Riqualificazione architettonica, ventilazione naturale e strategie di Facility Management per l'IAQ by Riccardo Bailoni

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI TRENTO

Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale e Meccanica Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Edile-Architettura

Riqualificazione architettonica con strategie di ventilazione naturale della scuola dell’Argentario a Trento: il Facility Management per la gestione e il monitoraggio della qualità dell’aria interna

Relatori Prof. Rossano Albatici Prof. Maurizio Costantini Correlatori Ing. Nicola Ianeselli Ing. Fabrizio Muscolino

Anno Accademico 2019/2020

Laureando Riccardo Bailoni

Riccardo Bailoni

relatori

Prof. Rossano Albatici Prof. Maurizio Costantini

Ai miei genitori,

Emilio e Donatella

Indice

7 CAPITOLO 1 _ SPAZI EDUCATIVI E ARCHITETTURA SCOLASTICA ⁄⁄ Origini ed evoluzione della scuola italiana ⁄⁄ Sviluppo dell'architettura scolastica in Italia ⁄⁄ Tipologie e modelli distributivi ⁄⁄ Pedagogia e architettura ⁄⁄ Bibliografia

CAPITOLO 2 _ PATRIMONIO EDILIZIO SCOLASTICO

CAPITOLO 3 _ QUALITÀ DELL’ARIA NELLE SCUOLE

⁄⁄ Le condizioni del patrimonio italiano ⁄⁄ La situazione in Trentino-Alto Adige ⁄⁄ Strategie nazionali di rinnovamento ⁄⁄ Gestione del patrimonio pubblico ⁄⁄ L'archivio digitale ⁄⁄ Bibliografia

⁄⁄ La sostenibilità come indirizzo progettuale ⁄⁄ Il comfort negli ambienti scolastici ⁄⁄ La qualità dell'aria nelle scuole ⁄⁄ L'anidride carbonica nelle aule ⁄⁄ La ventilazione delle aule ⁄⁄ Il quadro normativo ⁄⁄ Bibliografia

CAPITOLO 4 _ VENTILAZIONE NATURALE DEGLI EDIFICI

CAPITOLO 5 _ BIM: L'HUB INFORMATIVO DELL'AEC

⁄⁄ La ventilazione degli ambienti costruiti ⁄⁄ La ventilazione naturale ⁄⁄ La ventilazione ibrida ⁄⁄ Specifiche per gli edifici scolastici ⁄⁄ Soluzioni tecnologiche e impiantistiche ⁄⁄ Bibliografia

⁄⁄ Il Building Information Modeling ⁄⁄ Origini e definizioni del BIM ⁄⁄ Lo scambio delle informazioni ⁄⁄ I concetti chiave del BIM ⁄⁄ I ruoli nel processo ⁄⁄ Implementazione nel caso studio ⁄⁄ I Big Data nel futuro del BIM ⁄⁄ Bibliografia

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CAPITOLO 6 _ IOT PER IL FACILITY MANAGEMENT

CAPITOLO 7 _ IL CASO STUDIO: LA SCUOLA DELL'ARGENTARIO

⁄⁄ Il Facility Management ⁄⁄ La sensoristica nell'AEC ⁄⁄ Sistemi sensoristici per il FM ⁄⁄ Bibliografia

⁄⁄ Introduzione ⁄⁄ Una scuola in collina ⁄⁄ Il contesto: potenzialità di ventilazione ⁄⁄ La scuola secondari dell'Argentario

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CAPITOLO 8 _ UNA NUOVA ARCHITETTURA PER LA SCUOLA

CAPITOLO 9 _ IL PROGETTO DELLA VENTILAZIONE NATURALE

⁄⁄ Il benessere dell'abitare ⁄⁄ Il volto nuovo: i prospetti ⁄⁄ Gli hub funzionali ⁄⁄ La piazza degli studenti ⁄⁄ Il ripensamento dell'aula ⁄⁄ La ventilazione naturale ⁄⁄ Interventi tecnologici

⁄⁄ Ventilazione naturale: un'opportunità ⁄⁄ Riferimenti progettuali ⁄⁄ L'architettura della ventilazione ⁄⁄ Automazione e gamification

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CAPITOLO 10 _ LA GESTIONE DELLA QUALITÀ DELL'ARIA INTERNA

EXCURSUS _ LA VENTILAZIONE DEGLI AMBIENTI NEL POST-COVID

⁄⁄ Le performance dell'edificio ⁄⁄ L'analisi dei dati ⁄⁄ Il report delle performance ⁄⁄ Implementazione nel caso studio

⁄⁄ Breve contestualizzazione del lavoro di tesi: la qualità dell'aria interna per contrastare la diffusione della pandemia

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APPENDICE A _ VENTILAZIONE NATURALE NELLE SCUOLE: I CASI STUDIO VIRTUOSI INTERNA

APPENDICE B _ CONTESTO PROGETTUALE: STUDIO DEI VENTI PREVALENTI

3 / 272 / 275 _ INTRODUZIONE _ CONCLUSIONE _ RINGRAZIAMENTI

INTRODUZIONE Il patrimonio edilizio scolastico italiano è ormai da molto tempo uno dei maggiori problemi infrastrutturali del Paese. Nonostante gli interventi previsti dalle varie manovre di governo nelle ultime decadi, la situazione rimane infatti molto critica fonte: XIX Rapporto di Legambiente sulla qualità dell’edilizia scolastica, delle strutture e dei servizi 2018

sotto tutti i punti di vista: solo il 53,7% degli edifici risulta essere dotato di collaudo statico, quasi un edificio su due (45,3%) si posiziona nella classe energetica G, la più bassa ed il 46,8% necessita di urgenti interventi di manutenzione. Il lento miglioramento di queste percentuali, variate negli ultimi cinque anni soltanto di qualche decimale, rende ancor più evidenti le difficoltà da parte dell'ente pubblico ad investire, obbligando le scelte progettuali verso interventi di minimo impatto in modo da ottimizzare al massimo tempi e costi. Oltre la sicurezza statica e l'efficienza energetica degli edifici vi è però un'altra problematica -troppo spesso trascurata nei rapporti di indagine conoscitiva del patrimonio italiano-: la qualità dell'aria all'interno degli ambienti di apprendimento. A livello europeo, diverse ricerche hanno evidenziato come i livelli di inquinanti aeriformi presenti all'interno delle aule superino di gran lunga i limiti consigliati dalle autorità sanitarie. Una bassa qualità dell'aria interna può avere infatti importanti conseguenze sulla salute; aumenta notevolmente il rischio di malattie respiratorie, in particolare su soggetti in giovane età, e porta ad una diminuzione della concentrazione e della capacità di apprendimento, aspetto non marginale quando si tratta di ambienti scolastici. È chiaro quindi come un processo di riqualificazione sistematica degli edifici scolastici debba necessariamente considerare anche la questione della qualità dell'aria interna. In ambito architettonico si traduce nel progetto di sistemi di ricambio dell'aria, orientandosi, quando le condizioni lo permettono, verso strategie di ventilazione naturale che sfruttano i principi fisici di movimento dei fluidi. Il notevole impatto sull'ambiente generato dagli edifici esistenti, responsabili del 39% della totalità delle emissioni mondiali di anidride carbonica, impone

infatti di intervenire sul patrimonio costruito tramite strategie che riducano al minimo l'impronta ecologica. L'utilizzo di sistemi di ventilazione che sfruttano principi fisici naturali per il movimento dell'aria all'interno degli edifici, permette di minimizzare l'utilizzo di elementi impiantistici implicando una riduzione delle emissioni di CO2 stimabile tra il 24 e

il 71%, oltre che l'aumento di spazio utile, considerando che va ad occupare soltanto lo 0,2% dell'area per piano (a fronte del 6,5% dei sistemi di ventilazione meccanica). All'arretratezza tecnologica in cui versa il patrimonio scolastico italiano si affianca inoltre quella concettuale e formale: la quasi totalità degli edifici risulta ad oggi architettonicamente inadeguata a favorire e promuovere l'insegnamento tramite metodi didattici contemporanei, che necessitano di spazi fluidi, aperti e riconfigurabili, in contrapposizione alla rigidità distributiva e funzionale derivante dai tradizionali sistemi di lezione frontale. Il caso studio trattato in questa tesi è un edificio scolastico situato a Trento e risalente ai primi anni Ottanta, formato da un sistema costruttivo prefabbricato di tipo misto dalle basse prestazioni energetiche e di scarsa qualità architettonica. Alla luce delle problematiche illustrate precedentemente si cercherà, nell'ambito di questa tesi, di dimostrare la possibilità di riqualificare l'edificio scolastico integrando ad un intervento sulla qualità architettonica e sulla distribuzione funzionale degli spazi, un sistema di ventilazione naturale che permetta di mantenere una buona qualità dell'aria all'interno delle aule e dunque favorire il comfort ed il benessere dei suoi occupanti. A seguito della fase progettuale, per garantire il mantenimento di adeguati livelli di comfort durante l'intero ciclo vita dell'edificio, si rende necessaria l'analisi della fase gestionale dell'organismo edilizio, ovvero quella relativa al Facility Management, che rappresenta il 65% dei costi totali di una struttura. Negli ultimi anni, lo sviluppo di tecnologie e sistemi di monitoraggio sempre più avanzati, ha portato al sempre più massiccio utilizzo di sistemi sensoristici a supporto del FM, che consentono di comprendere in modo approfondito il comportamento

