Green School - Analisi e metodi di engagement in edifici scolastici

Effetto serra e cambiamenti climatici:

Negli ultimi decenni si è parlato molto dell'effetto serra, ovvero di come la temperatura atmosferica sia in leggero ma costante aumento. Per effetto serra si intende un fenomeno naturale che si verifica nell'atmosfera terrestre, causato dalla differente trasparenza delle sostanze alle diverse lunghezze d'onda della radiazione solare che le attraversa. Dello spettro di lunghezze d'onda solari, solo una piccola parte raggiunge la terra, la restante viene assorbita dall'atmosfera. La restituzione sotto forma di radiazione a lunghezza d'onda maggiore, tipicamente infrarossa, della radiazione luminosa solare, provoca il riscaldamento.

Con le emissioni in atmosfera di gas serra però, le attività umane stanno generando un effetto serra aggiuntivo a quello naturale, alterando gli equilibri del sistema climatico. Le emissioni di anidride carbonica, derivanti principalmente da combustione di petrolio (83%), carbone (8%) e gas naturale (9%), sono il principale nemico da combattere. La sua permanenza nell'atmosfera è di circa 100 anni, se pur smettessimo oggi di produrre C02 non riusciremmo comunque a ridurne in breve tempo la sua presenza (AEA, Agenzia Europea dell'Ambiente).

Ciò che facciamo oggi riguardo ai cambiamenti climatici avrà dunque conseguenze che si protrarranno per un secolo o più, influendo non solo sulla nostra vita, ma ancora di più sulla vita dei nostri figli e nipoti. É tale aspetto che rende i cambiamenti climatici diversi e più complicati di altre sfide politiche. Essi sono ora un fatto scientificamente accertato, anche se non è facile prevedere con esattezza l'impatto delle emissioni di gas serra e vi è grande incertezza in ambito scientifico per quanto riguarda la capacità di previsione.

Tuttavia, esistono conoscenze sufficienti per riconoscere che esistono rischi enormi, potenzialmente catastrofici. Si accentuano, infatti, i fenomeni meteo estremi come gli uragani, le tempeste e le inondazioni. Ormai è evidente come le attività umane stiano cambiando le capacità termiche dell'atmosfera introducendo fattori in grado di spostare l'equilibrio naturale esistente e le sue naturali oscillazioni.

Ci troviamo, quindi, in un momento in cui è necessario compiere i passi giusti affinché la concentrazione globale di gas ad effetto serra nell'atmosfera si stabilizzi nei prossimi secoli e che l'effetto del cambiamento climatico globale venga limitato. Uno degli obiettivi è ridurre le emissioni del 50% per il 2050, riducendole dell'80 -100% nei paesi industrializzati, di conseguenza la sfida diventa quella di soddisfare ed implementare tecnologie sostenibili (IPCC, Intergovernmental Panel on Climate Change; Fourth Assessment Report). Saranno necessari sistemi intelligenti, uso di risorse energetiche zero; l'efficienza deve essere migliorata specialmente nei trasporti e nel settore delle costruzioni. Quest'ultimo ha un forte potenziale economico per il risparmio dell'energia, attraverso la combinazione tra innovazione tecnica e ottimizzazione economica e creando gli incentivi per poter sviluppare le soluzioni. Questo deve essere applicato sia per la progettazione di nuovi edifici sia al retrofit degli edifici esistenti.

Fabbisogno energetico - panorama attuale e scenari futuri:

L'energia è il motore dell'economia moderna e sempre più condizione essenziale per sviluppo e benessere soprattutto in un mondo globalizzato in cui gli stili di vita sono mutati.

I combustibili fossili costituiscono la fonte principale, garantendo oltre l'80% del fabbisogno energetico complessivo. Da qui al 2040, la domanda di energia dei paesi in via di sviluppo (Non-OCSE, Organizzazione per la Cooperazione e lo Sviluppo Economico) aumenterà del 65% rispetto al 2010, trainata da un crescente benessere e dalle economie in espansione.

