«Teenergy Schools»1 è una ricerca europea co/finanziata dal programma europeo Med2 che ha coinvolto otto partner3 provenienti da quattro nazioni strategiche dell’area mediterranea (Italia, Spagna, Grecia e Cipro).
Il progetto di ricerca è stato finalizzato alla definizione di metodologie comuni di rilievo e analisi energetica che permettessero di determinare un benchmark del patrimonio edilizio scolastico esistente con l’obiettivo di valutare, successivamente, quali potevano essere le soluzioni tecnologiche adatte a costruire nuovi edifici scolastici a energia zero o attuare, in chiave energeticamente efficiente, interventi di ristrutturazione energetica.
L’attività scientifica condotta nell’ambito della ricerca ha permesso di creare una piattaforma Ict comune tra i partner del progetto, destinata a raccogliere i dati relativi al monitoraggio energetico degli edifici scolastici e condividere le riflessioni sulle strategie progettuali individuate, che sono state poi riassunte in cinque brochure tematiche ed in una raccolta di Linee guida progettuali pubblicate online.
Nell’ambito della ricerca sono stati sviluppati dei metodi semplificati di valutazione in merito ai consumi relativi a: riscaldamento, energia elettrica ed emissioni di CO2.
I risultati hanno permesso di confrontare le prestazioni di 71 edifici scolastici collocati nelle quattro nazioni interessate dalla ricerca e nelle diverse condizioni climatiche di riferimento per l’area mediterranea: clima caldo delle zone costiere; clima freddo delle aree geografiche collocate in montagna e clima temperato per gli edifici realizzati in pianura.
Le fasi operative del progetto sono state caratterizzate dalle seguenti azioni strategiche:
- attività di Energy Audits e benchmark per paragonare le performance energetiche dei diversi edifici scolatici e definire un Med Action Plan da utilizzare anche per le nuove costruzioni;
- elaborazione di dodici progetti pilota, attraverso l’organizzazione di 3 workshops tematici (Limassol, novembre 2009 «Bioclimatic Architecture »; Trapani, febbraio 2011 «Indoor Comfort»; Granada, maggio 2011 «Passive cooling») e un workshop internazionale ad Atene per sperimentare e promuovere nuove soluzioni progettuali per il raffrescamento passivo, l’illuminazione e la ventilazione naturale, l’uso di energie rinnovabili e di soluzioni di involucro massive come quelle in laterizio;
- creazione di un network transnazionale tra i partner (Amministrazioni Pubbliche, Università ed Amministrazioni scolastiche), coinvolgendo gli studenti nelle fasi di monitoraggio e progettazione dei nuovi edifici scolastici;
- sinergia con operatori privati, installatori e aziende leader del settore edilizio, al fine di favorire l’innovazione tecnologica e lo sviluppo di nuovi settori di produzione industriale;
- raccolta e diffusione dei risultati con l’obiettivo di migliorare la conoscenza sul risparmio energetico, sugli standard da utilizzare e, nel medio termine, integrare e ottimizzare le politiche energetiche europee e nazionali inerenti gli edifici scolastici del bacino del Mediterraneo.
Il centro Interuniversitario Abita e la Provincia di Lucca (capofila del progetto) si sono parallelamente impegnati nella realizzazione di progetti per la costruzione di nuovi edifici scolastici (Liceo scientifico Majorana a Capannori, Liceo scientifico Barsanti a Viareggio e Istituto tecnico professionale a Castel Nuovo Garfagnana), e nella ristrutturazione energetica di alcuni degli edifici esistenti (Liceo scientifico Vallisneri e Istituto tecnico commerciale Carrara a Lucca).
In generale, la ricerca ha consentito di sperimentare nuove soluzioni tecnologiche e impiantistiche che permettessero di sviluppare progetti di nuova costruzione e riqualificazione, energeticamente appropriati alle necessità delle scuole dell’area mediterranea; evitando di importare soluzioni e tecnologie dal nord Europa, poco appropriate a risolvere le problematiche termoigrometriche di una zona geografica nella quale, più che proporre soluzioni di iperisolamento termico, si deve riflettere sulla necessità di sperimentare strategie che incrementino l’inerzia termica dell’involucro e favoriscano la ventilazione e l’illuminazione naturale degli spazi confinati, per ridurre i consumi energetici legati ai fenomeni di surriscaldamento nei periodi autunnali ed estivi.
La valutazione del rendimento energetico e la certificazione energetica degli edifici pubblici sono necessari in tutti gli Stati Europei come risposta alle indicazioni della Direttiva Europea4 che impone parametri più restrittivi per gli edifici gestiti dagli apparati statali, che devono diventare esemplari per la dimostrazione di interventi di ristrutturazione energetica o nuova costruzione.
