12 minute read
GESTIRE LA QUALITÀ DELL’ARIA NEGLI EDIFICI SCOLASTICI
INSTALLAZIONE E CONTROLLO dei sistemi di monitoraggio in uno dei casi studio del progetto QAES
Credits: Akshit Gupta/Eurac Research
Gestire la qualità dell’aria
negli edifici scolastici
La qualità dell’aria nelle scuole dipende da fattori diversi, ma come si può renderla più salubre? Eurac Research ha sviluppato, insieme ai partner del progetto QAES, strumenti per la progettazione, diagnosi e gestione della qualità dell’aria negli ambienti scolastici
di FRANCESCA AVELLA e ANNAMARIA BELLERI – EURAC RESEARCH
Gli edifici scolastici sono generalmente tutti caratterizzati da spazi chiusi in cui docenti e ragazzi sono soliti spendere in media 6/8 ore al giorno. Diversi studi hanno evidenziato una certa correlazione tra la salute, le performance scolastiche degli studenti e la qualità dell’aria interna, sottolineando l’importanza di garantire la qua-
lità dell’aria negli ambienti scolastici per proteggere le
generazioni future.
La qualità dell’aria e la concentrazione di agenti inquinanti al loro interno è influenzata da una moltitudine di fattori complessi che interagiscono tra loro, come la presenza di fonti inquinanti esterne, sorgenti interne specifiche di inquinanti (materiali di rivestimento interno, arredi, materiale didattico, indumenti, etc.), le caratteristiche architettoniche, edilizie e impiantistiche della struttura scolastica (tenuta all’aria dell’involucro, sistema di ventilazione, controllo della radiazione solare, etc.), l’attività dei suoi occupanti (pulizia ambienti, pattern di occupazione delle aule, apertura porte e finestre, etc.). Tra le problematiche riscontrate che si riversano sulla cattiva qualità dell’aria vi sono, inoltre, evidenti carenze progettuali, architettoniche, edilizie e manutentive degli edifici e degli impianti; una mancata e/o erronea progettazione della ventilazione necessaria al ricambio d’aria (dimensionamento e/o posizionamento delle aperture per la ventilazione naturale, assenza di un impianto di ventilazione meccanica laddove necessario), carenze nella gestione dei ricambi di ventilazione, oltre che a erronei comportamenti da parte degli utenti. Nell’ambito del progetto Qualità dell’Aria negli Edifici Scolastici – QAES (www.qaes.it), i ricercatori dell’Istituto per le Energie Rinnovabili hanno sviluppato, insieme ai partner di progetto, strumenti a supporto della progettazione, diagnosi e gestione della qualità dell’aria negli ambienti scolastici. In particolare, il team di ricerca si è occupato di: 1. sviluppare protocolli di monitoraggio per la qualità dell’aria nelle scuole; 2. analizzare i risultati delle campagne di misura pre-post installazione di alcune soluzioni per la qualità dell’aria disponibili sul mercato; 3. definire linee guida e tool per la progettazione e l’autodiagnosi della qualità dell’aria.