Complessivamente, la domanda mondiale di energia, pur in presenza di significativi miglioramenti di efficienza energetica, aumenterà del 35% sostenuta dall'aumento della popolazione che passerà dagli attuali 7 miliardi a quasi 9 miliardi di persone entro il 2040. Il maggiore incremento demografico si avrà in Africa e in India. Questa crescita determina l'aumento del fabbisogno di energia elettrica. Oggi, e ancora per i prossimi decenni, la produzione di elettricità rappresenta il principale motore della domanda di energia. Da qui al 2040, sarà responsabile di oltre la metà dell'incremento dei consumi energetici a livello globale (IEA, International Energy Agency).

A livello europeo, oltre il 50% del fabbisogno energetico, essenzialmente petrolio e gas, viene importato da paesi extraeuropei e spesso da regioni politicamente instabili. La bolletta energetica europea comporta ogni anno un disavanzo commerciale di circa 240 miliardi di euro. In base alle previsioni, proseguendo l'attuale tendenza, e tenuto conto delle incertezze in merito al futuro apporto dell'energia nucleare, entro il 2030 l'UE dovrà importare il 70 % del suo fabbisogno energetico (Commissione Europea, Direzione Generale dell'Energia e dei Trasporti).

In un contesto mondiale in cui l'ambiente assume un ruolo di fondamentale importanza, l'efficienza energetica rappresenta uno strumento potente ed efficace per raggiungere un futuro energetico sostenibile; è il risultato di un percorso fatto di progresso scientifico, di corretta informazione, di innovazione tecnologica e di comportamenti razionali di utilizzo dell'energia. Essa è di fatto il rapporto tra quanto ottenuto in termini di prodotti e servizi e l'energia impiegata allo scopo. Una maggior efficienza energetica, e di conseguenza un risparmio energetico, verranno ottenuti sia mediante l'utilizzo di nuove tecnologie sia mediante un comportamento maggiormente consapevole e responsabile degli utenti (Neri e altri, 2008). Nel panorama complessivo, il settore civile (residenziale più terziario), rappresentando circa il 40% del consumo lordo di energia in Europa, è fortemente coinvolto nel consumo energetico e risulta avere un peso maggiore rispetto ai consumi generati dal settore industriale e da quello dei trasporti, pertanto presenta il maggiore potenziale per mitigare il cambiamento climatico (IPCC, Intergovernmental Panel on Climate Change).

Specificatamente al settore scolastico, i consumi energetici sono distinti in consumi per il riscaldamento invernale dei locali, consumi di energia elettrica per l'illuminazione e altri usi, e in maniera limitata in consumi per la produzione di acqua calda sanitaria. A volte gli impianti per la

produzione e la distribuzione di energia presentano bassi rendimenti, altre volte l'utilizzo di energia non avviene secondo modalità ottimali, come ad esempio quando si è in presenza di elevate dispersioni di calore dagli edifici, di sovrariscaldamento degli ambienti. In tutti questi casi si ha un impiego di risorse energetiche maggiore di quello necessario, con effetti a volte anche negativi sul comfort degli utenti e uno spreco di denaro. La spesa complessiva per l'energia nelle scuole italiane ammonta a circa 1 miliardo di euro all'anno ed il potenziale di risparmio è stimato tra il 10-20% del totale (ENEA, Agenzia nazionale perle nuove tecnologie - L'energia e lo sviluppo economico sostenibile).

É in questo contesto che si inserisce il progetto di ricerca di Green School del Politecnico di Torino, ponendosi come obiettivo quello di sviluppare metodi e strumenti per favorire la trasformazione del patrimonio edilizio scolastico esistente in 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 mantenuti secondo criteri di sostenibilità ambientale, economica e sociale.

Progetto Green School, scopo della ricerca:

Green School è un progetto sperimentale nato dal gruppo di ricerca TEBE del Dipartimento

Energia (DENERG) del Politecnico di Torino in collaborazione con la Provincia di Torino, avente la finalità di trasformare le scuole in incubatori per il trasferimento di una solida cultura della sostenibilità.

I passi da compiere per il raggiungimento di tale scopo si articolano attraverso una lettura e classificazione della propria scuola all'interno del contesto del patrimonio scolastico esistente, andando successivamente ad identificare e valutare i possibili interventi migliorativi preferibilmente a costo nullo o moderato, dando perciò priorità alle azioni correttive connesse alle logiche di gestione. Appare dunque fondamentale, educare e sensibilizzare gli utenti, in questo caso allievi, docenti e personale ATA, per la crescita di una loro coscienza ambientale.

