Il consumo energetico per la climatizzazione degli edifici e la forma urbana : il caso studio di Torino

INTRODUZIONE

1.1.Obiettivi e metodologia

Il presente lavoro intende dimostrare la tesi secondo la quale il consumo energetico per la climatizzazione di un edificio sia influenzato non solo dalle sue caratteristiche intrinseche (involucro, impianti e utenza), ma anche dal contesto urbano in cui l'edifico si inserisce. Il punto di partenza di questo lavoro è dunque la seguente equazione:

Consumo MISURATO [kWh/m2] = Consumo [kWh/m2]EDIFICIO ± Consumo [kWh/m2] CONTESTO URBANO

Conoscendo il primo termine dell'equazione, ovvero il consumo energetico derivante dalle caratteristiche dell'edificio, si andrà ad analizzare in che modo la forma urbana del contesto influisce sul consumo energetico per il riscaldamento dell'edificio.

L'obiettivo di questa analisi è di tradurre i risultati ottenuti in nuove linee guida per la pianificazione urbana sostenibile di nuovi quartieri.

Il primo passo per raggiungere l'obiettivo preposto è stato quello di definire la forma urbana, ovvero capire quali sono i parametri che definiscono la morfologia di un tessuto urbano. A seguito di un'attenta lettura dello stato dell'arte in merito al tema, sono stati scelti alcuni parametri che maggiormente influiscono sulla variazione dei consumi:

• Building Coverage ratio, BCR [m2/m2]

• Building Density, BD [m3/m2]

• Building Height, BH [m]

• Aspect ratio (Urban Horizon Angle, UHA), HW [-]

• Height of building and the average height of the surrounding, HHm [-]

• Main Orientation of the Street, MOS [-]

• Building Orientation, BO [-]

• Albedo, A [-]

Per il calcolo dei parametri è stato usato un Sistema Geografico di informazione (GIS), in particolare, il pacchetto ArcMap di ArcGlS. Questo software si è rivelato particolarmente indicato per il calcolo dei parametri urbani in quanto è in grado di incrociare informazioni geografiche (posizione, orientamento, impronta dell'edificio e prossimità con altri oggetti) con gli attributi alfanumerici (altezza, periodo di costruzione, uso) dell'edificio. Per quanto riguarda tutti i dati utilizzati per questa analisi si rimanda alla lettura dell'appendice A. Procedura di calcolo.

Il lavoro si è sviluppato in collaborazione con José Martin Correa e Marta Carozza e si è concentrato nella città di Torino, Italia. La città è suddivisa in IO circoscrizioni, a loro volta suddivise in circa 3.700 sezioni di censimento (unità minima di rilevazione del Comune sulla cui base è organizzata la rilevazione censuaria).

Nell'analisi svolta, la sezione di censimento è stata utilizzata come unità minima di riferimento per definizione della forma urbana. In particolare, per quanto riguarda il calcolo dei parametri urbani, ad ogni sezione di censimento sono stati associati i rispettivi valori degli indicatori descritti in precedenza.

Dopo il calcolo dei parametri urbani per l'intera città di Torino, si è deciso di limitare l'analisi ad alcune zone di essa. Per la scelta di tali zone sono stati utilizzati una serie di criteri:

• Le zone dovevano appartenere alla mappa del teleriscaldamento della città di Torino. Questa scelta è dovuta al fatto che, ai fini dell'analisi, è stato necessario avere i dati di consumo reali, forniti da IREN;

• Le zone dovevano avere dimensioni di circa 400x400 metri e dovevano essere caratterizzate da un tessuto urbano omogeneo e dalla presenza di edifici residenziali;

• Le zone dovevano appartenere a delle epoche differenti. Sono state selezionate quattro zone caratterizzate da un'architettura tradizionale: zona corso Raffaello, zona Crocetta, zona via Sacchi e zona via Arquata, e tre di un'epoca di costruzione più recente: zona corso Mediterraneo, zona Spina 3 e zona Villaggio Olimpico.

Per ognuna di queste zone è stata fatta un'analisi approfondita delle caratteristiche urbane tramite un'immagine satellitare, una mappa tematizzata per epoca di costruzione, una vista planivolumetrica, una tabella riepilogativa dei parametri urbani che definiscono l'area di studio, un istogramma degli usi del suolo e un info grafica riassuntiva.

L'idea di partenza è stata quella di confrontare una zona tradizionale con un'altra contemporanea. Dato che non è stato possibile reperire i dati di consumo reali delle zone moderne, l'analisi è stata svolta solo sulle zone tradizionali, tra le quali è stata scelta la zona di Via Paolo Sacchi.

L'ultimo passaggio fondamentale è stato quello di calcolare la distribuzione di frequenza dei parametri urbani per l'intera città di Torino. L'obiettivo è stato capire come tali parametri variano all'interno del tessuto urbano e dove si collocano le sette zone precedentemente scelte.

Una volta scelta la zona di analisi, partendo dalla Carta Tecnica Regionale della città di Torino, è stato creato il modello tridimensionale utilizzando i software Autocad e Rhinoceros. Dopo aver realizzato la geometria, il modello è stato importato sul tool CitySim Pro per l'assegnazione delle caratteristiche fisico-tecniche degli edifici e per svolgere la simulazione dinamica finalizzata al calcolo del consumo energetico per riscaldamento degli edifici.

Per quanto riguarda l'assegnazione delle caratteristiche fisico-tecniche degli edifici, sono state prese in considerazione le normative italiane UNI TR 11552 e la UNI TR 11300. Nonostante i riferimenti alle normative, è stato fondamentale eseguire la validazione del modello, andando a confrontare i valori di consumo misurati con i valori di consumo reali (ovvero i consumi forniti da IREN), facendo in modo da ridurre la differenza tra di loro. In questo modo sono stati ridotti gli errori ed è stato ottenuto un modello di base funzionante e verosimile.

Alla fase di validazione del modello è seguita la fase della modifica dei parametri urbani. Dato che le sezioni di censimento scelte per l'analisi sono caratterizzate da una forma urbana molto simile, è stato necessario creare dei modelli fittizi grazie ai quali è stato possibile far variare i di molto parametri urbani. Durante questa fase è stato necessario concentrarsi solo su alcuni edifici per analizzare come cambia il loro consumo per il riscaldamento invernale al variare della forma urbana. Per fare questo sono state scelte diverse sezioni di censimento all'interno della zona presa in considerazione e, tenendo invariati le caratteristiche e la forma degli edifici analizzati, è stato modificato il contesto urbano attorno ad essi e analizzata la variazione del loro consumo energetico per il riscaldamento.

Infine, sono state analizzate le variazioni del consumo al variare del contesto urbano ed è stata definita l'equazione che permette di calcolare il consumo energetico per il riscaldamento di un edificio a partire dalle caratteristiche urbane del contesto nel quale l'edificio è inserito.