Primo passo per poter intervenire in maniera efficace è quello di comprendere l’origine del problema, monitorando le prin-
cipali fonti inquinanti, la loro concentrazione e i con-
seguenti livelli di esposizione. A seguito di un’analisi del patrimonio edilizio scolastico altoatesino, il team di lavoro ha selezionato sei edifici tra scuole d’infanzia, scuole medie e superiori, sia di recente costruzione che datata. Una prima campagna di monitoraggio – condotta nell’inverno 2019/2020, e nell’estate 2020 sui sei casi studio (per un totale di 16 classi) – ha permesso di analizzare e individuare i principali inquinanti, nonché le loro concentrazioni allo scopo di valutare la qualità dell’aria interna nelle classi. I parametri misurati all’interno delle classi sono: temperatura, umidità, CO2, radon, polveri e formaldeide, agenti biologici e
Credits: Francesca Avella/Eurac Research
MACCHINA DI VENTILAZIONE DECENTRALIZZATA installata in uno dei casi studio del progetto QAES. L’apparecchio è dotato di sistema di controllo basato sul livello di CO2 nell’ambiente, recuperatore di calore, bypass automatico, protezione antigelo e silenziatore
composti organici volatili (VOC). Il monitoraggio delle condizioni esterne di temperatura, umidità relativa e concentrazione di CO2 e dello stato di apertura-chiusura di porte e finestre e la misura delle portate d’aria di ventilazione meccanica, ove presente, integrano i parametri sopra descritti. Le campagne di misura sono state accuratamente pianificate seguendo protocolli specifici per la preparazione e calibrazione degli strumenti di misura, la raccolta e il salvataggio dei dati misurati, la post-elaborazione dei dati al fine di assicurare la qualità finale del dato e dei risultati delle analisi svolte. Il monitoraggio è stato effettuato in continuo per la durata di una settimana nella stagione estiva e una settimana nella stagione invernale. Dalle analisi è emerso che, soprattutto nelle aule in assenza di un sistema di ventilazione meccanica, sono state registrate alte concentrazioni di CO2, le cui medie orarie non scendono mai al di sotto dei 1200 ppm, sfiorando e talvolta superando i 5000 ppm. La Figura 1 mostra le medie delle concentrazioni di CO2 delle aule oggetto di studio, calcolate
sull’intero periodo di monitoraggio nonché le rispettive percentuali di superamento delle concentrazioni di CO2 a confronto con quelle più basse registrate nel caso 5. Altre analisi hanno fatto emergere un’elevata concentrazione di polveri (fino a 68 μg/m3 per PM2.5 e 684 μg/m3 per PM10) e TVOC (fino a 1100 μg/m3).
Il progetto prevedeva la realizzazione di interventi dimostrativi utilizzando soluzioni disponibili sul mercato e caratterizzate da basso impatto estetico, tempi di installazione ridotti, caratteristiche di rimozione o diluizione degli inquinanti, costi di fornitura, installazione e manutenzione contenuti, alte prestazioni energetiche e basso impatto acustico. Le soluzioni tecnologiche sono state scelte a seguito di un’indagine di mercato condotta nel febbraio 2020 da IDM Südtirol-Alto Adige per la fornitura di consulenza tecnica e soluzioni (provvisorie) finalizzate al miglioramento della qualità dell’aria interna (IAQ). All’indagine hanno risposto in totale nove aziende proponendo soluzioni che sono state così classificate: ■ sistemi attivi: hanno l’obiettivo di garantire una buona qualità dell’aria in maniera autonoma, senza richiedere il contributo attivo da parte dell’utente (persone in classe).
Rientrano in questa categoria una macchina di ventilazione decentralizzata, la sostituzione dei serramenti esistenti con nuovi serramenti con apertura automatizzata e un sistema
BMS (Building Management System) in grado di comunicare con entrambi i precedenti; ■ Sistemi passivi: a differenza dei precedenti, hanno l’obiettivo di migliorare l’IAQ in maniera passiva, ossia senza bisogno di energia elettrica per funzionare. Tra queste soluzioni rientra un materiale tessile adsorbente e una pittura fotocatalitica; ■ Sistemi di purificazione: trattano l’aria facendola ricircolare attraverso un sistema di filtri, ma senza ricambiarla con aria esterna; ■ Sistemi di monitoraggio con notifica: rientrano in questa categoria sistemi di monitoraggio di alcune sostanze presenti nell’aria interna, che notificano all’utente (per esempio: indicatori di tipo “semaforico”) in tempo reale eventuali problematiche legate alla scarsa qualità dell’aria interna. Suggeriscono, quindi, di attuare specifiche azioni volte al miglioramento della qualità dell’aria (per esempio: aprire le finestre). Sono, inoltre, collegati a una piattaforma online che permette la visualizzazione dell’andamento dei parametri misurati; ■ Sistemi di monitoraggio senza notifica: a differenza dei precedenti, monitorano la qualità dell’aria interna senza l’invio di alcuna notifica in tempo reale dell’andamento dei parametri o quantomeno senza fornire alcuna indicazione sulle azioni da intraprendere. La soluzione individuata è collegata a una piattaforma online che permette la visualizzazione dell’andamento dei parametri misurati.
