Progetto Green school : la luce naturale come risorsa per il comfort visivo e l'efficienza energetica. Istituto Maxwell

Premessa

Il progetto di ricerca "Green School" nasce da una collaborazione fra il Politecnico di Torino e la Provincia di Torino con l’obiettivo di sviluppare metodi e strumenti per favorire la trasformazione del patrimonio edilizio scolastico esistente in green schools, ossia edifici che offrono ambienti salutari e confortevoli agli studenti e docenti, che riducono il consumo di risorse idriche ed energetiche nella fase di esercizio e che sono gestiti e manutenuti secondo criteri di sostenibilità ambientale, economica e sociale.

Il progetto di ricerca, fondato sulla logica di promuovere la trasformazione del costruito verso criteri di sostenibilità, si innesta su panorama nazionale ed internazionale che trasversalmente interessa le strutture scolastiche per i seguenti aspetti:

- Nuovi indirizzi nella concezione dell'edificio scolastico

All’interno di un panorama di rinnovamento dei modelli pedagogici e formativi, l’edificio scolastico è oggi al centro di una profonda riflessione; l’emanazione da parte del MIUR nell’aprile 2013 delle Linee Guida per l’edilizia scolastica ne costituisce testimonianza normativa. L’approccio si discosta dal carattere prescrittivo delle precedenti Norme Tecniche vigenti in materia risalenti al 1975 attraverso l’elencazione di un insieme di criteri prestazionali per la progettazione dello spazio e delle dotazioni per la scuola “del nuovo millennio”.

Dalla lettura delle indicazioni fornite emerge con forza il tema della sostenibilità energetico ambientale che si declina in richieste quali:

- qualità dell’ambiente interno attraverso il progetto del comfort termo-igrometrico, del comfort luminoso ed acustico, della qualità dell’aria interna, ergonomia degli arredi;

- ottimizzazione dei consumi energetici per i vari usi, produzione energetica da fonti rinnovabili, regolazione e controllo domotico dei sistemi tecnologici e monito-raggio dei consumi.

- Correlazione fra i caratteri deH’ambiente scolastico e le potenzialità di formazione degli studenti

All’interno del panorama scientifico, numerosi studi e ricerche hanno dimostrato l’importanza di un ambiente educativo di qualità (estendendo a più aspetti e pratiche il concetto di qualità) al fine di massimizzare le potenzialità di apprendimento e successo degli studenti. In riferimento a ciò, è importante puntualizzare due aspetti:

- la qualità fisica dello spazio interno influenza lo stato psico-fi-sico degli utenti incrementando il

Politecnico di Torino, Dipartimento di Energia Gruppo di ricerca TEBE Progetto di ricerca “Green school” loro interesse a rimanere a scuola, incentivando la loro produttività e motivazione;

- la scuola è oggi intesa come teaching tool, intendendo l’edificio stesso come uno strumento educativo per eccellenza: si riconosce dunque il valore pedagogico - per la formazione di una coscienza ambientale degli studenti

- di buone pratiche, quali una gestione sostenibile e consapevole delle risorse.

- Indirizzi della Comunità Europea per la riqualificazione del patrimonio edilizio esistente Le Direttive Europee in materia di efficienza energetica e sostenibilità in edilizia hanno definito una roadmap chiara e vincolante per tutti gli Stati Membri. Al fine di conseguire gli obiettivi di riduzione delle emissioni di C02 del 20% e riduzione del fabbisogno di energia primaria del 20% entro il 2020 (pacchetto Clima-Energia 20-20-20), la recente Direttiva 27/2012/ UE impone agli Stati Membri l’adozione di misure più stringenti. In particolare, si sottolineano i seguenti punti che interessano il patrimonio edilizio esistente:

- Ristrutturazione di immobili (art.4) -> Gli Stati membri stabiliscono una strategia a lungo termine per mobilitare investimenti nella ristrutturazione del parco nazionale di edifici residenziali e commerciali, sia pubblici che privati [...] Una prima versione della strategia è pubblicata entro il 30 aprile 2014.

