linea guida, le pareti divisorie verso le aree che necessitano di protezione dovrebbero avere almeno la classe di resistenza al fuoco F 90 (REI 90 secondo la classificazione europea). Le porte e i portoni presenti in queste pareti devono essere realizzati come porte tagliafuoco e devono essere a chiusura automatica. Le aperture per cavi e condutture devono essere dotate di barriere antincendio omologate, al fine di non interrompere il compartimento antincendio.
La ventilazione e l’evacuazione dei fumi sono particolarmente importanti per i locali in cui sono stoccate le batterie, poiché durante il thermal runaway si formano gas infiammabili prima che la fiamma diventi visibile. I locali di stoccaggio delle batterie dovrebbero essere ventilati meccanicamente o naturalmente per impedire l’accumulo di gas. Le aperture di ventilazione devono essere disposte in modo da creare una ventilazione trasversale; le aperture di scarico dell’aria devono trovarsi nella parte superiore del locale, poiché molti dei gas rilasciati sono più leggeri dell’aria. Allo stesso tempo, le aperture di ventilazione devono essere dotate di serrande tagliafuoco, in modo che, in caso di incendio, il fumo non si diffonda in altre zone dell’edificio.
Per l’infrastruttura di ricarica valgono requisiti aggiuntivi. I caricabatterie e i sistemi di gestione della ricarica devono essere adatti ai tipi di batterie utilizzati e non devono consentire il sovraccarico. L’impianto elettrico nei locali delle batterie deve essere realizzato secondo le norme VDE pertinenti; le prese di corrente e gli interruttori dovrebbero essere collocati all’esterno del locale o a una distanza sufficiente dalle batterie. Le stazioni di ricarica per veicoli elettrici nei garage sotterranei richiedono particolare attenzione, poiché questi ultimi di norma non dispongono di ventilazione naturale e il carico di incendio causato da un veicolo in fiamme è estremamente elevato. In questo caso gli esperti raccomandano l’installazione di impianti antincendio, sistemi di evacuazione dei fumi potenziati e la separazione delle aree di ricarica dalle aree di parcheggio tramite distanze di sicurezza antincendio o pareti di protezione.
Contenitori e armadi di stoccaggio come misura di protezione supplementare
Per piccole quantità di batterie, ad esempio nelle officine, nelle scuole o negli uffici, gli armadi e i contenitori di stoccaggio appositamente progettati offrono una soluzione pratica. Questi contenitori sono realizzati con materiali non infiammabili, hanno un tempo di resistenza al fuoco definito e dispongono di aperture di ventilazione integrate. In caso di incendio, limitano la propagazione delle fiamme al contenuto dell’armadio e danno ai vigili del fuoco il tempo necessario per intervenire. Alcuni modelli sono dotati di agenti estinguenti integrati che si attivano automaticamente in caso di superamento della temperatura limite. Queste soluzioni non sostituiscono le misure antincendio strutturali, ma costituiscono un’integrazione utile quando gli interventi edilizi non sono possibili o risultano sproporzionati.
Tecnologia di rilevamento incendi e impianti di estinzione: rilevamento precoce e lotta antincendio
Il rilevamento precoce è di fondamentale importanza nella protezione antincendio durante lo stoccaggio delle batterie, poiché il thermal runaway può ancora essere arrestato in una fase iniziale tramite raffreddamento. I rilevatori di fumo convenzionali raggiungono qui i propri limiti: reagiscono al fumo visibile, ma la fase gassosa che precede un incendio di batterie può già essere pericolosa prima che si formi il fumo. Per i locali in cui sono stoccate le batterie, i progettisti antincendio raccomandano quindi l’uso di rilevatori di calore, che reagiscono all’aumento della temperatura, o di rilevatori di gas, in grado di individuare gas specifici prodotti dall’incendio, come il monossido di carbonio o l’acido fluoridrico. I rilevatori multisensore combinati, che monitorano contemporaneamente fumo, calore e gas, offrono la massima affidabilità di rilevamento.