O. Tronconi, A. Ciaramella ”Facility Management”, progettare, misurare, gestire e rimunerare 2014

effettivo di un edificio attraverso la raccolta di dati. Tale integrazione risulta ancor piĂš vantaggiosa se collegata al modello BIM, utilizzando quest'ultimo come "contenitore" unico di tutte le informazioni di un fabbricato, comprese quelle relative alle performance ambientali. Nell'ultima parte della ricerca si cercherĂ quindi di individuare innanzitutto un idoneo sistema di sensori basati sulla tecnologia dell'Internet of Things che permettano di raccogliere dati relativi alla concentrazione di anidride carbonica nelle aule e, mediante opportune analisi, correlarli alla qualitĂ dell'aria interna, mediante l'utilizzo di indicatori di performance. Queste informazioni saranno infine integrate all'interno del modello BIM, in modo da agevolare il controllo e la comunicazione delle performance ambientali, relativamente alla qualitĂ dell'aria, tramite una visualizzazione ed una graficizzazione diretta all'interno del modello, oltre che la creazione di opportuni report.

CAPITOLO

Spazi educativi e architettura scolastica Questo primo capitolo analizza la storia e lâ&#x20AC;&#x2122;evoluzione dellâ&#x20AC;&#x2122;architettura per gli edifici scolastici, concentrandosi in particolare sul caso italiano nel Novecento. In questo periodo avvengono infatti cambiamenti sostanziali nella pedagogia e nella didattica, con dirette conseguenze anche sullâ&#x20AC;&#x2122;architettura della scuola, che gioca un ruolo educativo fondamentale.

1.1 ORIGINI ED EVOLUZIONE DELLA SCUOLA ITALIANA Il concetto moderno di scuola, intesa come la prima base di cultura per i bambini di ogni classe sociale, organizzata e controllata dallo Stato, ha origine e si sviluppa in Italia nei primi anni dell’Ottocento. Dal 1839 al 1847 si tengono infatti diversi congressi per discutere sulle condizioni e i problemi della scuola nel Paese, che portano alla formazione di una commissione incaricata di studiare le condizioni delle scuole in Italia. Il primo ordinamento organico dell’istruzione italiana viene delineato dalla Legge Casati nel 1859, prima quindi dell’unificazione, che introduce l’obbligo scolastico e la libertà di insegnamento, oltre a disciplinare l’istruzione superiore, l’istruzione secondaria classica, l’istruzione tecnica, l’istruzione elementare e normale. In seguito all’unificazione del 1861, nonostante i diversi problemi legati alle difficoltà di amministrare contesti economico-sociali spesso molto differenti tra loro, la Legge Cioppino, che andò ad integrare la precedente, riduce sensibilmente l’analfabetismo nel Paese, che passa dal 75% del 1861 al 62% del 1881, fino ad arrivare al 40% del 1911. Nel 1923 la Riforma Gentile sostituisce integralmente le linee fondamentali dell’organizzazione scolastica che tutt’oggi sono in vigore, introducendo la scuola materna, la scuola elementare, la scuola secondaria e l’istruzione superiore universitaria. Viene introdotto inoltre un’impostazione dualistico del sistema scolastico italiano dell’istruzione secondaria: gli studi umanistici e filosofici presenti nei licei che si contrappongono al lavoro manuale e pratico delle scuole “utilitarie”, i primi dedicati alla cosiddetta “classe dirigente” e i secondi maggiormente professionalizzanti. La legge n. 899/1940 unifica i corsi inferiori del ginnasio, degli istituti tecnici e dell’istituto magistrale nella scuola media di durata triennale; in parallelo a questa continua a funzionare la scuola di avviamento professionale.

Con passaggio dal regime fascista alla Repubblica tutte le successive trasformazioni dei principi educativi e del sistema scolastico sono ispirate dalla Costituzione del 1948 che sottolinea l’obbligatorietà e il diritto allo studio di tutti i cittadini: Costituzione della Repubblica italiana Articolo 34, Parte I, Titolo II “Diritti e doveri dei cittadini”

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La scuola è aperta a tutti. L’istruzione inferiore, impartita per almeno otto anni, è obbligatoria e gratuita. I capaci e meritevoli, anche se privi di mezzi, hanno diritto di raggiungere i gradi più alti degli studi. La Repubblica rende effettivo questo diritto con borse di studio, assegni alle famiglie ed altre provvidenze, che devono essere attribuite per concorso.

Attualmente il sistema scolastico è caratterizzato da continui cambiamenti, che interessano prevalentemente l’innalzamento dell’obbligo di istruzione, la riorganizzazione degli studi tecnici e professionali, la riforma dell’esame di stato, l’istituzione del diritto-dovere all’istruzione e alla formazione, l’introduzione di percorsi integrati tra istruzione e formazione professionale, il rafforzamento dell’autonomia delle istituzioni scolastiche nella definizione dell’offerta formativa. L’ordinamento attualmente in vigore in Italia è strutturato in tre cicli di istruzione: • l’istruzione

primaria di durata quinquennale;

• l’istruzione

secondaria, che comprende la scuola secondaria

di primo grado [ex scuola media inferiore] di durata triennale, e la scuola secondaria di secondo grado [ex scuola media superiore] di durata quinquennale; • l’istruzione

superiore, che comprende l’Università, l’Alta For-

mazione Artistica, Musicale e Coreutica e la formazione professionale. Ad oggi il susseguirsi di riforme, proposte da ogni differente Governo spesso senza soluzione di continuità, mira a sanare i problemi ancora presenti nel sistema scolastico che sono certamente di tipo organizzativo ma anche e soprattutto strutturale, visti i grandi problemi funzionali e di sicurezza che saranno analizzati nei successivi capitoli.

1.2 SVILUPPO DELL’ARCHITETTURA SCOLASTICA IN ITALIA L’architettura scolastica di concezione moderna ha però origini nel secondo dopoguerra, periodo nel quale sull’onda della ricostruzione e del fervente idealismo democratico, si verifica una dirompente spinta innovativa in questo campo. Se durante il Ventennio le fattezze morfologiche e concettuali degli edifici scolastici erano infatti fortemente influenzate dalla rigidità e dal razionalismo tipici dell’architettura fascista, con la caduta del regime c’è la forte volontà di ribaltare questi concetti sia dal punto di vista architettonico e che da quello sociale. La ridefinizione architettonica di quel periodo è inoltre fortemente influenzata dall’intenso dibattito pedagogico portato avanti da importanti pedagoghi come Maria Montessori e Rudolf Steiner che hanno gettato le fondamenta per un nuovo rivoluzionario modo di intendere la scuola: da “scuola per ascoltare” a “scuola per scoprire, sperimentare, via per sviluppare la personalità dello studente”, teorie che con la liberazione dal regime vengono esaltate per il loro forte spirito democratico. Questo nuovo paradigma si traduce dal punto di vista architettonico nel superamento tipologico della scuola cosiddetta “a caserma”, propria di un diagramma distributivo a corridoio e pregna del carattere autoritario e dittatoriale, a favore di una scuola rappresentata da “unità funzionali” dove gli spazi sono distribuiti in base alla loro funzione e non più seguendo rigidamente l’ordine dei corridoi. La scuola diventa un luogo privilegiato della città, di vita sociale e centro del quartiere, luogo che aiuta la crescita del bambino personale e nella società, si arricchisce di spazi comunitari come palestre, auditorium e teatri aprendosi alla comunità, che viene coinvolta nell’educazione dei propri giovani, superando l’immagine di asettico edificio per l’istruzione per certi aspetti estraneo al contesto cittadino. Questi concetti emergono fortemente dai numerosi congressi e concorsi sull’edilizia scolastica del periodo, come il “Concorso per le scuole all’aperto” del 1949, promosso dal Ministero per

la Pubblica Istruzione. È proprio Ciro Cicconcelli, vincitore del concorso e successivamente Direttore del Centro Studi dell’Edilizia Scolastica, a fornire un importante contributo al tema, introducendo gli aspetti caratterizzanti la “scuola moderna”: la definizione della tipologia a padiglione come la più adatta allo scopo educativo, l’introduzione dell’idea di scuola all’aperto come metafora della liberazione dalle regole autoritarie e la necessità di progettare spazi e arredi flessibili e adattabili alle nuove esigenze pedagogiche. La tipologia a padiglione genera uno spazio complesso che si compone di diverse unità funzionali disimpegnate da uno spazio centrale comune che mira a stimolare la socialità sia tra gli allievi che tra gli insegnanti. Le diverse unità si sviluppano tra l’interno e l’esterno, creando una fluidità degli spazi che accompagna il bambino nello sviluppo. Inizia quindi a delinearsi l’innovativa idea di “scuola moderna” intesa sia come edificio, sia come funzione che vi si svolge, trasformandosi da luogo di istruzione e ascolto dall’alto, a quello di educazione in cui l’allievo posto al centro è portato alla scoperta e in cui anche l’architettura svolge un ruolo pedagogico di primaria importanza: Cicconcelli Ciro Lo spazio scolastico 1952