- Ruolo esemplare degli edifici pubblici (art. 5) -> [..] ciascuno Stato membro garantisce che dal 1° gennaio 2014 il 3 % della superficie coperta utile totale degli edifici riscaldati e/o raffreddati di proprietà del proprio governo centrale e da esso occupati sia riqualificata ogni anno per rispettare almeno i requisiti minimi di

Politecnico di Torino, Dipartimento di Energia Gruppo di ricerca TEBE

Progetto di ricerca “Green school” prestazione energetica stabiliti in applicazione dell’articolo 4 della direttiva 2010/31/UE.

- Programmi per la diffusione della sostenibilità ambientale, sociale ed economica nelle scuole La parola “sostenibilità” interessa ormai svariati settori fino a toccare molti aspetti della nostra vita quotidiana. Emerge con forza la necessità di sviluppare processi, prodotti e programmi di sviluppo sostenibili per garantire il benessere delle generazioni future. L’educazione e la formazione dei ragazzi è individuata quale chiave per la diffusione di consapevolezza e conoscenza in materia. Per queste ragioni, sono attivi programmi internazionali per la promozione e diffusione di programmi e attività formative sulla sostenibilità all’interno delle scuole. Si citano a titolo di esempio: il programma internazionale Eco-school, promosso dalla Foundation For Environmental Education -FEE- per la certificazione delle scuole che intendono promuovere la sostenibilità attraverso l’educazione amPientale e la gestione ecologica dell’edificio scolastico; i programmi promossi dal Center for Green Schools (http://www.centerforgreenscho-ols.ora/our-stQrv.asDx) nato negli Stati Uniti per guidare la trasformazione degli edifici scolastici esistenti e di nuova costruzione in spazi sostenibili e salutari.

Finalità del progetto Green School

Trasferendo gli indirizzi sopra espressi all’adeguamento del patrimonio edilizio scolastico esistente, appare evidente il proble-ma di definire strategie adeguate secondo un approccio olistico ed integrato. Rispetto alla ristrettezza delle risorse economiche a disposizione, si ritiene fondamenta-

le definire quindi una metodologia intesa quale strumento operativo duplice, funzionale sia alla mappatura del patrimonio scolastico esistente sia al miglioramento della qualità degli edifici stessi.

In particolare si intendono perseguire i seguenti obiettivi:

- definire una procedura per la lettura delle criticità del patrimonio esistente attraverso la definizione di uno schema di green audit, un audit che va ad analizzare molteplici aspetti afferenti la sostenibilità dell’edificio (dalla localizzazione, al rapporto con il contesto, dalla prestazione energetica alla qualità dell’ambiente interna, dalla sostenibilità della gestione dell’edificio e dei servizi scolastici alla sicurezza per gli utenti, ecc.);

- identificare interventi non strutturali (pratiche di gestione responsabile) e strutturali (interventi sul sistema edificio-impianto) possibili finalizzati ad incrementare il risparmio energetico, la qualità dell’ambiente interno e in generale la sostenibilità dell’edificio nel suo complesso;

- definire delle priorità di intervento rispetto ad una valutazione dell’incidenza economica di determinate azioni di adeguamento/ riqualificazione del sistema edificio-impianto;

- favorire la diffusione di pratiche di gestione sostenibile allineandosi dunque agli orientamenti della Comunità Europea e normativa italiana circa il tema del Green Public Procurement nelle forniture di beni e servizi;

- favorire l’educazione, la responsabilizzazione e la consapevolezza di tutti gli utenti della scuola;

- porre le basi per una classificazione del livello di sostenibilità dell’istituzione scolastica e per la pianificazione di azioni future

Politecnico di Torino, Dipartimento di Energia Gruppo di ricerca TEBE Progetto di ricerca “Green school” riguardanti la certificazione ambientale delle strutture scolastiche (verso sistemi di valutazione della sostenibilità ambientale quale ad esempio LEED® for Existing Building: Operation & Maintenance).