In caso di allarme, la centrale di allarme antincendio dovrebbe attivare automaticamente misure prestabilite: spegnimento dell’infrastruttura di ricarica, attivazione dell’impianto di evacuazione dei fumi, allarme ai vigili del fuoco e, se necessario, attivazione di un impianto di estinzione fisso. Per i locali contenenti batterie con un carico di incendio elevato, gli impianti di estinzione fissi rappresentano una seria opzione da prendere in considerazione. L’acqua è considerata l’agente estinguente preferito per gli incendi di batterie al litio, poiché raffredda le celle e rallenta la propagazione del thermal runaway alle celle adiacenti. Gli impianti a sprinkler che reagiscono ai sensori di calore possono essere efficaci nei locali delle batterie, ma devono essere progettati per il carico di incendio specifico: la quantità d’acqua necessaria per l’estinzione è notevolmente superiore negli incendi di batterie rispetto agli incendi convenzionali.
Gli impianti di estinzione a gas, spesso utilizzati negli impianti elettrici convenzionali, sono adatti solo in misura limitata agli incendi delle batterie. Possono soffocare una fiamma, ma non arrestare la reazione esotermica all’interno della cella. Dopo l’attivazione di un impianto di estinzione a gas, il runaway termico può continuare e, una volta esaurito l’agente estinguente, può provocare nuovamente la formazione di una fiamma. Per i locali in cui sono presenti batterie, l’acqua è quindi generalmente preferibile come agente estinguente rispetto all’estinzione a gas, a condizione che sussistano i requisiti strutturali per l’erogazione dell’acqua.
Protezione antincendio per lo stoccaggio delle batterie in diversi tipi di edifici
I requisiti relativi allo stoccaggio delle batterie dal punto di vista della protezione antincendio variano notevolmente a seconda del tipo di edificio e della sua destinazione d’uso. Negli edifici residenziali, la crescente diffusione di biciclette elettriche (Pedelec), monopattini elettrici e sistemi di accumulo domestici pone nuove sfide. Le batterie delle biciclette a pedalata assistita vengono spesso conservate e ricaricate nelle trombe delle scale, nelle cantine o nei ripostigli, ovvero in aree che fungono da vie di fuga e di soccorso o che sono adiacenti a queste. Un incendio della batteria in una tromba delle scale può bloccare l’unica via di fuga e rappresenta quindi un rischio particolarmente elevato. Gli esperti raccomandano di non conservare né ricaricare le batterie delle biciclette elettriche nelle scale o in locali direttamente adiacenti, ma in locali separati, ventilati e dotati di porte tagliafuoco.
Negli edifici commerciali e industriali, le quantità di batterie sono spesso notevolmente maggiori. Le batterie per utensili, quelle per carrelli elevatori e gli accumulatori di energia fissi possono raggiungere quantità di energia dell’ordine di diverse centinaia di chilowattora. In questi casi, i requisiti relativi alle compartimentazioni antincendio, agli impianti di estinzione e alla tecnologia di allarme antincendio sono di conseguenza più elevati. È necessario coinvolgere tempestivamente l’ente di previdenza professionale e l’assicuratore, poiché i loro requisiti possono andare oltre i requisiti minimi previsti dalla normativa edilizia. Per i carrelli elevatori con batterie al litio utilizzati nei magazzini, le linee guida pertinenti raccomandano locali di ricarica dedicati dotati di separazione antincendio, sistema di evacuazione dei fumi e impianto di estinzione.
I parcheggi sotterranei con stazioni di ricarica per veicoli elettrici costituiscono un tema a sé stante, oggetto di intense discussioni. La combinazione di ventilazione limitata, elevato carico di incendio dovuto alle batterie dei veicoli e difficile accessibilità per i vigili del fuoco rende i parcheggi sotterranei uno dei casi d’uso più impegnativi. Diversi Länder hanno ormai formulato requisiti specifici per i parcheggi sotterranei con veicoli elettrici o stanno lavorando in tal senso. Impianti antincendio a sprinkler, sistemi di evacuazione dei fumi potenziati e limitazione del numero di punti di ricarica per sezione antincendio sono misure tipiche discusse e richieste in questo contesto.
