4. – APPROFONDIMENTO SULLE CARATTERISTICHE ENERGETICHE DELL’EDIFICIO OCCUPATO DALLA SCUOLA ELEMENTARE

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4. – APPROFONDIMENTO SULLE CARATTERISTICHE

ENERGETICHE DELL’EDIFICIO OCCUPATO DALLA

SCUOLA ELEMENTARE

4.1 - PER LO SVILUPPO SOSTENIBILE

L’attuale modello di sviluppo va cambiato, le diverse emergenze ambientali chiedono un intervento ed in questa direzione vanno i diversi impegni presi a livello internazionale.

Perseguire un modello di sviluppo che sia sostenibile non è solo compito dei governi, è necessario l’impegno di tutti .

Diventa indispensabile allora parlare per l’ennesima volta di cifre perché è in questo modo che sono cambiate le coscienze ed è così che sempre più persone decidono di sostenere fortemente ogni intervento di risparmio energetico.

La concentrazione di CO2 in atmosfera è in crescita costante , negli ultimi quarant’anni è aumentata del 16% con un incremento annuo dello 0.5%.

Con le emissioni in atmosfera di grandi quantità di CO2 e di altri gas,le attività umane stanno generando un effetto serra aggiuntivo a quello naturale, che tende ad alterare tutti gli equilibri del sistema climatico.

Le emissioni di CO2 derivano per la maggior parte dal consumo e dalla combustione di fonti fossili,altre vengono da alcune produzioni industriali, dall’agricoltura e dalla gestione dei rifiuti; la diminuzione degli assorbitori di gas serra dipende invece dalla riduzione, per distruzione o cambiamento d’uso , delle superfici forestali che hanno la proprietà di assorbire CO2.

La conseguenza ambientale più preoccupante dell’aumento dell’effetto serra è la possibilità che si verifichino cambiamenti globali di clima.

La preoccupazione maggiore non riguarda tanto il fatto che il clima possa cambiare a causa delle attività umane , quanto invece i tempi entro cui i temuti cambiamenti climatici possano avvenire: tempi troppo ristretti perché gli ecosistemi viventi possano naturalmente adattarsi a tali cambiamenti .

Per valutare le informazioni scientifiche disponibili sui cambiamenti climatici nel 1988 fu istituita una commissione scientifica intergovernativa sui cambiamenti climatici ,IPCC (Intergovernamental Panel on Climate Change ),costituita da alcune centinaia di scienziati .

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Pur segnalando un largo margine di incertezza l’IPCC ha comunque ipotizzato che, senza specifiche politiche e misure per mitigare i cambiamenti climatici, la temperatura media della terra aumenterà di 3 gradi entro il 2100. Questo aumento non sarà uniforme, sarà più alto ai poli e meno marcato nelle zone equatoriali e potrà modificare il regime delle piogge.

Questo significherebbe per alcune regioni la riduzione delle risorse idriche e l’aumento della siccità con conseguente rischio di desertificazione, mentre per altre significherebbe il fenomeno opposto, crescita delle piogge, degli uragani e delle inondazioni.

E’ previsto anche un aumento del livello del mare valutato fra i cinquanta e i cento centimetri entro il 2100, con l’allargamento e l’erosione di vaste arre costiere oggi intensamente popolate . L’aumento delle temperature avrà anche effetti sulla salute, il più preoccupante è il rischio di diffusione anche nelle zone temperate di malattie infettive tipiche delle zone tropicali .

I cambiamenti climatici portano anche per l’Italia conseguenze negative.

Potrebbe infatti verificarsi una aridificazione delle zone centromeridionali, l’infiltrazione salina di alcune falde con conseguente modificazione della produttività agricola .E’ previsto un aumento delle precipitazioni soprattutto nelle regioni settentrionali, con crescite delle portate dei fiumi e la possibilità di eventi alluvionali. L’aumento della frequenza delle inondazioni e dell’erosione delle coste avrà conseguenze soprattutto per il delta del Po e per la laguna di Venezia, che potrebbe essere soggetta più spesso al fenomeno dell’acqua alta.