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La progettazione di una scuola moderna, deve nascere soprattutto dalla ricerca di uno spazio idoneo psicologicamente, oltre che funzionalmente, allo svolgersi dei problemi educativi. Bisogna cioè intuire e quindi realizzare, degli spazi capaci di favorire le tendenze del fanciullo e rendere questi efficaci; bisogna realizzare degli spazi che accompagnino il bambino nella sua crescita biologica e psichica, il bambino deve stare al centro della ricerca di uno spazio scolastico del nostro tempo.

Sono questi gli aspetti teorici che vengono perfettamente sintetizzati nel 1955 da Ludovico Quaroni nel suo progetto della Scuola elementare e Centro negozi nel quartiere Canton Vesco di Ivrea in provincia di Torino, ideato in collaborazione del visionario imprenditore Adriano Olivetti. Nella scuola di Ivrea emergono il rapporto tra pedagogia ed architettura, la ricerca del contatto tra interno ed esterno e la presenza di unità funzio-

nali organizzate attorno a spazi comuni multifunzionali resi flessibili e adattabili per le diverse necessità, grazie alla presenza di partizioni movibili e arredi componibili. Tra l’inizio degli anni Sessanta e la metà degli anni Settanta, oltre ad assistere al consolidamento degli aspetti tipologici e funzionali, il dibattito attorno all’edilizia scolastica entra nella facoltà di architettura, dove diventa oggetto di numerosi studi. Diretta conseguenza delle ricerche accademiche è senz’altro la XII Triennale di Milano dal titolo “La casa e la scuola”, in cui tra i vari temi trattati emerge soprattutto quello dell’industrializzazione del metodo costruttivo, basato sulla prefabbricazione. Con la conclusione del boom economico italiano e la conseguente riduzione di risorse, risulta infatti chiara la necessità di razionalizzare il processo edilizio per riuscire a soddisfare in tempi brevi e con risorse economiche ridotte, la grande richiesta di edifici scolastici dovuta all’aumento demografico in corso, senza però perdere il livello di qualità e flessibilità ricercato negli anni precedenti. Si assiste quindi al passaggio dal cantiere tradizionale all’utilizzo di procedure standardizzate di prefabbricazione, in linea con le esperienze architettoniche del periodo a livello nazionale ed europeo. Nel 1970 il Centro Studi per l’Edilizia Scolastica emana le Norme Tecniche per l’Edilizia scolastica, in cui viene ribadita e in un certo senso formalizzata l’importanza delle forme e degli spazi costruiti nell’educazione dello studente, il forte legame tra architettura e didattica, affermando che ogni edificio scolastico deve essere concepito come:

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un organismo architettonico omogeneo e non come una semplice addizione di elementi spaziali, contribuendo così allo sviluppo della sensibilità dell’allievo e diventando esso stesso strumento di comunicazione e quindi di conoscenza per chi lo usa.

Un importante apporto in questa fase è fornito dall’opera di Gino Valle il quale, trovandosi ad operare nell’emergenza post-sismica in Friuli-Venezia Giulia del 1976, sviluppa un prototipo di scuola elementare basata sul criterio di prefabbri-

Norme tecniche per l’edilizia scolastica D.M. 21 marzo 1970

cazione e ripetitività, realizzabile economicamente e in tempi brevi; modello che sarà poi riproposto in larga scala in moltissimi edifici scolastici dell’epoca. La struttura del progetto si sviluppa longitudinalmente attraverso maglie rettangolari, generando una sequenza flessibile di contenitori per le diverse attività e uno spazio centrale a doppia altezza, luogo di incontro e punto di riferimento per il bambino che gli permette di vedere da ogni punto lo spazio centrale concepito come il più importante. Nel dibattito si inserisce anche l’architetto Aldo Rossi presentando diversi progetti di scuole divenute poi negli anni successivi autentiche icone del patrimonio architettonico italiano. Nei suoi progetti, tutti fortemente caratterizzati da disegni e forme che riprendono gli aspetti del monumentalismo, Rossi oltre a ribadire i concetti di piazza centrale e flessibilità degli spazi, introduce l’importanza degli spazi esterni come luoghi fondamentali per le attività collettive. La fine degli anni Settanta porta ad una progressiva interruzione delle ricerche attorno al tema tipologico e organizzativo, a favore di un’obbligata manutenzione degli edifici esistenti ma soprattutto della ricerca e l’innovazione tecnica ai fini della sostenibilità ambientale che introduce i primi esempi di fonti di energie alternative, come logica conseguenza dell’ingente aumento del costo dei carburanti tradizionali dovuto alla crisi petrolifera del 1973. Nonostante gli studi sul tema della sostenibilità ambientale siano stati portati avanti in maniera piuttosto debole negli anni Novanta, negli ultimi anni si sta assistendo a ricerche tecniche e tecnologiche finalizzate al controllo bioclimatico e orientando la progettazione verso soluzioni di risparmio energetiche e di risorse. La riorganizzazione e il recupero delle scuole esistenti è un tema su cui si sta investendo molto, non solo al fine di riprogettare ambienti più adeguati alla didattica odierna ma anche per una riqualificazione strutturale, ambientale e tecnologica.

Scuola elementare a Fagnano Olona (Varese) Aldo Rossi [1972 - 1976]

1.3 TIPOLOGIE E MODELLI DISTRIBUTIVI La tipologia edilizia e il modello distributivo sono, come accennato in precedenza, molto importanti non soltanto a livello di fruizione ma anche dal punto di vista concettuale di come viene intesa e percepita la scuola. È importante quindi indagare su quali sono ed in cosa si differenziano le diverse tipologie edilizie e le loro evoluzioni per fornire un quadro di insieme e comprenderne le qualità e le problematiche ricorrenti. Le diverse tipologie edilizie sono generate dalle differenti e possibili configurazioni architettoniche in base al rapporto tra le aule e gli spazi accessori della struttura, ovvero dai principali modelli distributivi: quello “a corridoio” e quello ad “unità funzionale”. All’interno del parco edilizio scolastico italiano si possono riscontrare diverse tipologie edilizie, che saranno analizzate nei paragrafi seguenti.

Scuola a blocco Questa tipologia è stata per lungo tempo un modello per l’edilizia scolastica italiana: si sviluppa dallo schema “a corridoio” attraverso il quale si mettono a sistema più aule contigue mediante collegamenti lineari. Le aule sono generalmente posizionate verso la strada di accesso all’edificio mentre gli elementi distributivi sono posti sul retro. Le dimensioni delle aule variano tra i 55÷80 mq con un’altezza compresa tra i 4÷4,50 m. Nel tempo questa tipologia si è evoluta in diverse declinazioni: il “blocco accorpato”, aggregazione di più blocchi generalmente con uno schema planimetrico a “C”; “blocco con vuoto interno”, configurazione chiusa che crea una corte interna. Scuola a piastra: è una tipologia caratterizzata da un corpo principale posto centralmente da cui si diramano collegamenti che lo connettono ai vari spazi dedicati alle attività didattiche, con distribuzione sia “a corridoio” che del tipo ad “unità funzionali”. Sviluppandosi principalmente in pianta, presenta generalmente soltanto uno o due livelli. Per la sua conformazione, l’illuminazione avviene attraverso finestrature poste in copertu-

ra, caratteristica che ha spinto ad un’evoluzione nel modello “a piastra con vuoto interno”.