Con la nuova Direttiva Eu 2010/31 gli obiettivi sono diventati ancora più ambiziosi, puntando alla realizzazione di edifici pubblici a energia zero a partire dal 2018. La progettazione dei nuovi edifici scolastici diventerà laboratorio di sperimentazione tecnologica nell’ambito del quale sarà possibile dimostrare i benefici dell’efficienza energetica e dell’integrazione di tecnologie per la produzione di energia da fonti rinnovabili sia tra gli studenti che tra le loro famiglie. (fig.1, 2)
ATTIVITÀ DI ANALISI E BENCHMARK
L’analisi condotta nell’ambito del progetto di ricerca è stata fondamentale per definire dei parametri di riferimento per gli edifici destinati a istruzione secondaria collocati nell’area del bacino mediterraneo, rispetto ai quali poter poi individuare delle strategie mirate di intervento e determinare delle classi di efficienza energetica specifiche.
Con quest’obiettivo in una prima fase del progetto Teenergy Schools si sono definite le caratteristiche costruttive degli edifici esistenti facendo riferimento all’epoca di costruzione, così da poter procedere ad un analisi non invasiva dell’organismo edilizio basata sull’analogia costruttiva. Le tre fasce di età individuate sono state le seguenti, edifici costruiti: (a) prima del 1945; (b) tra il 1945 e il 1981; (c) dopo il 1981.
L’attività di ricerca è stata quindi strutturata in tre fasi fondamentali:
- analisi preliminare, attraverso rilievi con termocamera di ognuno degli edifici scolastici e redazione degli audit energetici;
- simulazione delle strategie adottate per la ristrutturazione energetica degli edifici scelti come caso studio per il workshop di Atene;
- analisi costi benefici dei risultati raggiungibili attraverso gli interventi di nuova costruzione e ristrutturazione.
È stato verificato, con il software Relux, il fattore di illuminamento sul piano di lavoro di un’aula campione per ogni edificio con l’obiettivo di valutare il risparmio raggiungibile mediante la sostituzione dei corpi illuminanti esistenti e l’applicazione di un sistema di controllo elettronico della luce artificiale.
Con il software di simulazione termica in regime statico Thermus sono state invece calcolate le prestazioni energetiche degli edifici esistenti e da progetto, valutando nello specifico:
- la trasmittanza termica dell’involucro opaco e trasparente (Uwall e Uwindows, W/m2K);
- il fabbisogno di energia primaria per il riscaldamento (Epi, kWh/m3);
- il fabbisogno di energia primaria per l’acqua calda sanitaria (Eacs, kWh/m3);
- il fabbisogno di energia primaria globale (EGl, kWh/m3);
- le emissioni di CO2 (Em,u, kg/m3).
Tutti i dati raccolti nella fase di audit e simulazione sono stati poi elaborati con il foglio di calcolo Bends, sviluppato dal Politecnico di Torino nell’ambito del progetto di ricerca Europea Datamine, che ha permesso di confrontare i dati delle scuole di ognuno dei cinque paesi europei coinvolti nel progetto.
Gli energy audit e le simulazioni energetiche hanno permesso quindi di stimare le caratteristiche energetiche degli edifici per l’istruzione secondaria superiore analizzati durante la ricerca. L’analisi termografi ca (fig. 3), condotta su ogni edificio scolastico, ha inoltre dimostrato come l’involucro architettonico possa essere la causa maggiore delle dispersioni di energia, per la scarsa resistenza termica dei componenti finestrati, per la presenza di ponti termici, per non idonea coibentazione delle chiusure opache verticali e per la non idonea collocazione dei radiatori in corrispondenza delle pareti esterne.
I sistemi di distribuzione degli impianti di riscaldamento sono sempre non isolati causando l’inefficienza dell’impianto e spesso la collocazione impropria di ventilconvettori provoca stratificazioni di aria calda in corrispondenza dei solai superiori lasciando la zona occupata degli utenti a temperature molto basse.
I PROGETTI PILOTA E LE LINEE GUIDA
L’attività di analisi e benchmark, come ricordato in precedenza, è servita per conoscere le reali prestazioni energetiche degli edifici scolastici esistenti realizzati negli stati dei partners partecipanti al progetto e individuare, di conseguenza strategie progettuali efficaci per realizzare interventi di riqualifiazione energetica e nuova costruzione capaci di garantire buoni risultati, in termini di consumi energetici e impatto ambientale, per le scuole collocate nella fascia climatica temperata dell’area mediterranea.
Il progetto si è concluso con le seguenti attività: Redazione di una raccolta di Linee guida progettuali5, contenenti delle schede descrittive suddivise in quattro macro-tematiche:
- Selezione e progetto dell’area;
- Materiali e soluzioni tecnologiche;
- Energia prodotta da Fer;
- Sistemi di controllo per il risparmio energetico.