Nell’ultimo secolo il Mediterraneo si è alzato di circa quindici centimetri, mentre a Venezia il livello dell’acqua si è alzato di oltre 23 centimetri, anche a causa del lento abbassarsi della città.

L’innalzamento del livello del mare, tra i 25-30 centimetri entro il 2050, è destinato a produrre effetti soprattutto sulla fascia costiera: oltre alla riduzione delle spiagge, si prevede la riduzione dei terreni agricoli e la perdita di zone umide di acqua dolce che hanno notevole importanza per la pesca .

Per ridurre le emissioni climalteranti è necessario razionalizzare l’uso delle risorse e incrementare il ricorso a fonti di energia rinnovabili e soprattutto incrementare l’efficienza energetica in tutti i settori maggiormente energivori, ivi compreso il settore edilizio ,che presenta una incidenza percentuale elevata sui consumi energetici

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complessivi, e nel quale, oltretutto, potrebbe risultare relativamente semplice mettere in atto strategie per incrementare l’efficienza energetica.

In Europa il consumo di energia per il riscaldamento degli edifici supera il 40% dei consumi totali, con un costante aumento dell’energia primaria per il soddisfacimento delle esigenze connesse all’uso degli edifici.

Dal rapporto Enea 2006 nell’Unione Europea abbiamo una distribuzione dell’uso di energia spesa negli edifici residenziali di questo tipo: all’acqua calda sanitaria è destinato il 25%, all’illuminazione il 9%, mentre al riscaldamento il 57%. Negli edifici non residenziali il 9% dell’energia viene impiegata nell’acqua calda sanitaria, il 25% nell’illuminazione e il 52% nel combustibile per il riscaldamento. Per capire meglio come operare in direzione di un risparmio energetico è interessante scorrere dei dati del libro bianco Enea Finco riguardo ad un esempio sui consumi nel settore civile. Per il riscaldamento di un appartamento occorrono 50 Tep (1 Tep/anno ) in 50 anni di vita economicamente utile dell’edificio. Se ragioniamo sul fatto che le 50 Tep passano a 25 per un appartamento ben isolato e a 10 per un appartamento passivo capiamo quanto è possibile limitare gli sprechi e quanto il settore edilizio diventa un settore con grandi potenzialità in termini di efficienza energetica.

Tutto questo inoltre va sommato al fatto che queste cifre riguardanti i costi di esercizio degli edifici sono nettamente superiori ai costi di costruzione. L’attenta progettazione edilizia (maggiore isolamento termico, applicazioni di architettura bioclimatica, ecc ..) e un attenta progettazione impiantistica ( che ricorre sempre più a fonti rinnovabili ) costituiscono due aspetti fondamentali da integrare in quello che viene definito il sistema edificio-impianto.

La consapevolezza della necessità di dover affrontare i problemi dell’ambiente, unitamente alla necessità di dover garantire un più equo sviluppo sociale ed economico, si è tradotta in impegno politico anche a livello internazionale .

Nel Giugno 1992 a Rio de Janeiro si è tenuta la Conferenza Mondiale sull’Ambiente e lo Sviluppo a cui hanno partecipato i rappresentanti dei governi dei paesi di tutto il mondo e delle organizzazioni non governative (ONG). A Rio si sono discussi i problemi ambientali del pianeta e i loro legami con i problemi dello sviluppo economico e sociale.

La conferenza ha approvato la “Dichiarazione di Rio sull’ambiente e lo sviluppo” con cui gli stati si sono impegnati a tutelare l’ambiente e a perseguire lo sviluppo

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sostenibile. Tra i documenti prodotti a Rio, particolare importanza ha l’agenda 21, un ampio articolato programma di azioni sostenibili del pianeta di qui al ventunesimo secolo. I paesi firmatari della Convenzione di Rio si sono riuniti più volte.