Il progetto Green School ha pertanto notevoli potenzialità di sviluppo ed interesse rispetto alla possibilità di effettuare una mappatura del patrimonio di edilizia scolastica esistente, definire strumenti per la programmazione degli interventi di riqualificazione, ottenere benefici economici diretti (risparmi sulla bolletta energetica annua) ed indiretti (educazione degli utenti verso buone pratiche, qualità dell’ambiente interno per il benessere e comfort degli utenti, etc..).

La diffusione del progetto favorisce l’implementazione di processi

virtuosi per la crescita personale e formativa degli studenti coinvolti, arricchendo i programmi formativi rispetto ai temi della sostenibilità energetica, ambientale e sociale (le sfide per il prossimo futuro), e per l’allineamento della scuoia locale alle migliori esperienze in campo internazionale in materia.

Struttura della metodologia di green audit

In relazione agli obiettivi sopra espressi, e dalla definizione stessa di green school, la metodologia di green audit si struttura in differenti ambiti di indagine.

LOCALIZZAZIONE E MOBILITA'

QUALITA' AMBIENTALE INTERNA

SOSTENIBILITÀ' DEL SITO

SICUREZZA

ACQUA

QUALITA' ED EFFICIENZA SPAZIALE

ENERGIA

GESTIONE SOSTENIBILE

1 .LOCALIZZAZIONE E MOBILITÀ Analisi del contesto ambientale e urbano dell’edificio scolastico, con particolare riferimento alla densità

edilizia, ai servizi, ai trasporti pubblici e ai percorsi e mezzi che studenti e personale usano per raggiungere la scuola;

2.SOSTENIBILITÀ DEL SITO Analisi dell’impatto dell’edificio scolastico sull’ecosistema ai fini di preservare il più possibile l’habi-tat locale e garantire un’efficiente gestione delle acque meteoriche; analisi della qualità ambientale esterna (inquinamento luminoso, isola di calore) e dei fattori esogeni che influenzano l’attività scolastica (clima acustico, qualità dell’aria esterna, presenza di fonti di inquinamento elettromagnetico);

3.ACQUA

Analisi dei consumi di acqua potabile per le normali esigenze igienico-sanitarie e di pulizia (usi interni) e per irrigazione e pulizia delle aree verdi (usi esterni);

4.ENERGIA

Analisi della prestazione energetica del sistema edificio-impianti attraverso una procedura di au-dit finalizzata all’analisi dei flussi energetici per una razionalizzazione degli usi dell’energia nelle sue diverse declinazioni;

5.QUALITÀ AMBIENTALE INTERNA

Analisi oggettiva delle condizioni di salubrità e comfort negli ambienti per favorire le attività di insegnamento e apprendimento dal punto di vista del comfort termico, acustico, visivo e della qualità dell’aria interna; ad essa si affianca un’analisi soggettiva, ossia della qualità ambientale percepita da docenti e studenti;

6.SICUREZZA

Analisi delle condizioni di sicurezza per gli utenti nella fruizione degli spazi interni ed esterni;

7.QUALITÀ ED EFFICIENZA SPAZIALE

Analisi della qualità spaziale dell’edificio dal punto di vista dell’adattabilità, flessibilità, accessibilità, reversibilità e dell’uso efficiente degli spazi stessi;

8.GESTIONE SOSTENIBILE Analisi della modalità di gestione e di esercizio del sistema edificio-impianto sul piano della gestione delle aree esterne e dei rifiuti, dell’attività di manutenzione programmata, della politica di acquisto dei materiali di consumo, del monitoraggio e relativa verifica dei consumi idrici, elettrici e termici, delle modalità di pulizia e dei prodotti impiegati per la pulizia, della politica di acquisto degli arredi;

9.FORMAZIONE:

Analisi dell’integrazione delle tematiche afferenti al concetto di sostenibilità nei piani curriculari e nelle attività extrascolastiche.

L’istituto IIS A. Avogadro di Torino e l’Istituto ISS J.C Maxwell di Nichelino partecipano al progetto di ricerca quali casi pilota, promuovendo il coinvolgimento attivo degli studenti.

