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Oggetto
La presente tesi nasce da un interesse profondo per il tema della progettazione ecologica e sostenibile, finalizzata ad ottenere edifici più funzionali ed efficienti non solo dal punto di vista del comfort, ma innanzitutto da quello dell'impatto ambientale.
In particolare, per svolgere questo lavoro, è stata scelta la progettazione di una scuola, dove risulta particolarmente difficile saper coniugare diverse sinergie: quelle progettuali (architettoniche, energetiche, di integrazione con l'ambiente, etc.) e quelle pedagogiche, legate al modo di insegnare nella maniera più adeguata.
La scuola infatti non è un semplice edificio circoscritto da quattro mura e un tetto, ma anche uno spazio dove si fa e si insegna cultura. La suddetta sinergia può quindi rappresentare un modo adeguato di mostrare alle giovani generazioni come comportarsi in maniera rispettosa nei confronti dell'ambiente ed educarle.
Inquadramento
Negli ultimi vent’anni si è sviluppata una coscienza ecologica che ha portato ad attivare una serie di meccanismi normativi che pongono come requisito essenziale per le costruzioni da una parte l’igiene, la salute e l’ambiente, e dall’altra il risparmio energetico.
L’edilizia ecologica - bioarchitettura - nasce come reazione alla grave crisi ambientale di cui l’attività del costruire è pienamente responsabile. Il suo scopo è quello di individuare e analizzare tutte le relazioni esistenti tra edilizia, uomo e ambiente, per giungere a controllare l’impatto ambientale di una costruzione durante tutte le fasi che essa attraversa, dalla progettazione fino alla demolizione.
L’utilizzo di materiali naturali consente un più facile riassorbimento degli stessi nell’ambiente, una volta terminata la loro funzione, e una ridotta produzione di scarti oltre a una migliore vivibilità dell’edificio, concetto recentemente introdotto in Europa attraverso l'LCA (Life Cycle Assessment). Altrettanto importante, per la bioedilizia, è individuare le misure adeguate per un efficiente utilizzo delle risorse energetiche all’interno del fabbricato
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durante la sua vita, dal momento che il risparmio energetico rappresenta l'aspetto più incisivo della sostenibilità ambientale.
L'alterazione ambientale data dalle emissioni antropogeniche di CO2 e il problema dell'esaurimento di carburante hanno portato al dialogo i paesi di tutto il mondo. La Commissione Europea ha assunto provvedimenti sul risparmio energetico tracciando alcune linee guida con ricadute sull’edilizia residenziale e terziaria, oggi responsabile di buona parte delle emissioni inquinanti e di consumo energetico. La Direttiva europea 2002/91/CE è stata recepita in Italia con i D.lgs 192/2005 e 311/2006; a questi si è aggiunta altra normativa come la Legge Finanziaria 2007-2008 per le detrazioni fiscali, vari decreti e norme UNI in merito a singoli argomenti e l'ultimo aggiornamento in materia di riqualificazione energetica degli edifici con il D.M. 26 gennaio 2010.
Queste disposizioni, che devono essere lette in modo integrato, obbligano a considerare già in fase progettuale l’edificio nel suo complesso, valutando anche il consumo annuale di energia per il suo riscaldamento. Sulla base di tale consumo si potrà descrivere l’edificio secondo classi energetiche, classificazione obbligatoria come da recente decreto (D.M. n°63 del 4 giugno 2013).
Dall’analisi comparata della normativa sul risparmio energetico attualmente vigente in Italia, emerge un quadro molto complesso, non privo di contraddizioni, che obbliga il progettista a un confronto su più livelli delle varie prescrizioni nazionali, regionali e comunali.
Nel dicembre 2008 il Parlamento Europeo approvava il pacchetto clima-energia più noto come strategia “20-20-20”: entro il 2020 ridurre del 20% le emissioni di CO2, diminuire del 20% il consumo di fonti primarie, mediante l’aumento dell’efficienza energetica, ed aumentare del 20% la quota di energia derivata da fonti rinnovabili nella copertura dei consumi finali.
Per conseguire gli obiettivi della 20-20-20, la Direttiva 2010/31/UE introduceva il concetto di
“Edifici ad energia quasi zero”, ovvero costruzioni “ad altissima prestazione energetica,
con fabbisogno energetico molto basso o quasi nullo coperto in misura molto significativa da energia da fonti rinnovabili”. Entro il 31 dicembre 2020, dunque, tutti gli edifici di nuova
costruzione dovranno essere “a energia quasi zero”, mentre per gli edifici pubblici questa scadenza è anticipata al 31 dicembre 2018.