Un appuntamento importante è stata la conferenza di Kyoto nel Dicembre 1997, in cui è stato definito un protocollo, che impegna i paesi firmatari a ridurre complessivamente entro il 2012, del 5,2% rispetto ai livelli del 1990 le principali emissioni di gas capaci di alterare il naturale effetto serra del pianeta. Nessun tipo di limitazione di gas serra viene previsto per i paesi in via di sviluppo, perché tale vincolo rallenterebbe o condizionerebbe la loro crescita .

Percentuale di riduzione di gas serra entro il 2012 rispetto al 1990 Mondo 5,2% Unione Europea 8% Russia 0% Stati Uniti 7% Giappone 6% Italia 6,5%

Politiche e azioni operative che si dovranno sviluppare per ridurre le emissioni di anidride carbonica, perossido di azoto, metano sono :

migliorare l’efficienza tecnologica e ridurre i consumi energetici nel settore termoelettrico, nel settore dei trasporti e in quello abitativo e industriale;

promuovere azioni di riforestazione per incrementare la capacità del pianeta di assorbimento dei gas serra;

promuovere forme di gestione sostenibile di produzione agricola;

incentivare la ricerca ,lo sviluppo e l’uso di nuove fonti di energia rinnovabile;

limitare e ridurre le emissioni di metano dalle discariche di rifiuti e dagli altri settori energetici;

applicare misure fiscali appropriate per disincentivare le emissioni di gas serra.

Ad oggi il Protocollo di Kyoto non è stato ancora ratificato da tutti gli stati che lo proposero nonostante le varie modifiche apportate per farlo diventare uno strumento economicamente conveniente. Infatti le misure nazionali sono state integrate da strumenti di cooperazione tra paesi.

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I meccanismi di flessibilità dovrebbero agevolare la diffusione di tecnologie ad alta efficienza nei paesi in via di sviluppo, consentendo ai paesi industrializzati di acquisire crediti di emissione commerciabili o iscrivibili nei propri registri di contabilità nazionale di emissioni . Ad oggi Stati Uniti e Australia hanno abbandonato i negoziati, mentre l’adesione ancora incerta della Russia ne determinerebbe l’entrata in vigore. Comunque il solo fatto di essere arrivati ad un testo di accordo ha prodotto rilevanti conseguenze economiche e organizzative nel settore dell’energia. In particolare l’Unione Europea, e quindi anche l’Italia, ha da subito recepito le indicazioni del protocollo.

In materia di leggi sul risparmio energetico con particolare attenzione al settore edilizio in Italia disponiamo dei seguenti riferimenti :

La legge 10/91 “Norme per l’attuazione del piano energetico nazionale in materia di uso razionale dell’energia, di risparmio energetico e di sviluppo delle fonti rinnovabili di energia”.

Il D.P.R. 412/93 “Regolamento recante norme per la progettazione, l’istallazione, l’esercizio e la manutenzione degli impianti termici degli edifici ai fini del contenimento dei consumi di energia, in attuazione dell’art. 4, comma 4, della legge n° 10 del 9 gennaio del 91”.

Il D.P.R. 551/99 “Regolamento recante modifiche al decreto del presidente della repubblica n°412 del 26 agosto 1993, in materia di progettazione, istallazione, esercizio e manutenzione degli impianti termici degli edifici, ai fini del contenimento dei consumi di energia”.

Il D. Lgs n°112 del 31 marzo 1998 “conferimento di funzioni e compiti amministrativi dello stato alle regioni ed agli enti locali, in attuazione del capo I della L. n°59 del 15 marzo 1997”.

Il.D.Lgs n° 311del 29 dicembre 2006 “disposizioni correttive ed integrative al decreto legislativo 192/2005, recante attuazione della direttiva 2002/91/CE,relativa al rendimento energetico nell’edilizia”.