Introduzione

Negli ultimi anni il campo dell’ illuminazione degli spazi riservati alla didattica ha subito diverse evoluzioni ed è stato, e lo è tuttora, campo di aperta ricerca. Il concetto di base resta sempre lo stesso: garantire un adeguato illuminamento sul piano di lavoro (esercizio del task) con adeguati apparecchi attraverso tecnologie non abbaglianti e lampade a basso consumo. Allo stato dell’ arte attuale si è aggiunto recentemente il concetto di risparmio energetico, dell’ ottimizzazione della quantità di luce artificiale in relazione a quella naturale, ma anche alla possibilità di variare il colore della prima in funzione della fruizione biologica e più naturale della luce. Molti studi hanno infatti rivelato che un controllo dettagliato dell’ illuminazione può ridurre la domanda energetica negli edifici pubblici, sfruttando la luce naturale in modo più efficace ed efficiente, senza trascurare il comfort visivo e la gradevolezza percepita dell’ ambiente circostante.

Il presente lavoro di tesi verte sull’ individuazione di un percorso di audit energetico in un’ ottica di GREEN LIGHTING, per verificare e migliorare la prestazione luminosa negli edifici, in particolar modo quelli con destinazione d’ uso didattico. Nello specifico, si intende fornire una metodologia di lavoro che parta da un’ indagine puntuale (consultazione degli strumenti di riferimento, individuazione dei requisiti e dei dati di background, analisi edificio e raccolta materiale tecnico), che prosegua con un’ indagine monitorata, accompagnata da sondaggi (indagine sulla percezione della qualità dell’ambiente interno da parte dell’utenza, misure in campo, simulazioni dinamiche con software), per finire con delle analisi e proposte migliorative a costo nullo o contenuto.

L’illuminazione artificiale degli edifici non residenziali è una delle voci maggiori di consumo di energia elettrica e costituisce circa il 20-30% del carico totale di energia dell’ edificio. Spesso per il risparmio energetico non sono necessarie grandi tecnologie, basterebbe ad esempio spegnere la luce quando non serve, soprattutto in spazi in cui le potenze elettriche impiegate sono elevate e quando in ambiente è presente una quantità di luce naturale sufficiente per l’esercizio del task.

Il lavoro di ricerca della tesi viene condotto sotto tre aspetti: energetico, comfort visivo (più approfonditi) ed impatto ambientale.

Nel primo capitolo viene sviluppata un po’ quella che è la premessa di tutto il lavoro di ricerca, relazionando la tematica della luce ai tre aspetti sopra elencati e spiegando le diverse fasi della metodologia di lavoro.

Vengono definiti i principali requisiti da analizzare in un percorso di green lighting, suddivisi tra luce naturale e luce artificiale.

Nel secondo capitolo si è partiti dalle Indicazioni bibliografiche, legislative e normative, dai protocolli di certificazione edilizia (quali LEED e ITACA), da alcune guide di progettazione nazionali ed internazionali, per arrivare a definire in maniera univoca una sintesi di requisiti e dati di background per un progetto di audit energetico e quindi (nel nostro specifico) di green lighting sugli edifici per l’istruzione pubblica.

Gli edifici scolastici sono costituiti da ambienti con destinazioni d’ uso differenti, basti pensare alle aule, agli uffici, alla palestra, etc.. Lo studio illuminotecnico in questione deve tener conto che la maggior parte delle attività che gravitano attorno alla scuola è fortemente influenzata da sensazioni visive e necessita di attenzioni differenti. Per esempio l’aula è l’ambiente di lavoro degli studenti e dell’ insegnante e richiede un illuminamento di 300 lux, mentre I’ ufficio degli impiegati ne richiede ben 500 lux, così come un laboratorio per l’insegnamento di una specifica disciplina. Una corretta illuminazione è indispensabile in quanto gli ambienti vengono utilizzati per diverse attività, dalla scrittura alla lettura, dalla proiezione all’ esperimento tecnico e una situazione precaria può portare all’affaticamento della vista e alla deconcentrazione dell’utente. L obiettivo principale è quello di assicurare lo svolgimento ottimale del proprio task senza trascurare I’ aspetto dell’ efficienza energetica e quindi dei consumi e/o sprechi.