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Metodi e strumenti
Per quanto concerne la fruibilità e il dimensionamento degli spazi della scuola sono stati rispettati i limiti minimi di funzionalità didattica imposti dal D.M. 18/12/1975. Mentre per alcune attività sono stati di poco superati i valori minimi del decreto, per altre, come ad esempio le attività speciali e libere nelle sezioni, le superfici del progetto assumono valori sensibilmente sovradimensionati rispetto ai minimi previsti in tabella, essendo le esigenze didattiche attuali ampliate rispetto ai canoni previsti quasi quaranta anni fa.
Stanno nascendo, infatti, nuovi criteri per la progettazione dello spazio e delle dotazioni per la scuola del nuovo millennio, discostandosi dallo stile prescrittivo delle precedenti, risalenti al 1975. La nuova logica è di tipo «prestazionale», e rende i criteri di progettazione più
agevolmente adattabili alle esigenze didattiche e organizzative di una scuola in continuo
mutamento.
Si propone una concezione dello spazio differente da un modello di organizzazione della didattica rimasto ancorato alla centralità della lezione frontale, con spazi modulari,
facilmente configurabili e in grado di rispondere a contesti educativi sempre diversi, ambienti plastici e flessibili, funzionali ai sistemi di insegnamento e apprendimento più avanzati.
La fase della progettazione della scuola è stata sviluppata fin dal primo momento sotto un'ottica ecologica e sostenibile.
In una precedente esperienza ho avuto modo di avvicinarmi alla progettazione di bioarchitettura svolgendo un tirocinio presso l'Università Politecnica di Valencia da febbraio a giugno 2013, durante il quale ho studiato come sfruttare al meglio i sistemi passivi per l'efficienza energetica e la progettazione dell'involucro esterno.
Le tecnologie per il risparmio energetico si possono classificare in: sistemi attivi, quelli predisposti per la produzione diretta di energia sotto diverse forme e possono essere facilmente integrati in edifici già esistenti (sono sostanzialmente legati all’impiantistica); sistemi passivi, quelli che devono essere concepiti insieme all'edificio stesso, diventando di fatto elementi determinanti del processo di progettazione.
Principali esempi di sistemi passivi sono: - l'orientamento dell'edificio;
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- l'illuminazione naturale, pensata e progettata con adeguati sistemi di schermatura che impediscano l'irraggiamento diretto dei locali durante l'estate e, invece, permettano ai raggi solari di entrare nell'edificio attraverso i suoi involucri trasparenti durante la stagione invernale;
- la ventilazione naturale, di cui è stata studiata la fluidodinamica all'interno di un edificio con il sostegno del software SolidWorks, facendo un'analisi per i diversi mesi dell'anno al variare delle direzioni e velocità del vento registrate presso le banche dati metereologiche;
- i sistemi di raffrescamento attraverso l'utilizzo di vegetazione o di acqua lungo le pareti verticali esterne e sulla copertura.
Queste conoscenze sono state tutte adottate in fase di progettazione della scuola oggetto di questa tesi.
Per quanto riguarda la progettazione degli involucri, la normativa vigente (Decreto 26
gennaio 2010) richiede che vengano rispettati dei valori di trasmittanza di 0,32 W/m2K, per le zone climatiche D come ad esempio Pisa. Al fine della progettazione di una scuola a energia "quasi" zero, ho progettato tutti gli involucri disperdenti con una trasmittanza all'incirca di
0,17 W/m2K per minimizzare le dispersioni energetiche.
I passi preliminari dello studio energetico della scuola sono stati: - la progettazione dell'involucro interno ed esterno;
- la riduzione al minimo dei ponti termici, seppure siano risultati trascurabili nel caso di costruzioni in legno;
- le prestazioni termoigrometriche dell'edificio; - il calcolo del fabbisogno energetico.
Per il calcolo del fabbisogno energetico della scuola si è fatto riferimento alle norme UNI/TS11300 e al software EdilClima. Con questo programma, inserendo i dati di input del luogo, della geometria dell'edificio, dell'involucro edilizio e dei ponti termici, abbiamo ottenuto uno schema riassuntivo sia del fabbisogno energetico di ogni mese e per ogni locale interno, che delle dispersioni attraverso ogni involucro opaco o trasparente progettato.
Sulla base di questi risultati sarà poi opportuno passare alla progettazione degli impianti, per risolvere, in primo luogo, le questioni legate al riscaldamento dei locali e dell'acqua calda sanitaria e alla ventilazione.
In conclusione, volgendo particolare attenzione agli edifici scolastici, in questo lavoro di tesi si è tentato un approccio che porti alla progettazione di un edificio a energia "quasi" zero.