La finalità della presente tesi è la riqualificazione della caserma Lorenzini a Lucca come scuola elementare e materna garantendone, in relazione alle premesse, un

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contenimento dei consumi energetici con interventi mirati e legati ad una primaria diagnosi energetica.

L’intero complesso è soggetto a vincolo “per particolare interesse storico” in base al D.Lgs n°42 del 22 gennaio 2004 ,art. 136 e teoricamente sarebbe escluso dalle verifiche imposte dal D.Lgs 311 “nei casi in cui il rispetto delle prescrizioni implicasse una alterazione inaccettabile del loro carattere o aspetto con particolare riferimento ai caratteri storici o artistici” (prescrizione dettata dall’art.3, punto A, del D.Lgs n° 311 riguardo ad edifici che ricadono sotto la tutela dei Beni Culturali).

Data l’importanza del problema energetico si è ritenuto interessante affrontare lo studio energetico ponendo particolare attenzione al rispetto dei vincoli storici nonché alla valutazione di varie soluzioni impiantistiche e di isolamento dell’edificio in relazione alla loro adattabilità alla situazione presa in esame.

Nel tentativo di migliorare le prestazioni energetiche e di ricorrere a fonti rinnovabili si è dovuto ridurre al minimo l’impatto sull’edificio. Sono state pertanto escluse soluzioni vantaggiose a priori perchè incompatibili, come ad esempio la collocazione in copertura o in adiacenza di collettori solari o pannelli fotovoltaici per non alterare i prospetti e l’aspetto; è stato inoltre valutato il consumo connesso alle soluzioni energetiche proposte per motivare qualsiasi tipo di intervento.

Sebbene quindi, per la presenza di vincolo storico, risulta possibile derogare dal rispetto delle prescrizioni del decreto nello sviluppo del progetto, i limiti imposti dal D.Lgs n° 311 sono qualcosa a cui tendere il più possibile e sono comunque finalizzati all’incremento delle prestazioni energetiche dell’edificio che si traducono poi in risparmi nei consumi.

Analisi dell’edificio e degli interventi sull’involucro edilizio

Lo studio effettuato inizia con una valutazione della situazione attuale che si basa sul calcolo del fabbisogno energetico dell’edificio prima di ogni intervento in modo da evidenziare dove si trovano le maggiori dispersioni e poter così intervenire in modo mirato sull’involucro edilizio o sui rendimenti d’impianto. Abbiamo detto che ad oggi si può e si deve parlare solo di un sistema edificio–impianto e quindi è necessaria un’integrazione negli interventi in modo da ottimizzare la resa delle azioni sull’edificio. Ne segue che un intervento sull’involucro dell’edificio deve

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accompagnarsi ad una scelta di impianto adatta all’edificio in questione e magari che fa uso di fonti rinnovabili .

In un complesso di questo tipo costituito da un gruppo di edifici adiacenti che si collocano intorno a cortili destinati per lo più a spazio verde una soluzione da valutare potrebbe essere quella che adotta la pompa geotermica capace fra l’altro di ridurre al minimo l’impatto sull’esistente.

Se gli interventi proposti possano considerarsi o meno compatibili rispetto ai caratteri oggetto di tutela, rientra in valutazioni di competenza della Soprintendenza preposta e quindi nel seguito verranno prese in esame soluzioni il meno possibile invasive secondo i semplici criteri del buon senso e che sono vantaggiose dal punto di vista del risparmio energetico .

Il seguente studio verrà applicato soltanto ad una parte del complesso, quella che coincide con lo spazio destinato alle aule della scuola elementare.