Il processo che ha condotto all’implementazione delle soluzioni tramite interventi dimostrativi nelle scuole caso-studio è il risultato della collaborazione tra tutti i partner di progetto
FIGURA 1. Medie delle concentrazioni di CO2 delle aule oggetto di studio calcolate sull’intero periodo di monitoraggio
e degli enti locali in carico della gestione degli edifici casi studio (comune di Bolzano e provincia di Bolzano). A seguito della prima campagna di monitoraggio, nell’estate 2020 sono state installate le soluzioni e gli interventi dimostrativi all’interno delle aule selezionate. Durante l’inverno e l’estate 2021, è stata condotta una seconda campagna di monitoraggio allo scopo di testare l’efficacia delle soluzioni installate, le quali sono state rimosse a fine estate 2021. A seguito della loro disinstallazione, i risultati delle campagne di misurazione relativi a ciascun intervento dimostrativo sono stati analizzati in maniera indipendente. Dall’analisi dei risultati è emerso che i sistemi attivi consentono il mantenimento di una buona qualità dell’aria grazie al fatto che sono in grado di garantire un adeguato ricambio dell’aria e una conseguente diluizione dei contaminanti. La loro efficacia è strettamente legata a una corretta progettazione e gestione del sistema al fine di contenere i consumi energetici che derivano dal loro utilizzo e dalle perdite per ventilazione. Per quel che concerne i sistemi passivi e purificatori d’aria, non è stata riscontrata una sostanziale differenza in termini di qualità dell’aria all’interno delle classi pilota. L’installazione dei sistemi di monitoraggio con notifica ha permesso di evidenziare significative riduzioni in termini di concentrazioni di CO2 sul breve periodo, soprattutto nelle aule con modalità didattica “lezione frontale” (qualora il dispositivo venga installato nei pressi della lavagna), piena occupazione (quindi più elevate concentrazioni di CO2 che consentirebbero più facilmente l’attivazione del dispositivo), partecipazione attiva dell’utente in risposta al sistema di allarme ma soprattutto laddove le finestre erano idonee a garantire un sufficiente ricambio d’aria.
CONCLUSIONI
Migliorare la gestione della qualità dell’aria è un processo che tiene conto di molteplici fattori, che parte dalla riduzione delle fonti di emissione degli inquinanti (utilizzo di materiali basso-emissivi) alla definizione di una strategia di ventilazione (naturale o meccanica) che consenta di ottenere una buona diluizione della concentrazione dei contaminanti contenendo al minimo le perdite termiche per ventilazione durante la stagione di riscaldamento. Il monitoraggio regolare della qualità dell’aria è requisito necessario all’individuazione dei principali inquinanti che agiscono sull’ambiente e del livello di esposizione degli occupanti, permettendo così di valutare la strategia ottimale per il miglioramento della qualità dell’aria. La corretta progettazione delle aperture interne in termini di forma, posizionamento e modalità di apertura permette uno sfruttamento efficace della ventilazione naturale. Programmi di formazione e informazione rivolti al personale scolastico e agli studenti consentono di aumentare la consapevolezza rispetto alla qualità dell’aria dell’ambiente interno, fornendo loro strumenti che permettano di interpretare i dati di monitoraggio visualizzati tramite piattaforme online (vedi Box 1) per effettuare in autonomia una valutazione della qualità dell’aria all’interno degli ambienti e linee guida di gestione dei sistemi di ventilazione presenti nelle classi. Per assicurare il mantenimento delle loro prestazioni nel tempo, gli impianti di ventilazione, dei sistemi e degli strumenti di monitoraggio a supporto della gestione della qualità dell’aria interna, necessitano di un appropriato piano di regolare manutenzione.
Piattaforma di knowledge sharing: database consultabile online che raggruppa tutte le misure di qualità dell’aria fatte dagli anni ‘50 a oggi dal Laboratorio Analisi Aria e Radioprotezione della provincia di Bolzano e quelle svolte nel corso degli ultimi anni da parte dei partner di progetto negli edifici scolastici in Alto Adige e in Canton Ticino. www.qaes.it/
piattaforma-knowledge-sharing
Tool per la progettazione della qualità dell’aria nelle scuole, permette ai progettisti di calcolare le portate di ventilazione di progetto necessarie a garantire una buona qualità dell’aria in funzione dei materiali utilizzati per rivestimenti e arredi interni (e del conseguente possibile rilascio di formaldeide) e dell’occupazione e di dimensionare, sulla base delle portate di ventilazione di progetto, l’area di apertura necessaria per garantire adeguata ventilazione naturale e/o l’impianto di ventilazione meccanica e la sua regolazione. www.