Scuola estesa In netta contrapposizione con la rigidità razionale dello schema a blocco, sviluppa gli spazi verso l’esterno mediante una distribuzione legata al modello “ad unità funzionali”. Questa tipologia è concettualmente più moderna delle precedenti introducendo il concetto della ripetibilità di blocchi base da aggiungere a nuovi nuclei funzionali in base alle necessità di crescita dell’edificio e alle esigenze didattiche e pedagogiche. Questa tipologia si sviluppa seguendo un andamento lineare e orizzontale dei corpi, seguendo gli schemi compositivi a croce o a pettine, nel quale all’elemento lineare principale di aggiungono altri corpi trasversali destinati a varie funzioni come la mensa, la palestra, i laboratori e l’auditorium.

Scuola open plan Anche questa tipologia si colloca in posizione intermedia tra lo schema a blocco e quello ad unità funzionali. L’obiettivo principale è ridurre al minimo gli spazi distributivi tramite l’introduzione di ambienti indifferenziati destinati ad aule e laboratori. L’eliminazione del corridoio tradizionale permette di ottenere, mediante l’utilizzo di arredi fluidi e pareti mobili, uno spazio flessibile in cui anche gli spazi distributivi sono vissuti. La tipologia open plan di concezione estremamente moderna segue i modelli didattici contemporanei in cui ogni spazio all’interno dell’edificio è potenzialmente un ambiente educativo modificabile a seconda delle attività che deve ospitare.

Scuola-strada In questa tipologia la scuola è intesa come “strada”, ovvero un organismo aperto verso l’ambiente circostante nel quale si favoriscono le relazioni sociali: scompaiono gli accessi principali e le gerarchie tra gli spazi, in modo da riprodurre le caratteristiche proprie della città e divenendo essa stessa parte del tessuto urbano. Nasce così l’idea di scuola-strada, in cui l’impianto distributivo si sviluppa rispetto a un asse principale di collegamento sul quale si attesta il susseguirsi degli spazi specialistici.

Edifici impropri Per un quadro esaustivo va ricordato che nel nostro Paese, complice la grande importanza del patrimonio edilizio e la complessità dei centri storici delle città italiane, molte strutture scolastiche sono inevitabilmente collocate all’interno di edifici nati con un’altra destinazione d’uso e riadattati per contenere attività legate all’istruzione. In Italia infatti gli edifici scolastici posti in strutture nate come scuole sono 89,9%, le altre scuole sono ospitate per la maggior parte in edifici storici [5,2%] e abitazioni [3,4%].

1.4 PEDAGOGIA E ARCHITETTURA Per la crescita e maturazione del bambino, prima ancora dell’apprendimento, è fondamentale riuscire a creare spazi in cui sentirsi a proprio agio, cambiando il loro ruolo dei ragazzi da semplici “utenti” ad “abitanti”.

1.4.1 UNA SCUOLA DA ABITARE Da questo punto di vista un contributo fondamentale sotto questo aspetto arriva dalle opere di Herman Hertzberger che esemplificano al meglio questo aspetto. L’architetto nei suoi progetti di edifici scolastici genera ambienti e forme flessibili in cui gli studenti hanno la libertà di decidere come usare ogni parte dell’edificio, a seconda delle esigenze. Questo intimo rapporto tra utente e forma è esso stesso una modalità di crescita per il bambino, divenendo metafora della relazione tra individuo e comunità: Herman Hertzberger [1932 - in vita]

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Gli utenti proiettano sé stessi nella forma, proprio come gli individui mostrano il loro vero colore nei vari rapporti con gli altri, mentre interagiscono e, perciò, diventano quello che sono.

Anche attraverso le sue forme la scuola può dunque farsi interprete delle esigenze educative di un individuo, attraverso spazi propedeutici alle infinite possibili situazioni di interazione

collettiva, piuttosto che spazi ideati esclusivamente per l’acquisizione di nozioni, luoghi in cui assaporare sprazzi di vita comune, anticipando ciò che lo studente potrà affrontare una volta uscito dalla scuola. Gli spazi dell’edificio scolastico vanno dunque immaginati quali “luoghi” in cui le singole personalità degli alunni possono riconoscersi parti attive di una collettività: spazi mutevoli, precursori di un’urbanità complessa, aperta a fenomeni di aggregazione sociale. La scuola è vista dunque come metafora dello “stare al mondo”, uno spazio della socialità dove imparare a relazionarsi con gli altri, rispettare le regole e di cui prendersi cura diventandone parte attiva e fondamentale. L’immagine di scuola come “spazio da abitare” non deve essere però confusa dallo studente come una estensione della propria “casa”: se quest’ultima è uno spazio privato e intimo, la prima rappresenta il ruolo della collettività, della crescita e delle regole del vivere comunitario. Queste caratteristiche devono essere testimoniate dagli ambienti principali dell’edificio: le aule, i corridoi e l’atrio di ingresso contribuiscono a creare tale immaginario tramite una disposizione intelligente degli arredi flessibili per generare spazi fluidi, un utilizzo accurato di materiali e colori che contribuiscano a scaturire emozioni e senso di appartenenza e la predisposizione di spazi appropriati per lasciar esprimere gli studenti sia individualmente che nella collettività. C’è quindi la necessità di creare uno spazio su misura, diverso dallo spazio abituale per creare le condizioni fisiche e soprattutto psicologiche necessarie per riuscire a studiare e ad apprendere al meglio. È quindi fondamentale progettare uno spazio scolastico in grado di mettere a proprio agio il bambino e che per alcuni aspetti gli ricordi l’ambiente di casa, creando così una scuola calda e accogliente; ma è necessario creare spazi multifunzionali e che

il bambino possa personalizzare e riadattare, considerandolo come il proprio spazio di studio quotidiano.

1.4.2 IL TERZO INSEGNANTE La ricerca attorno all’importanza degli spazi di apprendimento in Italia, nonostante abbia soltanto negli ultimi decenni assunto un carattere fondamentale, ha origini già agli inizi del Novecento, con i contributi di notevoli innovatori in campo pedagogico del calibro di Maria Montessori e Loris Malaguzzi. Entrambi gli studiosi avevano infatti compreso la necessità di ripensare un modello di scuola basato principalmente sulla trasmissione del sapere statica e ottusa dall’insegnante all’alunno, all’interno di aule concepite più come catene di montaggio che come laboratori dove produrre conoscenze e competenze. Tradizionalmente gli spazi per la didattica sono quindi concepiti come delle rigide aule-uditorio in cui la lezione frontale risulta l’unico approccio didattico possibile, connesse da “non-luoghi”, spazi serventi come corridoi, atrii e ingressi, utili soltanto a svolgere una funzione distributiva. La staticità spaziale e concettuale di questa configurazione viene criticata duramente addirittura in uno scritto di Tolstoj, che già nell’Ottocento descrive le aule come prigioni, dove non era possibile fare domande, conversare o muoversi per non infastidire il maestro il rumore, il movimento, … tutto ciò di cui i bambini hanno effettivamente bisogno per apprendere, crescere e formarsi. Un secolo dopo, nonostante le notevoli evoluzioni avvenute nel campo della pedagogia, permane questo senso di chiusura e inappropriatezza delle aule, che il pedagogista Mario Gennari [1952 – in vita] nel suo testo “Pedagogia degli ambienti educativi, parla di “rachitismo architettonico” che impedisce, complici i metodi didattici tradizionali e la disposizione degli arredi, il movimento, gli scambi e le relazioni sociali. Da uno “spazio oppressivo” si dovrebbe giungere ad uno “spazio liberato”. Lo spazio è quindi “educante” e come scrive Malaguzzi diviene il “terzo insegnante”, preceduto dall’adulto e dai compagni di classe:

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L’ambiente fisico non è neutro: la sua struttura, conformazione, qualità e predisposizione didattica, equivalgono ad un terzo insegnante.

In questa visione lo spazio assume il ruolo di “oggetto pedagogico”, in grado di fornire un valore educativo e formativo allo studente: esso può avere effetti sul comportamento e sullo sviluppo delle strutture cognitive, molti autori si sono pronunciati sull’importanza dello spazio dell’aula scolastica sullo sviluppo cognitivo, comportamentale, sociale degli studenti che abitano quello spazio, da Dewey a Parsons, da Froebel a Montessori, da Makarenko a Freinet, da Scurati a Frabboni. Il necessario ripensamento degli spazi educativi va di pari passo con il rinnovamento della didattica, disciplina in costante evoluzione: ne consegue che il progetto deve essere frutto della stretta collaborazione tra i molteplici attori coinvolti. Umberto Eco, nell’introduzione all’edizione italiana di “The hidden dimension” di Hall, scriveva: “Lo spazio parla anche quando non vogliamo ascoltarlo, parla per precise convenzioni culturali dalle quali non possono distrarre l’attenzione il sociologo, l’architetto, il maestro che dispone i propri alunni in un certo modo.” La costruzione e la creazione di uno spazio, dovrebbe infatti coinvolgere diverse figure professionali come architetti, pedagogisti ed insegnati, che intrecciando le loro competenze e conoscenze possano generare un rapporto sinergico e di complementarità tra ambiente e didattica. L’articolazione di spazi adeguati alle diverse attività e forme di apprendimento è un processo collaborativo che inizia dal progetto ma non si esaurisce con esso: è necessario un continuo confronto e interscambio di conoscenze che seguano costantemente i processi pedagogici anche nella gestione dell’edificio. Quest’ultimo infatti non è più una struttura immobile ma diventa uno spazio animato in continuo sviluppo, una struttura vivente. Lo spazio e le aule devono essere adattati al fine di disporre gli studenti al loro interno, in modo da innestare comportamenti relazionali ed emotivi costruttivi di cooperazione e aiuto reci-

Loris Malaguzzi [1920 - 1994]

proco, fondamentali per superare isolamenti, egocentrismo ed aggressività. In queste prospettive l’architetto assume un ruolo centrale nell’educazione dei giovani, avendo la responsabilità di essere una sorta di insegnante a tempo pieno tramite la propria opera durevole nel tempo ma allo stesso tempo capace di adattarsi alle evoluzioni del metodo didattico e educativo.