Nel capitolo terzo viene riportato lo stato dell’ arte sui casi di Green School con uno scenario internazionale e nazionale. Stante l’impostazione legislativa italiana, e vista l’analogia con i casi studio sviluppati nel seguente capitolo, l’archetipo è definito con destinazione d’ uso di scuola secondaria superiore. La scelta dell’ inserimento di tale argomento sembra ovvia: conoscere e prendere consapevolezza di ciò che ci circonda e di come si sta evolvendo; confrontarlo con il nostro patrimonio edilizio, trarne pregi e difetti e fare delle considerazioni e/o ipotesi progettuali. La maggior parte dei casi studio riportati sono tutti progetti con certificazione LEED. Nella sezione vengono anche riportati alcuni dati e grafici sulle questioni illuminotecniche (come l’occupancy sensors, le scuole che hanno avuto una certificazione LEED con specifiche sul dayli-ght, etc.).

Nel quarto capitolo si spiega e sviluppa il progetto di ricerca “ Green School. La scuoia come in cubato re per il trasferimento alle nuove generazioni di una solida cultura della sostenibilità'. Gli obiettivi del progetto, approfonditi nel capitolo, sono essenzialmente quelli di prendere conoscenza delle scuole del nostro patrimonio edilizio e confrontarle nel contesto del patrimonio scolastico esistente, valutare lo stato di fatto e proporre interventi migliorativi che promuovano la sostenibilità, educhino e sensibilizzino I’ utenza verso pratiche di gestione sostenibile (Green Public Procurement nelle forniture di beni e servizi).

Nel quinto capitolo, dopo aver visionato le criticità riscontrate negli ambienti, vengono fatte una serie di nuove simulazioni variando alcuni dati di input e cercando di apportare piccoli accorgimenti volti ad ottimizzare la situazione di comfort interno, sempre in un’ ottica di risparmio energetico.

In questo progetto vengono proposti due casi studio presenti nel contesto torinese: I’ Istituto A. Avogadro di Torino e l’Istituto Tecnico J.C. Maxwell di Nichelino. In entrambe le realtà sono stati fatti sopralluoghi e si è venuti a contatto con il personale docente e con alcuni studenti. Le prime fasi della ricerca si sono sviluppate con i sopralluoghi, con le prime misure e con la raccolta del materiale tecnico. In seguito sono stati diffusi dei questionari generici sulla qualità percepita, da somministrare agli studenti tramite sito online, compilabili in maniera autonoma tramite I’ ausilio di PC o Tablet. Si sono poi eseguite le analisi della qualità ambientale di alcuni spazi tipologici per la didattica attraverso la misurazione in campo e la contemporanea somministrazione di questionari più specifici. Contemporaneamente sono stati proposti dei momenti formativi (seminari e workshop), organizzati dalla docenza del Politecnico di Torino in collaborazione con quella degli istituti, per favorire il coinvolgimento di docenti, studenti e personale tecnico-amministrativo

su tematiche di interesse generale riguardanti la sostenibilità del progetto.

Nella mia tesi viene approfondito in particolar modo l’Istituto Tecnico Maxwell di Nichelino. Per questo sono state fatte una serie di analisi e considerazioni sullo stato di fatto, con rilievi e misure grazie alla strumentazione fornita dal Politecnico. In seguito è stata fatta una verifica della prestazione luminosa degli ambienti tipologici (individuati durante la prima fase di ricerca), come aule, laboratori ed uffici. Sono state effettuate delle misure in campo più approfondite e delle simulazioni tramite I’ ausilio di software (in particolare Daysim per lo studio della luce naturale e Dialux per quello della luce artificiale). Per quest’ ultime sono stati creati diversi modelli con l’ ausilio di altri programmi. Tutte le fasi ed i risultati vengono commentati e ricollegati ai primi capitoli della tesi, ove si elencano tutti i requisiti ed i dati di background necessari per un audit energetico sul green lighting.