L’obiettivo delle Linee Guida è stato quello di fornire ai progettisti un decalogo di soluzioni che garantissero buone prestazioni termoigrometriche e di comfort per gli edifici scolastici del sud Europa, attraverso una sintetica descrizione della strategia da adottare in funzione delle necessità dettate da: clima; riferimenti normativi; periodo di ammortamento in termini economici e risparmio energetico raggiungibile in percentuale.
Le chiusure verticali in laterizio sono state inserite tra le soluzioni tecnologiche energeticamente efficienti, in relazione al fatto che le caratteristiche termoigrometriche del materiale garantiscono buone prestazioni termiche per la fascia mediterranea durante tutto l’arco dell’anno, ed in particolare nei mesi con temperature più elevate.
La muratura in laterizio assicura: la salubrità degli ambienti; la traspirabilità delle superfici; buoni valori d’isolamento termico6, e acustico7.
Il laterizio resta inoltre uno dei materiali più utilizzati in Italia per la costruzione di nuovi edifici scolastici ed è spesso scelto come componente edilizio di base caratterizzante nuovi involucri performanti, sia per le sue caratteristiche tecniche intrinseche sia per il forte connotato estetico proprio del materiale, legato al senso di identità e di appartenenza dei contesti urbani di molte città italiane.
Altre caratteristiche del laterizio sono: la durabilità, la flessibilità (semplicità di posa, semplicità di gestione e di manutenzione, facilità d’integrazione degli impianti e degli arredi, ecc.) e, non ultimo l’affidabilità strutturale8.
Tali peculiarità possono essere esaltate integrando alle pareti in laterizio, intonaci più o meno pesanti, strati di isolamento aggiuntivi, giunti elastici di desolidarizzazione, ecc. Elaborazione di dodici progetti pilota, tre dei quali relativi a edifici di nuova costruzione: Liceo scientifico Barsanti e Matteucci a Viareggio, Liceo scientifico Majorana a Capannori e Istituto tecnico professionale Simoni a Castel Nuovo Garfagnana.
Tutti e tre i progetti sono stati caratterizzati dall’utilizzo d’involucri con tamponamento opaco in laterizio, adottando soluzioni tecnologiche a basso impatto ambientale ma con elevati requisiti prestazionali (termici, acustici e strutturali).
Nell’Istituto di Viareggio9, dovendo garantire ottimi valori d’inerzia termica (12 ore), si è proposto di utilizzare una soluzione d’involucro con tamponamento interno in blocchi di laterizio alleggerito e rivestimento esterno in facciata ventilata con lastre di cotto.
Gli elementi modulari in cotto in prossimità delle aperture trasparenti sono stati modellati come schermature fisse, opportunamente orientate e distanziate, così da garantire buoni parametri d’illuminazione naturale all’interno delle aule (fig. 4).
Nel Liceo scientifico Majorana di Capannori l’involucro opaco è stato progettato come una soluzione del tipo a facciata ventilata in doghe di alluminio, caratterizzata dalla realizzazione della muratura interna con blocchi preassemblati costituiti da due elementi in laterizio e interposto isolante termico ad alta densità (fig. 6).
Questa scelta tecnologica ha permesso di raggiungere elevate prestazioni in termini di trasmittanza termica (0,26 W/m2K), sfasamento (0,05) e inerzia termica (11 h), riducendo la trasmissione di calore dall’interno dell’edifi cio verso l’esterno nei mesi invernali ed evitando il surriscaldamento degli ambienti confi nati nei mesi estivi.
La scelta di adottare degli elementi in laterizio preassemblati ha permesso, inoltre, di ridurre i tempi di messa in opera 10 (tab. 1). Nel progetto per l’ampliamento dell’Istituto Tecnico professionale Simoni a Castel Nuovo Garfagnana11 (fig. 7), caratterizzato dalla scelta di adottare solo soluzioni a basso impatto ambientale, è stato deciso di utilizzare: un sistema di tamponamento in blocchi di laterizio con facciata ventilata in cotto per la parete sud (fig. 12); muri in blocchi di laterizio con isolamento a cappotto per le pareti nord, ovest, est (fig. 9).