Vengono escluse quindi i locali a piano terra (le mense, i laboratori, le aule della materna ) anche se la soluzione proposta per il piano superiore potrebbe essere applicata anche alla restante parte della scuola. Questa scelta è stata motivata dal fatto che nella maggior parte dei locali del piano terreno è presente come pavimentazione un antico selciato che costituiva il passaggio delle carrozze e che potrebbe imporre la costruzione di un pavimento galleggiante per conservare l’esistente.

La soluzione ottimale dal punto di vista energetico potrebbe essere costituita ad esempio da un pavimento a igloo capace di isolare meglio dal terreno e capace inoltre di sostenere un eventuale impianto a pannelli radianti che ben si combina con la pompa geotermica.

Per queste ragioni prendiamo in esame per adesso la parte superiore dell’edificio dove è presente una pavimentazione da smantellare per consolidare il solaio in legno esistente.

Innanzi tutto si procede a valutare le caratteristiche dell’involucro edilizio al fine di valutare gli incrementi prestazionali nel caso dei diversi interventi. In sostanza confrontiamo la situazione attuale con altre due ipotesi di isolamento dell’involucro, sempre però adottando lo stesso tipo di impianto cioè un impianto a pompa di calore geotermica abbinato a terminali di distribuzione del calore del tipo a pavimento radiante.

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Soluzione 1

Intervento sull’ involucro

Tipo di impianto

Nessuno.

Si mantengono gli infissi con vetro singolo e non si interviene in nessun modo sulle pareti esistenti miste pietre e mattoni con intonaco esterno e interno.

Pannelli radianti a pavimento e pompa di calore geotermica .

Soluzione 2

Intervento sull’involucro

Tipo di impianto

Sostituzione degli elementi finestrati con infissi a taglio termico e vetri doppi .

Pannelli radianti a pavimento e pompa di calore geotermica

Soluzione 3

Intervento sull’involucro

Tipo di impianto

-Sostituzione degli elementi finestrati con infissi a taglio termico e vetri doppi .

-isolamento sulla parte interna delle murature perimetrali .

Pannelli radianti a pavimento e pompa di calore geotermica .

Le soluzioni proposte derivano da una valutazione degli elementi più critici dal punto di vista termico che sono le murature sull’esterno e gli elementi finestrati date le loro scarse prestazioni isolanti; sono state ovviamente suggerite da una primaria indagine sulla situazione attuale.

Rispetto agli altri due modelli il terzo rappresenta quello più invasivo in termini di interventi realizzati sull’esistente, ma il più efficace in termini energetici. Si procede quindi da una prima soluzione ad una seconda che altera leggermente l’esistente ma con meno resa energetica della terza.

In realtà questi interventi che non hanno niente di innovativo realizzano un buon incremento prestazionale energetico risultando comunque poco incidenti dal punto di vista morfologico e percettivo.

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In particolare l’intervento sulla componente vetrata risulta poco percepibile, mentre l’isolamento a cappotto interno sembra accettabile perché non eccessivamente impattante vista la presenza già attualmente di intonaco interno e visto che risulta comunque una soluzione reversibile.

L’impianto ipotizzato per queste tre soluzioni è un impianto a pannelli radianti a pavimento, impianto che può essere utilizzato sia per il riscaldamento invernale che per il raffrescamento estivo associato ad un opportuno impianto di deumidificazione . Per quanto riguarda la produzione di acqua calda sanitaria , questa si considera prodotta da una caldaia collocata al piano terreno, quindi non consideriamo il risparmio energetico che si potrebbe ottenere sfruttando la pompa geotermica per questo scopo.

DATI GENERALI E CLIMATICI

Comune : Lucca

( 43° 50’ latitudine nord ; 10°30’ latitudineest )

Provincia : Lu

Altitudine : 19 m slm Gradi giorno : 1715 Zona climatica . D Velocità max del vento: 4 m/s Velocità media del vento 1,5 m/s Temperatura esterna di progetto : 0,0 °C Temperatura interna di progetto : 20 °C Differenza di Temp.di progetto 20 °C

TEMPERATURE MEDIE MENSILI (°C)

GEN FEB MAR APR MAG GIU LUG AGO SET OTT NOV DIC

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IRRADIAZIONE MEDIA MENSILE (MJ/m2giorno) 43°50’ Latit.Nord. 10°30’ Longit.Est.