1.4.3 SPAZI DI APPRENDIMENTO DEL TERZO MILLENNIO È quindi necessario ripensare a spazi “a più dimensioni”, dinamici e che siano in grado di favorire l’apprendimento, il ruolo attivo e la responsabilizzazione dell’alunno fino al successo formativo. Ripensare e riprogettare un modello di scuola basato sulla trasmissione del sapere significa lavorare sul dualismo tra spazio e tempo: agendo sulla dimensione spaziale dal punto di vista architettonico si va a ridefinire le attività didattiche. Per chiarire il concetto si può pensare al modello di flipped classroom, che sarà approfondito in seguito, in cui una diversa configurazione dell’aula porta dal punto di vista didattico allo svolgimento di più attività collaborative, dibattiti e laboratori nell’orario scolastico, trasformando la tradizionale lezione frontale in compiti a casa. Come accennato, il primo degli spazi ad essere messo in discussione è quello dell’aula che non deve più favorire un “modello scolastico taylorista” atto a formare futuri lavoratori con particolari e stabili conoscenze, bensì un modello più flessibile che favorisca creatività e diversità: Schank Roger C. e Jona Kemi A Vision of Education for the 21st Century 1999

“

I don’t think there is any need for classrooms. I think that they’re an archaic idea, although it will take a while to get rid of them.

Il processo di “deaulizzazione” proposto da Schank e l’idea di aule come spazio flessibile sono sostenute dalla cosiddetta “Teoria del campo” dello psicologo tedesco Kurt Zadek Lewin, pioniere della psicologia sociale: la strutturazione flessibile dello spazio agevola, in chi ne fa uso, sia i processi di comuni-

Vittra School Telefonplan (Stoccolma) Rosan Bosch [2011]

cazione sia quelli di socializzazione. Il comportamento di un individuo, in una particolare situazione, è determinato non tanto, e non solo, dal pregresso esperienziale, ma soprattutto dalle interazioni sincroniche che si instaurano tra le persone all’interno di un particolare ambiente. Questi concetti, nonostante siano ormai da tempo stati teorizzati da diversi studiosi, sono ancora lontani dall’essere applicati nel concreto, soprattutto in Italia, in cui si sono mossi i primi passi soltanto recentemente. La normativa italiana col D.M. del 18 dicembre 1975 mal interpreta infatti il rapporto tra spazio e apprendimento, concependolo non in termini di metodologia e didattica bensì di mera edilizia scolastica. Soltanto nel 2013 il MIUR [Ministero dell’istruzione, dell’università e della ricerca] coglie questo rapporto, pubblicando delle linee guida progettuali [Norme tecniche-quadro, contenenti gli indici minimi e massimi di funzionalità urbanistica, edilizia, anche con riferimento alle tecnologie in materia di efficienza e risparmio energetico e produzione da fonti energetiche rinnovabili, e didattica indispensabili a garantire indirizzi progettuali di riferimento adeguati e omogenei sul territorio nazionale] sulle basi di una ricerca commissionata ad INDIRE [Istituto nazionale documentazione innovazione ricerca educativa]. Nel 2013 infatti il MIUR incarica INDIRE di analizzare la configurazione degli ambienti di apprendimento di alcune delle scuole più innovative a livello europeo e di elaborare un paradigma di riferimento per la produzione di nuove linee guida per l’edilizia scolastica italiana. La ricerca, intitolata titolo “Spazi educativi”, si sviluppa su due direttrici principali la didattica e l’ambiente. Secondo la ricerca, la didattica è stata in qualche modo stravolta dalla fluidità dei processi comunicativi innescata dalle ICT che va a scontrarsi con ambienti fisici non più in grado di rispondere a contesti educativi in continua evoluzione. Si sottolinea di conseguenza la necessità di spazi flessibili, polifunzionali, modulari e riconfigurabili, in grado di favorire il coinvolgimento, la cooperazione, l’esplorazione attiva degli studenti che portano

allo “star bene” a scuola. L’importanza dell’ambiente è invece concepita come la necessità di luoghi confortevoli, colorati e accoglienti che favoriscano il benessere, la qualità della vita e la cura nel senso estetico, caratteristiche traducibili tecnicamente in comfort ambientale, architettura e design. La ricerca di Indire ha portato alla redazione del Manifesto “1+4 spazi educativi per la scuola del terzo millennio”: • 1

rappresenta lo spazio di gruppo, l’ambiente di apprendi-

mento polifunzionale del gruppo-classe, l’evoluzione dell’aula tradizionale che si apre alla scuola e al mondo. Un ambiente a spazi flessibili in continuità con gli altri ambienti della scuola • 4

sono gli spazi della scuola complementari, e non più subor-

dinati, agli ambienti della didattica quotidiana. Sono l’Agorà, lo spazio informale, lo spazio individuale e lo spazio esplorazione. Secondo Indire lo spazio di apprendimento deve essere concepito come un “sistema ecologico” in cui oltre agli insegnanti hanno un ruolo fondamentale gli studenti e lo spazio stesso, che generano relazioni sociali e pratiche restando in movimento continuo, un “paesaggio didattico” multidimensionale, flessibile e attraversabile, in cui situazioni formali e informali sono complementari all’apprendimento. L’edificio scolastico nella sua interezza e le pertinenze esterne fanno parte dell’“ecosistema formativo”, in cui la flessibilità, la diversità degli approcci metodologico-didattici e l’impiego esteso delle tecnologie permettono lo sviluppo di una “biodiversità educativa” entro la quale ogni studente, in base alle proprie attitudini, trova la propria “nicchia educativa ecologica”. La ricerca di Indire è successivamente proseguita nel progetto Avanguardie Educative, nato per raccogliere le esperienze più significative di trasformazione del modello organizzativo e didattico della scuola. Partito inizialmente da un primo gruppo di scuole promotrici, il progetto assume oggi la forma di un Movimento per l’innovazione aperto alla partecipazione di tutte le scuole italiane intenzionate a trasformare la scuola, implemen-

tando uno o più principi contenuti nella “Galleria delle idee per l’innovazione” in continuo sviluppo. Nella Flipped classroom, al debate, attraverso la didattica per scenari, lo spaced learning, o il TEAL [solo per citare alcune delle “idee”], lo studente è posto al centro del percorso educativo, il docente assume un ruolo che è più simile a quello di un direttore d’orchestra, il tempo della classe viene utilizzato in maniera diversa [e sempre meno per ascoltare passivamente]. La visione del Movimento è espressa nel Manifesto che si articola in sette orizzonti per l’innovazione: • Trasformare

il modello trasmissivo della scuola adottando

modelli aperti di didattica attiva e ponendo lo studente in situazioni di apprendimento continuo, superando il tradizionale modello didattico a “lezione frontale”. • Sfruttare

le opportunità offerte dalle ICT e dai linguaggi di-

gitali per supportare nuovi modi di insegnare, apprendere e valutare: utilizzando le ICT in ottica di complementarietà con i metodi tradizionali, senza considerarle attori protagonisti né antagonisti, bensì come opportunità per personalizzare i percorsi di apprendimento, rappresentare la conoscenza, ampliare le fonti del sapere, condividere e comunicare. • Creare

nuovi spazi per l’apprendimento: la fluidità dei pro-

cessi comunicativi innescati dalle ICT si scontra con ambienti fisici non più in grado di rispondere a contesti educativi in continua evoluzione e impone un ripensamento degli spazi e dei luoghi in cerca di soluzioni flessibili, polifunzionali, modulari e facilmente configurabili in base all’attività svolta. • Riorganizzare il tempo del fare scuola: il superamento di stec-