Il muro di accumulo della serra del fronte sud è stato inoltre progettato come un sistema di chiusura interna verticale realizzabile con pannelli modulari prefabbricati in argilla e paglia, così da massimizzare lo sfruttamento passivo dell’energia solare negli spazi confinati. (fig. 10)
CONCLUSIONI
Il progetto Teenergy Schools ha permesso di riflettere sulle potenzialità, in termini di risparmio energetico ed impatto ambientale, date dagli interventi di riqualificazione energetica e nuova costruzione degli edifici scolastici del sud Europa, dove adottando soluzioni tecnologiche d’involucro adeguate si possono ridurre i consumi di combustibile fossile per il riscaldamento ed il raffrescamento, proponendo soluzioni per la captazione solare passiva e la ventilazione naturale, che risultano più efficaci in aree geografi che caratterizzate da stagioni intermedie sempre più lunghe e calde.
L’analisi degli edifici esistenti e le simulazioni dei risparmi raggiungibili con le diverse strategie proposte, dimostrano come le soluzioni di chiusura verticale ed orizzontale caratterizzate da massa e inerzia termica sono quelle più adeguate per garantire buone condizioni di comfort indoor e permettere l’integrazione di impianti a basso consumo, come i sistemi radianti a soffitto o a pavimento, limitando i costi di gestione, ed anche di manutenzione (grazie a durabilità e resistenza dei materiali di tamponamento opaco quali il laterizio) durante il ciclo di vita dell’edificio scolastico.
Rosa Romano
Architetto PhD, Assegnista di Ricerca, Dipartimento di Architettura, Università degli Studi di Firenze
Note
1 http://teenergy.commpla.com
2 Il Programma Med riguarda la cooperazione dell’intera area mediterranea, incorporando in un unico programma gli Interreg IIIB Medocc e Archimed della precedente programmazione. Il carattere distintivo del programma è nella sua area, che include regioni aperte al resto del mondo attraverso la costa mediterranea, ma tuttavia «periferiche» all’interno dell’Unione europea.
Obiettivo generale del programma è rendere l’intero spazio mediterraneo un territorio capace di competere con i competitor internazionali al fine di assicurare crescita e occupazione per le prossime generazioni e supportare la coesione territoriale ed intervenire attivamente per la salvaguardia dell’ambiente in una logica di sviluppo sostenibile.
3 Centro di Ricerca Interuniverstaria Abita, Provincia di Granada, Provincia di Lucca, Università di Cipro, Arpa Sicilia, Provincia di Trapani, Provincia di Atene, Università di Atene.
4 Direttiva Eu 2002/91 e 2010/31
5 Teenergy Guidelines, http://teenergy.commpla.com/content/teenergy-guidelines
6 Il comportamento termico di una chiusura verticale in laterizio non dipende soltanto dallo spessore ma anche, e in modo determinante, dalle caratteristiche degli elementi utilizzati e dal tipo di giunto realizzato.
Le prestazioni termiche dei blocchi in laterizio sono certificate tramite la marcatura Ce, che definisce il valore di resistenza del singolo blocco e non della muratura costruita con tale blocco.
La malta, infatti, ha una conducibilità termica superiore al blocco in laterizio che diminuisce, di un 10% circa, la prestazione dell’intera parete. È necessario quindi, utilizzare la certificazione termica secondo la Uni En 1745 dello specifico blocco, e da questo dedurre il valore della conducibilità equivalente della muratura (eq=W/mK).
7 Nei punti di contatto con la struttura in c.a., si può prevedere un giunto con materiale resiliente, in grado di assorbire le deformazioni della struttura (a causa del sisma) e di impedire il passaggio dell’acqua, dell’aria e dei rumori aerei, oltre a contrastare il trasferimento di energia sonora per vibrazioni meccaniche.
8 Le «Norme Tecniche per le Costruzioni» (dm 14/01/2008) non fissano specifici requisiti per gli elementi costituenti le murature con funzione non strutturale, prevedendo verifiche alle azioni sismiche limitatamente ai tamponamenti con spessore superiore a 10 cm; il soddisfacimento della prescrizione si ritiene comunque conseguito se si impiegano leggeri reti da intonaco sui due lati della muratura, collegate ogni 50,0 cm, sia in direzione orizzontale che verticale, ed elementi di armatura orizzontale nei letti di malta ogni 50,0 cm.
9 Il progetto del Liceo Scientifico Barsanti e Matteucci di Viareggio è stato oggetto della tesi di laurea dell’arch. Leonardo Boganini, Relatore: Prof. Marco Sala, A.A. 2008/2009, Università degli Studi di Firenze.
10 R. Romano, Involucro edilizio energeticamente efficiente ed edilizia scolastica. L’ampliamento del liceo scientifico Majorana, Il progetto sostenibile n. 31, (2012), pp. 48-55 11Il progetto Istituto Tecnico Professionale Simoni a Castel Nuovo Garfagnana è stato oggetto della tesi di Master dell’arch. Skerdilaid Hysenaj, Relatore: Prof. Marco Sala, A.A. 2009/2010, Master Abita, Università degli Studi di Firenze.
©Costruire in laterizio