agenziacasaclima.it/it/certificazione-edifici/softwarecasaclima-1849.html
Prassi di riferimento per il monitoraggio della qualità dell’aria
negli edifici scolastici. Strumenti, strategie di campionamento e interpretazione delle misure UNI/PdR 122:2022 (sviluppato da Laboratorio Analisi Aria e Radioprotezione della provincia in collaborazione con Eurac). Tool di autodiagnosi della qualità dell’aria, permette ai gestori delle scuole di calcolare la probabile concentrazione di CO2 nella classe in funzione di alcuni parametri chiave (temperatura interna ed esterna, numero di alunni, numero di finestre aperte, come e per quanto tempo) e di ottenere suggerimenti per migliorare la gestione della ventilazione naturale. www.qaes-iaqtool.eurac.edu
BOX 2
Uno studio teorico preliminare della qualità dell’aria interna in un’aula di uno dei casi studio QAES, ha permesso di valutare la possibilità di miglioramento tramite utilizzo della ventilazione naturale, sostituendo i serramenti esistenti (Figura 2) con un sistema di serramenti più performanti dal punto di vista termico e con modalità di apertura atte a favorire la ventilazione naturale (Figura 3). L’intervento ha comportato l’installazione di serramenti con apertura automatizzata a vasistas nella parte superiore e di serramenti con apertura a bilico orizzontale nella parte centrale. Le finestre con apertura automatizzata sono collegate a un sistema BMS che registra la concentrazione di CO2 all’interno della classe e, quando questa supera determinate soglie, invia un segnale che ne permette l’apertura automatica per solo il tempo necessario a ristabilire una buona qualità dell’aria interna, limitando durante la stagione invernale il discomfort termico dovuto a spifferi e aprendo le finestre solo per il tempo strettamente necessario a diluire le concentrazioni dei contaminanti. Le finestre a bilico hanno apertura manuale consentono di integrare il ricambio dell’aria quando le temperature esterne sono più miti o per ridurre il surriscaldamento della classe.
FIGURA 2. I serramenti originali. La parte centrale presenta aperture di tipo a battente e/o vasistas
FIGURA 3. I serramenti dopo l’intervento. La parte centrale presenta aperture a bilico, mentre la parte superiore è automatizzata con apertura a vasistas
IL PROGETTO QAES
Il Progetto “Qualità dell’Aria negli Edifici Scolastici – QAES” è stato sviluppato nell’ambito del Programma di Cooperazione Interreg V A “Italia – Svizzera 2014-2020” grazie a una collaborazione transfrontaliera, coordinata da IDM Sudtirol-Alto Adige, cha ha coinvolto anche l’Istituto per le Energie Rinnovabili di Eurac Research, l’Agenzia per l’Energia Alto Adige - CasaClima, la Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana, la Provincia autonoma di Bolzano - Laboratorio analisi aria e radioprotezione dell’Agenzia provinciale per l’ambiente e la tutela del clima, il Comune di Bolzano, Cantone Ticino - Sezione della logistica, l’Agenzia Minergie Svizzera italiana, il Municipio della Città di Bellinzona e il Comune di Mendrisio. Il progetto – durato 3 anni e conclusosi a gennaio 2022 – si è posto l’obiettivo di risolvere la problematica della scarsa qualità dell’aria negli edifici scolastici attraverso lo sviluppo di soluzioni tecnologiche a basso impatto architettonico, strumenti informatici a supporto dei progettisti e dei gestori delle scuole e di un approccio metodologico per classificare, progettare, realizzare, misurare e gestire le condizioni di qualità dell’aria interna (IAQ). Tali soluzioni e metodologie sono state implementate in cooperazione tra i partner di progetto e le imprese nell’area transfrontaliera rappresentando un’opportunità di collaborazione tra industria, mondo della ricerca ed enti pubblici intorno alla tematica della qualità dell’aria nelle scuole. I principali attori di questo processo sono stati: impiantisti di ventilazione meccanica, serramentisti, sistemisti di gestione (ICT), aziende produttrici/distributrici di materiali indoor e studi di progettazione focalizzati sull’IAQ.