cati rigidi come il calendario scolastico, l’orario delle lezioni e la parcellizzazione delle discipline in unità temporali minime distribuite nell’arco dell’anno scolastico può avvenire tenendo conto della necessità di una razionalizzazione delle risorse, di una programmazione didattica articolata in segmenti, unità e moduli formativi, dell’affermarsi delle ICT che favoriscono nuo-

ve modalità di apprendimento e che necessitano di nuovi tempi. • Riconnettere

i saperi della scuola e i saperi della società della

conoscenza: l’espansione di internet ha reso la conoscenza accessibile in modo diffuso; non solo il patrimonio di fatti e nozioni [una volta monopolio esclusivo di pochi] oggi è aperto alla comunità e ai cittadini, ma la società contemporanea valorizza competenze nuove, difficilmente codificabili nella sola forma testuale e nella struttura sequenziale del libro di testo. • Investire

sul “capitale umano” ripensando i rapporti [dentro/

fuori, insegnamento frontale/apprendimento tra pari, scuola/ azienda, ecc.]: una scuola d’avanguardia è in grado di individuare [nel territorio, nell’associazionismo, nelle imprese e nei luoghi informali] le occasioni per mettersi in discussione in un’ottica di miglioramento, per arricchire il proprio servizio attraverso un’innovazione continua che garantisca la qualità del sistema educativo. • Promuovere

l’innovazione perché sia sostenibile e trasferibi-

le: obiettivo delle scuole d’avanguardia è individuare l’innovazione, connotarla e declinarla affinché sia concretamente praticabile, sostenibile e trasferibile ad altre realtà che ne abbiano i presupposti. Questi punti cardine, ad esclusione del punto 3 che parla espressamente di spazi di apprendimento, nonostante possano apparire come puramente legati alla didattica, sono, per le considerazioni sin qui fatte, fortemente legati all’architettura e alla configurazione della scuola e delle aule. Un esempio che racchiude in sé tutti i concetti del Manifesto, è la cosiddetta Aula 3.0, uno o più spazi all’interno della scuola organizzati in base alle operazioni da svolgervi [creare, interagire, presentare, scoprire, dibattere, sviluppare, …] in cui la fisicità dello stesso svolge un ruolo fondamentale attraverso geometrie variabili, arredi componibili e facilmente riconfigurabili, carrelli, tavoli per lavori in gruppo eccetera. Tutto questo sfruttando le potenzialità offerte da tecnologie come computer, LIM [Lavagne Interattive Multimediali], stampanti e tablet:

comunicazione, socialità, collaborazione e ricerca oltre ad insegnamenti personalizzati per i singoli studenti e feedback continui sugli stessi. Nell’Aula 3.0 entrano in gioco diversi aspetti che considerano la funzionalità, la flessibilità e la comodità come attributi fondamentali dello spazio: • l’ambiente

acustico;

• l’ambiente

termico;

• l’ambiente

cromatico;

• il

sistema di illuminazione;

• gli • la

aspetti estetici;

tipologia di arredi;

• gli

strumenti [tra cui i dispositivi tecnologici].

La complessità delle componenti in gioco sottolinea ancora di più l’importanza di progettare le caratteristiche dell’ambiente partendo dall’individuazione e dall’analisi delle attività che devono esservi svolte. Le linee guida in questo senso forniscono un’utile riferimento alla progettazione, elencando una serie di micro-attività da cui partire per sviluppare un’idea progettuale, come riportato nella tabella. Le ricerche svolte da Indire, così come le molteplici a livello universitario, evidenziano come l’interesse la sensibilità per l’ambiente di apprendimento siano sempre più al centro di esperienze, riflessioni e investimenti a livello europeo ed extra-europeo. A confermarlo è la grande attenzione sul tema da parte dell’OCSE, che ha recentemente creato un centro di ricerca che si occupa proprio di questo, il Centre for Effective Learning Enviroments [CELE] in cui vengono studiati metodi di apprendimento innovativi e analizzata l’efficacia degli ambienti di apprendimento. È emerso che alcuni aspetti essenziali dell’educazione tra cui quelli sociali e collaborativi, la motivazione dello studente, la valorizzazione delle differenze individuali e la promozione di attività formative sia dentro che fuori dalla

Attività

Azioni

Strumenti

Attributi spaziali

Esplorare

Attività di esplorazione, manipolazione apprendimento attraverso l’esperienza diretta o mediata dalle tecnologie.

Strumentazione di laboratorio, tecnologie digitali per l’analisi ed elaborazione di dati ricavati da contesti reali.

Ambienti laboratoriali per la realizzazione di esperimenti e l’analisi dell’esperienza

Presentare

Presentazione di contenuti e prodotti realizzati dal docente e/o dagli studenti a tutta la classe.

Lavagne, proiettori, superfici condivise, sedute per gli ascoltatori.

Agorà, minipalchi, tribunette per l’esposizione.

Negoziare

Discussione, dibattito tra alunni o tra alunni e docenti per confrontare punti di vista, analizzare problemi, trovare soluzioni.

Materiale didattico ad hoc. Nel caso di contesti a distanza: strumenti di comunicazione sincrona e asincrona online.

Tavoli condivisi o contesti in cui è possibile guardarsi in viso.

Creare

Realizzare un prodotto utilizzando asset di contenuto diversificati [testo, immagini, suoni, video, ecc.]

Strumenti per la scrittura e l’elaborazione, tool di authoring, stampanti, materiale ad hoc in base al tipo di prodotto.

Ambienti per authoring audio, immagini o video; tavoli di lavoro.

Collaborare

Svolgere attività cooperative o collaborative che prevedono l’organizzazione del lavoro per gruppi.

Materiale didattico ad hoc. Nel caso di contesti a distanza: strumenti di comunicazione sincrona ed asincrona online.

Disposizioni flessibili a isole con tavoli ricomponibili e/o sedie mobili.

Condividere

Comunicare, scambiare informazioni o contenuti, archiviare risorse in ambiti condivisi.

Sedute comode in ambienti condivisi. Nel caso di contesti a distanza: ambienti di condivisione online.

Contesti formali e/o informali ottimizzati per la comunicazione.

Riflettere

Leggere, studiare, concentrarsi approfondendo testi e rielaborando contenuti individualmente.

Strumenti di produttività individuale. Accesso a risorse cartacee e/o digitali on demand.

Postazioni visivamente e/o acusticamente isolate dal resto dell’ambiente.

Avanguardie educative, INDIRE, Tassonomia delle attività, in “Linee guida per l’implementazione dell’idea”

scuola sono fortemente influenzati dall’ambiente in cui lo studente si trova, sottolineando ancora una volta l’importanza di progettare spazi favorevoli a tali processi di crescita. Tra i Paesi dell’OCSE emerge che il 3% della variazione nella performance dello studente è attribuibile esclusivamente alle differenze presenti nell’ambiente di apprendimento. Pensare alle scuole di domani implica lavorare sugli ambienti di apprendimento, ideale punto di intersezione tra la prospettiva architettonica, centrata sulle componenti spaziali del lavoro formativo, e la prospettiva pedagogica, orientata sulle componenti didattiche.

1.5 BIBLIOGRAFIA • W.

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report of the HEAD project, University of Salford, 2015

esperienze, Tesi di dottorato Università degli studi di Napoli “Federico II”, 2015

CAPITOLO

Patrimonio edilizio scolastico Nel capitolo seguente viene analizzata la situazione in cui versa il patrimonio pubblico dellâ&#x20AC;&#x2122;edilizia scolastica. Le criticitĂ emerse sottolineano la necessitĂ di urgenti e importanti misure di riqualificazione, che permettano di rendere la scuola un luogo sicuro per gli studenti che la vivono. Infine sono stati studiati degli strumenti per la gestione e la conoscenza del patrimonio.