La finalità è di giungere a un edificio scolastico sostenibile, ossia un edificio i cui ambienti siano confortevoli e adatti per insegnare e imparare, in cui i consumi di risorse naturali nella fase di esercizio siano ridotti e la gestione e manutenzione avvengano secondo criteri di sostenibilità ambientale, economica e sociale.

L'Istituto A. Avogadro di Torino e l'Istituto J. C. Maxwell di Nichelino parteciperanno al progetto di ricerca in qualità di casi pilota, promuovendo il coinvolgimento attivo degli studenti. L'obiettivo è di declinare per entrambi uno studio approfondito in differenti ambiti di indagine che competono a definire la misura di quanto un edificio sia green: localizzazione e mobilità, sostenibilità del sito, acqua, energia, qualità dell'ambiente interno, sicurezza, qualità ed efficienza spaziale, gestione sostenibile e formazione o engagement. Con il primo si intende analizzare il contesto ambientale all'interno del quale si colloca l'edificio, ossia la densità edilizia, i servizi e i trasporti pubblici, analizzando i percorsi dei mezzi utilizzati dagli utenti per l'accesso a scuola. La sostenibilità del sito prevede un'analisi dell'impatto dell'edificio sull'ecosistema locale e sulla qualità dell'ambiente, esaminando i fattori esogeni che influenzano l'attività scolastica (clima acustico, qualità dell'aria esterna, presenza di fonti di inquinamento elettromagnetico, etc.). Con acqua ed energia si esaminano rispettivamente i consumi di acqua potabile per usi interni (esigenze igienico sanitarie, pulizia) e per usi esterni (irrigazione aree verdi, pulizia), e la prestazione energetica del sistema edificio-impianti attraverso una procedura di audit intesa ad individuare i flussi energetici che caratterizzano il sistema e a selezionare le possibili misure per una riduzione della domanda e un uso razionale dell'energia. É indispensabile, inoltre, un'analisi oggettiva delle condizioni di salubrità e comfort degli ambienti, nell'ottica di favorire l'insegnamento e l'apprendimento, ponendo l'attenzione sulla qualità ambientale percepita da docenti e studenti: comfort termico, visivo, acustico e qualità dell'aria interna.

Non trascurabili sono le condizioni di sicurezza per gli utenti nella fruizione degli spazi interni ed esterni e la gestione ed esercizio del sistema edificio-impianti. A tale scopo verrà fatta un'indagine della qualità spaziale dell'edificio rispetto ai requisiti di adattabilità, flessibilità, accessibilità, reversibilità e dell'efficienza dell'uso degli spazi, analisi delle modalità di gestione delle aree

esterne, dei rifiuti, delle attività di manutenzione programmata, della politica di acquisto dei materiali di consumo, del monitoraggio e della verifica dei consumi idrici, elettrici e termici, modalità di pulizia e prodotti per la pulizia, politica di acquisto degli arredi.

Infine, trasversalmente all'intero percorso troviamo l'engagement, ossia la formazione dell'utente in merito a tematiche energetico-sostenibili, permettendogli di acquisire una profonda conoscenza del patrimonio e di essere coinvolto nella gestione e responsabilizzazione nell'uso del bene comune e della condivisione degli spazi.

Quest'ultimo tema sarà proprio l'oggetto di ricerca di tale tesi, il cui obiettivo concernerà nel trovare una metodologia di valutazione del livello di engagement in edifici scolastici e nel definire, sulla base di esempi nazionali ed internazionali, una possibile applicazione relativamente alle due scuole della Provincia di Torino con il fine di educare e responsabilizzare gli allievi, nonché la futura società, all'utilizzo sostenibile di risorse energetiche creando le basi per una gestione moderna ed efficiente. Il singolo studente diventa così il fulcro di un processo di rinnovamento globale attraverso strumenti tecnologici e sociali ad oggi presenti. Il processo di sostenibilità potrà dunque essere garantito dalla combinazione di tecnologie innovative e dalla partecipazione attiva degli utenti.