4.2 - DESCRIZIONE DEI COMPONENTI EDILIZI

4.2.1 - Tipologie infissi

I seguenti sono infissi con vetro semplice(1° soluzione)

Infisso F1

Vetro Telaio Ponte termico

b=120 cm Tipo semplice 6mm

Profilo in legno privo di guarnizioni

Lpt=6,7 m

h=218 cm Ug=4,64 W/m2k Uf=3,3 W/m2k Kl=0,15 W/mK Ag =1,98 mq Considerando il ponte termico

Rtot = 0,28 m2k/W

h

b

Af =0,64 m

Lg=13,92

Considerando il ponte termico Utot = 3,61 W/m2k

GEN FEB MAR APR MAG GIU LUG AGO SET OTT NOV DIC OR 5,3 7,9 12,3 16,7 20,3 22,7 24,7 20,5 15,8 10,7 5,8 4,4 N 1,8 2,6 3,8 5,5 7,8 9,4 9,2 6,5 4,4 3,1 2,0 1,6 NE 2,0 3,3 5,5 8,3 10,8 12,4 13,1 10,2 7,1 4,3 2,3 1,7 E 4,2 6,0 8,9 11,4 13,3 14,6 16,1 13,9 11,3 8,2 4,6 3,5 SE 7,3 8,7 11,0 11,9 12,2 12,5 14,1 13,8 13,3 11,7 7,5 6,0 S 9,2 10,4 11,6 10,7 9,8 9,6 10,6 11,5 13,1 13,5 9,4 7,7 SO 7,3 8,7 11,0 11,9 12,2 12,5 14,1 13,8 13,3 11,7 7,5 6,0 O 4,2 6,0 8,9 11,4 13,3 14,6 16,1 13,9 11,3 8,2 4,6 3,5 NO 2,0 3,3 5,5 8,3 10,8 12,4 13,1 10,2 7,1 4,3 2,3 1,7

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Infisso F2

b=355 cm Tipo semplice 6mm Profilo in legno privo di guarnizioni Lpt=13,54 m h=322 cm Ug=4,64 W/m2k Uf=3,5 W/m2k Kl=0,15 W/mK Ag =7,53 mq Considerando il ponte termico

Rtot = 0,30 m2k/W

h

b

Af =3,90 mq

Lg=28,2 m

Infisso F3

Porta in vetro e legno

b=170cm Tipo semplice 6mm Profilo in legno privo di guarnizioni Lpt=10,8 m h=370 cm Ug=4,64 W/m2k Uf=3,3 W/m2k Kl=0,15 W/mK Ag =2,46 mq Considerando il ponte termico

Rtot = 0,36m2k/W Af =3,83 mq

Lg=12,56

I seguenti infissi sono quelli proposti nella 2° e 3° soluzione

Infisso F1s

Rtot = 0,38 m2k/W

h

b

Af =0,64 mq

Lg=13,92

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Infisso F2s

Rtot = 0,34 m2k/W

h

b

Af =3,90 mq

Lg=28,2 m

Infisso F3s

Porta in vetro e legno

b=170cm Tipo semplice 6mm Profilo in legno privo di guarnizioni Lpt=10,8 m h=370 cm Ug=2,51 W/m2k Uf=2,02 W/m2k Kl=0,15 W/mK Ag =2,46 mq Considerando il ponte termico

Rtot = 0,45 m2k/W Af =3,83 mq

Lg=12,56

Dove

Ag = Area del vetro Af = Area del telaio

Lg = Perimetro della superficie vetrata

Ug = Trasmittanza termica dell’elemento vetrato Uf = Trasmittanza termica del telaio