L’approccio tipologico per la stima del fabbisogno energetico alla scala urbana

L’approccio che prevede una sorta di tipizzazione del patrimonio edificato è uno dei più usati per colmare la cronica mancanza di dati che caratterizza lo studio dei consumi energetici del settore residenziale. In letteratura si assiste a diversi esempi di modelli bottom-up di estrazione statistica, ingegneristica o mista, tra i quali il nostro studio si vuole inserire, che interpretano in maniera funzionale ai propri scopi specifici il concetto di archetipo.

Uno dei nodi da dirimere è quale informazione debba essere effettivamente contenuta nel tipo, questa può riguardare aspetti di varia natura:

− geometrica, i volumi, le superfici disperdenti ed il loro orientamento;

− tipologica, come la presenza di balconi, il rapporto tra superficie opaca e trasparente nelle chiusure verticali, la tipologia di copertura e molto altro;

− costruttiva, ossia le caratteristiche termo-fisiche dei materiali e degli elementi di fabbrica e utilizzati;

− tecnologica, quali le prestazioni degli impianti presenti.

Per definire quali dati, tra quelli necessari al calcolo, siano da tipizzare è necessario capire quali di questi possano essere ricavati da informazioni disponibili con il dettaglio richiesto: la tipizzazione è un espediente semplificativo utile a colmare le lacune dei dati di partenza. Ma non solo, la tipizzazione assume anche un ruolo non secondario di interpretazione della realtà: se per assurdo si conoscessero con precisione i dati riguardo ad ogni edifico la mole di informazioni renderebbe impossibile un suo uso nei contesti decisionali richiedendo una pesante opera di sintesi che porterebbe ancora una volta ad una lettura per tipi o classi.

Darren Robinson (2007-2009) nei suoi strumenti (CitySym e SunTool) per il calcolo dinamico del fabbisogno energetico degli edifici alla scala urbana, ricava le caratteristiche geometriche delle superfici disperdenti degli edifici dalla loro rappresentazione spaziale semplificata, poi assegna dei tipi di strutture edilizie ed imposta le zone termiche in maniera manuale. A questo punto, basandosi su informazioni raccolte circa i materiali utilizzati in ogni specifica città in funzione dell’anno di costruzione, assegna automaticamente le caratteristiche fisiche dei materiali ad ogni superficie e calcola il fabbisogno netto dell’involucro (cap XX). In questo caso la tipizzazione colma la mancanza dei dati necessari per il calcolo e da origine ad un numero limitato di tipi prettamente basato sull’età di costruzione e sui materiali utilizzati.

Shimoda (2006) per valutare l’effetto delle politiche di risparmio energetico a livello urbano nella città di Osaka propone una tipizzazione basata su tre parametri: il tipo di edificio, il grado di isolamento ed il profilo degli occupanti. In particolare definisce 20 tipologie edilizie (10 di case isolate e 10 di appartamenti) in base alla dimensione planimetrica ricavabile dai dati riferiti al patrimonio edificato e per le quali ipotizza anche una disposizione planimetrica interna. A queste tipologie, partendo dagli anni di entrata in vigore delle normative giapponesi riguardanti le prestazioni energetiche degli edifici, assegna 5 diversi gradi di

isolamento in funzione dell’anno di costruzione dell’edificio, ossia assegna ad ogni edifico i livelli di isolamento dettati dalle normative vigenti nel suo anno di costruzione. In questo caso si propone anche una tipizzazione del profilo degli occupanti10, che influisce fortemente sul consumo reale, dando origine in realtà ad una grande vastità di combinazioni di caratteristiche capaci di rappresentare con una città virtuale la complessità della reale. Tale rappresentazione verrà utilizzata dall’autore per prevedere alla scala urbana l’effetto di diverse politiche per il risparmio energetico anche indirizzate al cambiamento delle abitudini degli abitanti. Accanto ad una tipizzazione piuttosto accurata dei profili dei residenti, che nasce dalla grande quantità di dati disponibili, si utilizza una semplificazione spinta delle caratteristiche geometriche basate essenzialmente sulla superficie dell’unità immobiliare; ancora una volta si fa riferimento alla normative vigenti, e quindi agli anni di costruzione degli edifici, per stabilire le caratteristiche fisiche delle strutture.

In maniera più semplice Rylatt e Gadsden (2001-2003) propongono una metodologia per la stima del potenziale della produzione di energia tramite pannelli solari (termici e fotovoltaici) in ambito urbano. Per semplificare i dati di input della procedura di calcolo del fabbisogno energetico del patrimonio edificato (cap 5) utilizzano un approccio tipologico basato su due parametri. In particolare propongono un parametro formale secondo il quale si individuano sei tipologie edilizie per ognuna delle quali viene ipotizzata l’estensione delle zone termiche e di conseguenza delle superfici disperdenti. Le caratteristiche dei materiali vengono assegnate in base all’anno di costruzione della struttura e le altre caratteristiche formali (forma ed orientamento del tetto, superficie finestrata, balconi, ecc) sono desunte dalla cartografia e tramite sopralluoghi. In questo caso l’approccio tipologico contiene forti semplificazioni che comprendono sia le caratteristiche geometriche dell’edificio che quelle dei materiali.

Girardin (2009), parte da un insieme piuttosto vasto di dati riguardanti i consumi delle caldaie di poco meno della metà del patrimonio edificato di Ginevra che per gli scopi dello studio viene diviso in 80 categorie basate sulla tipologia d’uso e sull’anno di costruzione. In questo caso il parametro geometrico non viene preso in considerazione perché per calcolare il fabbisogno del patrimonio edificato si utilizza una generalizzazione per tipologia dei dati reali di consumo.

Si osserva come la tipizzazione possa essere utile sia a semplificare i dati di input che a facilitare e indirizzare l’interpretazione dei risultati dei modelli, in altre parole le semplificazioni introdotte nei differenti modelli dipendono dallo scopo stesso per il quale sono predisposti. Robinson propone una struttura del data base funzionale ad esplicitare le relazioni analitiche che legano le caratteristiche fisiche dell’edificio con i propri consumi, mentre Shimoda si concentra sulla tipizzazione delle attività umane. In

10

Shimoda ed altri (2006) hanno definito, tramite una vasta campagna di questionari, il profilo temporale delle attività giornaliere (con un intervallo temporale di 5minuti) di otto tipologie di occupanti: maschio e femmina anziani, maschio e donna lavoratrice, casalinga, studente della scuola elementare, studente della junior high school, studente della high school. In base a queste attività e conoscendo il numero e le caratteristiche degli abitanti degli appartamenti hanno potuto definire i fabbisogni energetici per ogni tipo di occupante dell’appartamento.

maniera ancora differente Girardin utilizza relazioni inferenziali tra osservazioni reali dei consumi ed alcune tipologie di edifici decise a priori per delineare le caratteristiche dei consumi della città di Ginevra in maniera funzionale alla ottimizzazione di sistemi di teleriscaldamento.

La struttura dei dati della nostra metodologia sarà molto simile a quella adottata da Robinson in quanto particolarmente funzionale ad effettuare il calcolo del fabbisogno energetico in maniera analitica esplicitando i parametri chiave del calcolo riguardanti le strutture e i materiali dell’involucro. Il data base ad archetipi ed abachi delle strutture permette da una parte di colmare le lacune di informazione e dall’altra di fornire già di partenza uno strumento interpretativo della realtà che sarà poi utilissimo in fase di definizione degli scenari di trasformazione.