Per poter giungere all'elaborazione di un metodo educativo al risparmio energetico sarà necessario in primo luogo comprendere in che modo il comportamento degli utenti, ossia di studenti, personale docente e personale ATA, può influenzare gli usi di energia negli edifici scolastici, indagare quali siano gli scenari d'azione più ricorrenti, le forzanti che conducono l'utente a compiere un'azione e quali gli effetti che tali azioni possono avere sui consumi di energia. Il compito successivo, sarà quello di analizzare cosa si intende per engagement, individuando gli strumenti e i metodi da mettere in atto per educare gli utenti all'uso di buone pratiche in termini di energia.

Strategie della ricerca:

La tesi si delinea in cinque parti. Nella prima viene introdotto il tema dell'influenza del comportamento dell'occupante sui consumi energetici negli edifici, analizzando, in un processo generale, le sue reazioni all'interno degli ambienti e le conseguenze di tali azioni dal punto di vista energetico. Dalla letteratura emerge come i consumi energetici degli edifici siano influenzati da diversi fattori inerenti alle azioni di controllo del sistema edificio-impianto fatte dagli utenti per migliorare il comfort. Al fine di delineare tali fattori e le azioni conseguenti che un utente può compiere relativamente al caso specifico del settore scolastico, in mancanza di studi nello stato dell'arte riguardo tale settore, l'attenzione si è focalizzata in ricerche analoghe condotte su edifici per uffici ed edifici residenziali di tipo collettivo, presentando questi ultimi maggiori analogie

rispetto ad altri, per tipologie di usi e utenze, con gli edifici oggetto di studio di tale tesi.

La seconda parte è strettamente connessa al tema specifico dell'engagement in merito a tematiche energetico-sostenibili. Viene eseguita una panoramica inerente all'importanza che l'educazione ambientale in ambito scolastico riveste ai giorni nostri ai fini di costituire una società più sensibile alle problematiche del pianeta. I sistemi didattici, considerando che le nostre idee e conoscenze vengono in gran parte assorbite durante l'età scolare, vengono presentati come strumenti fondamentali volti a modificare l'atteggiamento degli studenti e fornire loro competenze sociali che consentono una valutazione razionale delle scelte di vita.

La ricerca, ai fini di un'educazione ambientale, più che su modelli pedagogici, basati sull'acquisizione diretta di competenze, si è orientata su modelli psicologici che prevedono un apprendimento basato su progetti, dove gli individui analizzano la situazione, cercano risposte e forniscono soluzioni assumendosi le responsabilità. AN'interno di questi processi non sono però da sottovalutare i fattori interni che entrano in gioco, quali le emozioni. Ad esse viene dedicato un intero paragrafo all'interno del quale vengono esplicitati i processi emozionali che stimolano l'intenzionalità, la partecipazione, la voglia di imparare e che determinano la volontà di nuovi saperi. Successivamente, definiti i possibili soggetti attivi all'interno di un programma di engagement e i relativi strumenti e metodi desunti dallo stato dell'arte, a coronamento della parte teorica, vengono presentati quattro programmi di sensibilizzazione attuati due a livello internazionale e due sul territorio italiano.

La terza parte è invece dedicata alla strutturazione di una metodologia di valutazione del livello di engagement rivolta agli edifici scolastici, uno strumento realizzato al fine di misurare il loro grado di attività in termini di sviluppo, attuazione ed integrazione di pratiche di engagement energetico ambientale all'interno dei loro programmi formativi. Definiti, per ciascuno degli strumenti e metodi di engagement individuati nello stato dell'arte, i possibili criteri d'azione relativamente ad un'utenza scolastica, sono state individuate le regole e i relativi parametri utili al fine della loro valutazione.

L'ultima parte è interamente dedicata a un possibile programma di engagement strutturato per essere applicato all'interno degli istituti A. Avogadro e J. C. Maxwell, che parteciperanno al progetto di ricerca in qualità di casi pilota. All'interno di tale sezione vengono definite le tematiche alla base del programma e la struttura che esso assume attraverso indicazioni attuative ed esempi pratici.