Errori e malintesi comuni nella protezione antincendio dei depositi di batterie
Un errore molto diffuso è la sottovalutazione della quantità di energia immagazzinata nelle moderne batterie. Una singola batteria per bicicletta a pedalata assistita con una capacità di cinquecento wattora contiene una quantità di energia che, se rilasciata in modo incontrollato, corrisponderebbe a un incendio di notevole entità. Un veicolo elettrico con una capacità della batteria compresa tra cinquanta e cento kilowattora supera di gran lunga il carico di incendio di un veicolo convenzionale. Chi equipara queste quantità di energia ai carichi di incendio convenzionali e progetta le misure di sicurezza di conseguenza, sottovaluta sistematicamente il rischio.
Un altro errore è supporre che una batteria non in carica non rappresenti un rischio di incendio. Come descritto sopra, una batteria danneggiata o profondamente scarica può sviluppare un «thermal runaway» anche se conservata in magazzino. Le batterie che hanno subito danni meccanici, ad esempio a causa di una caduta o di un urto, non dovrebbero essere ulteriormente conservate senza essere prima valutate da un’azienda specializzata. Non si dovrebbe tentare di ricaricare le batterie profondamente scariche, ovvero quelle che sono state scaricate al di sotto della tensione minima, ma smaltirle a regola d’arte.
Spesso viene trascurata anche la sicurezza antincendio durante la ricarica. La ricarica è la fase operativa che presenta il rischio maggiore, poiché in questo momento le celle sono sottoposte alle sollecitazioni termiche ed elettriche più intense. Le batterie non dovrebbero essere lasciate in ricarica durante la notte senza sorveglianza, se non è disponibile un’infrastruttura di ricarica adeguata dotata di sistema di monitoraggio. Per motivi di sicurezza antincendio, è da evitare la ricarica nelle camere da letto o in locali privi di rilevatori di fumo. I caricabatterie non omologati per il tipo di batteria in questione aumentano notevolmente il rischio di sovraccarico.
Infine, viene sottovalutata la necessità di un controllo regolare delle misure antincendio. Porte tagliafuoco tenute aperte con cunei, impianti antincendio non sottoposti a manutenzione e rilevatori di incendio con le batterie scariche rendono inefficaci anche i piani antincendio ben progettati. La sicurezza antincendio non è un compito di progettazione una tantum, bensì un’attività operativa continua che richiede controlli regolari, formazione degli utenti e verifiche documentate.
Stoccaggio delle batterie: la prevenzione incendi come parte integrante della progettazione degli edifici
Lo stoccaggio delle batterie dal punto di vista della protezione antincendio non è più un argomento di nicchia che riguarda solo gli specialisti. Con la diffusione della mobilità elettrica, dei sistemi di accumulo di energia fissi e dei dispositivi alimentati a batteria in quasi tutti i tipi di edifici, l’argomento è ormai al centro della pratica architettonica e progettuale. Chi oggi progetta un edificio residenziale, un edificio per uffici o un immobile commerciale deve porsi la domanda su dove e come verranno stoccate e ricaricate le batterie, e integrare questa questione fin dall’inizio nel piano di protezione antincendio.
In concreto, ciò significa che i locali di stoccaggio delle batterie devono essere individuati tempestivamente nella planimetria e non devono essere considerati come spazi residui da sistemare in un secondo momento. I requisiti relativi alla resistenza al fuoco, alla ventilazione, all’evacuazione dei fumi e alla disponibilità di mezzi di spegnimento devono essere presi in considerazione già nella fase di progettazione, poiché gli adeguamenti successivi possono comportare costi sproporzionati. Il coordinamento con le autorità antincendio, gli assicuratori e i vigili del fuoco dovrebbe avvenire tempestivamente, poiché i loro requisiti spesso superano i requisiti minimi previsti dalla normativa edilizia e variano a seconda del progetto.
Gli architetti e i progettisti specializzati che prendono sul serio il tema della protezione antincendio per lo stoccaggio delle batterie contribuiscono concretamente alla sicurezza degli edifici e dei loro utenti. Le caratteristiche di combustione delle batterie al litio sono note, i mezzi strutturali e tecnici per il controllo dei rischi sono disponibili e le basi normative sono in continua evoluzione. Ciò che spesso manca è la consapevolezza che questi accumulatori di energia richiedono una logica progettuale diversa rispetto ai carichi di incendio convenzionali. Chi comprende questa differenza e ne tiene conto nella propria progettazione, protegge non solo l’edificio, ma anche le persone che lo utilizzano.