2.1 LE CONDIZIONI DEL PATRIMONIO ITALIANO La riqualificazione del patrimonio edilizio esistente, non soltanto per quanto riguarda le strutture educative, è oggi un punto nevralgico delle politiche infrastrutturali. La volontà della politica è infatti di ridurre progressivamente il consumo del suolo, con l’obiettivo stabilito dall’Unione europea di azzerarlo entro

DDL S. 2383/2017 Contenimento del consumo del suolo e riuso del suolo edificato

il 2050. Risulta quindi chiara l’importanza di adottare strategie idonee per il riuso e la rigenerazione urbana. Il patrimonio edilizio scolastico esistente versa oggi in condizioni molto critiche, con strutture che vengono descritte come vetuste, ad elevato rischio sismico e idrogeologico, oltre ad essere obsolete dal punto di vista energetico e funzionale. Il 63,6% degli edifici risulta infatti edificato antecedentemente al 1974, anno di entrata in vigore della normativa per le costruzioni in aree sismiche, di questi edifici ben il 56,2% si trova in Comuni considerati ad alto rischio sismico, mentre gli impianti situati in aree ad alta criticità idrogeologica risultano essere oltre seimila. fonte:

XIX Rapporto di Legambiente sulla qualità dell’edilizia scolastica, delle strutture e dei servizi 2018

15%

26%

1900-1940

1975-1990 40%

1941-1974

Altri dati allarmanti emergono dalle analisi sulla classe energetica degli edifici, che vede l’84,4% delle scuole situate nelle ultime tre classi e soltanto il 5,3% nelle prime tre, percentuale corrispondente all’incirca alle scuole costruite dopo il 2001 anno di entrata in vigore della nuova normativa edilizia che prevede determinati standard di efficienza. Si può osservare inoltre che la quasi totalità degli edifici scolastici esistenti sono stati costruiti prima dell’introduzione della normativa sul contenimento energetico del 1991, pertanto

DIRETTIVA 2001/77/CE Promozione dell’energia elettrica prodotta da fonti energetiche rinnovabili nel mercato interno dell’elettricità

Legge 10/1991 Norme per l’attuazione del Piano energetico nazionale in materia di uso nazionale dell’energia, di risparmio energetico e di sviluppo delle fonti rinnovabili di energia

costituiscono in ampia parte, la principale causa dei disperdimenti energetici e di risorse economiche, consumo di gas metano ed energia elettrica, oltre che limitare le emissioni di CO2, mantenendo invariato il comfort degli utenti. Tali aspetti devono essere considerati per valutare la rispondenza degli edifici alle normative sul risparmio energetico: la DIRETTIVA 2010/31/UE Pprestazione energetica nell’edilizia

Direttiva Europea sulla prestazione energetica nell’edilizia afferma che gli edifici sono responsabili del 40% del consumo globale di energia nell’UE ed essendo il settore in espansione, il consumo è destinato ad aumentare. Un altro dato negativo è quello relativo alle barriere architettoniche: quasi una scuola su tre risulta infatti ancora inaccessibile: dai dati del 2015 del MIUR - Ministero dell’istruzione, dell’università e della ricerca, risulta che il 29% delle scuole non ha ancora adottato accorgimenti per superare le barriere architettoniche, con picchi dell’84% in Calabria, del 51% in Sicilia e del 50% in Campania. Allarmante è infine il dato relativo ai crolli durante l’anno scolastico 2017/2018, che ha rappresentato il record degli ultimi 5 anni con ben 50 episodi di crolli e distacchi di intonaco registrati da Cittadinanzattiva tramite la stampa locale. Se si considera l’anno scolastico di circa 200 giorni si parla di più di un episodio ogni 4 giorni di scuola. La pessima fotografia sopra delineata è riconducibile ad una mancanza di una politica di manutenzione e di interventi progressivi sul costruito, fattori che come è noto hanno portato negli ultimi decenni a danni e disastri in diverse regioni d’Italia. Nonostante i fatti di cronaca siano frequenti e abbiano conseguenze spesso tragiche, gli interventi di manutenzione e di controllo sono ad oggi ancora insufficienti: dato eclatante è quello che mette in relazione le indagini diagnostiche e il successivo intervento di messa in sicurezza, che avviene soltanto in un caso su tre. Oltre alla mancanza di una visione strategica e la scarsità di risorse statali per la riqualificazione, vi sono i diversi problemi burocratici e amministrativi che hanno spesso contribuito,

complice la bassa capacità di attuazione dei programmi finanziari, ad una grande sperequazione nord-sud, che vede le regioni meridionali vergere in condizioni molto peggiori rispetto alla media nazionale. Emerge quindi la necessità di un cambio di rotta, intervenendo con efficacia ed efficienza sul patrimonio esistente, concentrando l’attenzione non soltanto sulle fondamentali questioni di sicurezza sismica e idrogeologica, che risultano di primaria importanza, ma condotte di pari passo con questioni altrettanto importanti come la sostenibilità ambientale, la razionalizzazione delle infrastrutture nel loro insieme e nell’assicurare la piena corrispondenza funzionale delle strutture alle nuove esigenze didattiche e degli spazi per l’apprendimento. L’Associazione Nazionale Costruttori Edili (A.N.C.E.) per offrire una risposta a queste esigenze espone la necessità di definire una strategia globale di intervento e avviare un piano massiccio che preveda tre grandi filoni di interventi: la costruzione di nuove scuole in sostituzione a quelle obsolete quando quest’ultime risultino irrecuperabili, la messa in sicurezza degli edifici esistenti e infine la riqualificazione energetica e gli adeguamenti funzionali. La rilevanza di questi interventi si rispecchia non soltanto negli ovvi benefici per la struttura in sé e per i suoi occupanti, ma anche e soprattutto sull’intera comunità: nonostante gli interventi sul patrimonio scolastico siano spesso visti soltanto come dei costi da parte della popolazione, rimangono spesso in secondo piano i ritorni che porta una scuola efficiente e sostenibile, sia dal punto di vista dei risparmi in ottica futura, che da quello sociale. La rimodulazione degli spazi sulle esigenze didattiche e la loro salubrità e servizi incidono sulla sostenibilità e la condivisione di stili di vita che coinvolgono l’intera comunità. La riqualificazione di un istituto è infine spesso occasione per un più ampio progetto di rigenerazione sociale, educativa e ambientale di un territorio.

fonte:

Audizione dell’Ance sulla situazione dell’edilizia scolastica in Italia 2013

2.2 LA SITUAZIONE IN TRENTINO ALTO-ADIGE Se la situazione a livello nazionale è allarmante, quella del Trentino-Alto Adige è una realtà completamente diversa, seppur anch’essa ancora lontana dagli alti livelli raggiunti in altre realtà europee con le quali per molte questioni si trova a confrontarsi. I capoluoghi delle due Provincie Trento e Bolzano si trovano infatti ai primi posti della graduatoria stilata da Legambiente, confermandosi una roccaforte sul fronte dell’edilizia scolastica sotto tutti i punti di vista. La maggioranza delle scuole è infatti di recente edificazione, con il 58,8% degli edifici costruiti dopo il 1974, e il 12,1% dopo il 2000, più del doppio rispetto alla media nazionale. Il 6% delle strutture è costruita secondo i criteri della bioedilizia e il 6,6% con criteri antisismici; inoltre, nonostante la regione non sia considerata una zona a rischio sismico elevato, le scuole sono state tutte sottoposte a verifiche di vulnerabilità sismica. Gli investimenti da parte delle due amministrazioni che hanno riguardato la manutenzione ordinaria e straordinaria sono stati ingenti, di gran lunga superiori a quelli stanziati di media a livello nazionale. La conferma del forte investimento che fanno i due Comuni sul tema dell’edilizia scolastica arriva dallo stanziamento complessivo per la manutenzione straordinaria negli ultimi 5 anni: €90.663 di media per scuola, il quadruplo rispetto a quanto viene stanziato di media a livello nazionale (€23.946), ma i comuni di Trento e Bolzano ne impiegano quasi il doppio, €175.619, una cifra altissima considerando che mediamente per questo tipo di intervento si spendono a livello nazionale €17.780. Situazione ottimale anche per quel che riguarda le certificazioni; le scuole trentine le possiedono tutte. Infine, i due capoluoghi si confermano eccellenze per quanto riguarda l’investimento in progetti educativi, la presenza di biblioteche e servizi di trasporto, oltre che vantare alta qualità dei servizi mensa ed efficienza nella gestione dei rifiuti. Di fronte a questo quadro più che positivo è necessario tuttavia osservare come permangano grosse lacune dal punto di vista

della sostenibilità ambientale ed efficienza energetica: nonostante infatti una percentuale del 24,8% di scuole nuove o che hanno subito interventi di adeguamento sismico e/o efficientamento energetico negli ultimi cinque anni, a fronte del 4,4% della media nazionale, la larga maggioranza degli edifici si trova nelle ultime tre classi energetiche e non esistano ad oggi edifici in classe A.

2.3 STRATEGIE NAZIONALI DI RINNOVAMENTO Il quadro delineato dai rapporti di Legambiente e ANCE fotografa dunque una situazione molto critica, a causa della mancanza di processi gestionali efficienti, di una programmazione a lungo termine e dell’assenza di una conoscenza approfondita del patrimonio esistente. L’Italia si ritrova quindi, come spesso accade in altri ambiti, in forte ritardo nei confronti degli altri Stati europei soprattutto per l’incapacità, spesso addirittura reticenza, nell’allinearsi alle direttive europee in materia di riqualificazione del patrimonio esistente. Con la Direttiva 2012/27/UE l’Unione vuole infatti definire un approccio e una strategia efficace per l’obiettivo comune del raggiungimento dei target definiti dal “Pacchetto Clima-Energia 2020”, una serie di norme volte a garantire il raggiungimento di obiettivi in materia di sostenibilità ambientale. Oltre a definire obiettivi nazionali di efficienza energetica, la Direttiva volge l’attenzione versi il patrimonio esistente definendo da una parte una strategia a lungo termine per mobilitare gli investimenti nella ristrutturazione di edifici pubblici e privati, dall’altra, nell’articolo 5, promuove la riqualificazione del patrimonio edilizio degli enti pubblici attribuendo loro un ruolo centrale e di esempio virtuoso per l’edilizia privata. Tuttavia, nonostante la direzione impartita sembrerebbe poter essere quella corretta, gettando le basi per un progressivo miglioramento del patrimonio esistente e orientando gli interventi verso standard “nearly Zero Energy Buildings”, l’articolo si rivolge

DIRETTIVA 2012/27/UE sull’efficienza energetica

soltanto agli edifici proprietà del Governo centrale e da esso occupati, non coinvolgendo negli obblighi le amministrazioni locali di Comuni e Province. Ogni Stato membro ha infatti facoltà di estendere tali norme a livelli inferiori, opportunità non presa in considerazione dall’Italia, riducendo dunque in maniera sostanziale la possibilità di attuazione della deep renovation del patrimonio esistente di cui il Paese avrebbe estremo bisogno.

2.3.1 LA MANCANZA DI UNA STRATEGIA CONDIVISA E DIFFUSA In mancanza di una strategia a livello nazionale gli interventi risultano quindi puntuali e fortemente limitati, andando a creare la forte sperequazione di cui si è parlato in precedenza tra le diverse zone d’Italia. Le Amministrazioni meno virtuose ed economicamente più deboli risultano quindi fortemente svantaggiate e limitate anche dal cosiddetto “Patto di stabilità interno”, un complesso meccanismo fiscale che impone un drastico taglio delle spese sugli investimenti locali, tra i quali anche le attività di ristrutturazione del patrimonio edilizio esistente di loro competenza e gestione. È importante tuttavia notare come esistano ad oggi strumenti per promuovere questo tipo di interventi tramite il coinvolgimento di uno o più soggetti privati, le ESCo, tipologia di impresa che ad oggi fatica molto a svilupparsi in Italia. Uno sguardo alla situazione descritta non può che evidenziare l’opportunità persa da parte dell’Italia per riuscire ad operare il rinnovamento energetico, oltre che strutturale, di cui ha estremo bisogno il patrimonio scolastico esistente, come testimoniano i frequenti crolli in istituti di varie parti del Paese. La situazione dal punto di vista della politica interna risulta altrettanto complessa e dai toni pessimistici, soprattutto dopo lo smantellamento da parte dell’attuale governo a guida di Giuseppe Conte della “Struttura di missione per la riqualificazione dell’edilizia scolastica” messa in piedi dal governo di Matteo Renzi nel 2014. Quest’ultimo aveva infatti definito un Piano per l’edilizia scolastica strutturato secondo tre linee d’azione: il pri-

mo filone nominato #scuolebelle, che prevedeva interventi di piccola manutenzione, decoro e ripristino funzionale; quello dedicato alla sicurezza e messa a norma degli edifici denominato #scuolesicure e infine #scuolenuove per la realizzazione di nuove strutture. Nonostante le sopraelencate misure andassero tuttavia nella corretta direzione, risulta evidente come fossero di scarsa incisività nell’ambito della deep renovation del patrimonio, dov’è necessario superare l’approccio parcellizzato che fino ad oggi ha contraddistinto le logiche di programmazione, a favore di operazioni di più ampio respiro che si dimostrino strumenti efficaci. La situazione attuale risulta quindi particolarmente complessa e non è ben chiara quale direzione voglia intraprendere l’attuale governo per quanto riguarda il rinnovamento dell’edilizia scolastica. Negli ultimi anni infatti gli interventi sono dettati da una programmazione nazionale triennale il che sottolinea ancora di più la mancanza di una visione globale a lungo termine a favore di una frammentazione di singoli interventi parcellizzati poco efficaci per un rinnovamento profondo. A confermarlo ulteriormente è lo strumento principale di finanziamento, i cosiddetti mutui BEI (Banca europea per gli Investimenti) per 1,5 miliardi di euro, concessi alle singole Regioni, fotografando una autonomia decisionale che ancora una volta non favorisce una ristrutturazione complessiva e sostenibile. La qualità del sistema scolastico rappresenta un importante indicatore della civiltà di una nazione, non solo per quanto concerne i metodi educativi e l’offerta formativa, ma anche e soprattutto per gli investimenti nell’ambito dell’edilizia scolastica. Tuttavia, come spesso accade in Italia, le attenzioni ai fondamentali della struttura civile vengono considerate solo in seguito a crolli e catastrofi, come ci insegnano purtroppo il recente crollo del Ponte Morandi a Genova nell’agosto del 2018 e, nell’abito dell’edilizia scolastica, il tragico evento avvenuto nel 2002 alla scuola Jovine di San Giuliano di Puglia, in Provincia di Campobasso.

Una corretta ed efficiente strategia di deep renovation del patrimonio edilizio scolastico è imprescindibile da una profonda conoscenza dello stesso, al fine di comprendere lo status degli immobili e ed essere così in grado di poter programmare degli interventi di riqualificazione e in seguito di gestirne il ciclo vita. A tale scopo la Legge 23/1996 prevedeva che il Ministero della Pubblica Istruzione realizzasse e curasse

“

[…] l’aggiornamento, nell’ambito del proprio sistema informativo e con la collaborazione degli enti locali interessati, di un’anagrafe nazionale dell’edilizia scolastica diretta ad accertare la consistenza, la situazione e la funzionalità del patrimonio edilizio scolastico.

Un grande limite di questo strumento è però quello di raccogliere perlopiù dei macrodati riguardanti cubature, superfici, certificazioni, eccetera, che non forniscono informazioni dettagliate che potrebbero risultare utili per una definizione più accurata delle criticità degli edifici e alla conseguente definizione di una strategia di intervento. In un prossimo capitolo dedicato, si intende definire una metodologia utile a colmare tale limite, mediante l’integrazione dei macro-dati presenti nell’Anagrafe con informazioni più dettagliate sull’edificio ottenibile tramite processi che coinvolgano l’utilizzo del BIM.

2.4 GESTIONE DEL PATRIMONIO IMMOBILIARE PUBBLICO Nel campo del Facility Management, disciplina che verrà analizzata nei successivi capitoli, il primo e più importante elemento è la costituzione di un’adeguata anagrafe patrimoniale, nella quale vengono raccolti e organizzati gli elementi conoscitivi necessari a descrivere lo stato prestazionale e, successivamente, a produrre un quadro completo del patrimonio, per mezzo di disegni, schede componenti, fotografie, eccetera. L’importanza di un’anagrafe che permetta una consultazione della documentazione rapida e completa è primaria soprattut-

to nell’ambito della gestione, durante la quale, come rappresentato dalla curva sottostante, l’informazione assume il maggior valore. La curva descrive la perdita delle informazioni in relazione al tempo e al valore che l’informazione stessa ha sul lungo periodo. Viene mostrata la discontinuità della raccolta delle informazioni durante il ciclo vita dell’edificio, in cui le informazioni perse devono essere almeno in parte recuperate, con un ovvio dispendio in termini di tempo e costi. Il problema della perdita di informazioni, nella maggior parte dei casi legata ad una conservazione frammentata e poco ordinata dei documenti, può essere in larga parte risolto utilizzando la metodologia BIM in cui il modello è utilizzabile come collettore unico di tutti i documenti, i dati e le informazioni che descrivono completamente l’edificio, sia nel caso di nuove costruzioni, che in quello di interventi sul costruito. Utilizzando il BIM nella maniera corretta infatti, la conoscenza e le informazioni riguardo il sistema edilizio, crescono nel tempo in maniera lineare, come rappresentato dalla curva, senza le discontinuità che caratterizzano una gestione tradizionale del dato e delle informazioni. L’anagrafe dell’edificio diventa quindi un importante strumento di conoscenza non soltanto a supporto della gestione dell’apparato, ma anche per la programmazione degli interventi e degli investimenti da parte dei proprietari e infine per fornire un quadro generale e preciso all’Amministrazione Pubblica, agli utenti e ai cittadini, sullo stato e la qualità dei fabbricati presenti sul territorio. Con queste premesse è evidente come, in un caso come quello presentato in questa tesi in cui i ruoli di amministrazione, gestione e proprietà convergono tutti all’interno del Comune di Trento, un’anagrafe accurata che descriva lo stato degli edifici scolastici possa risultare di grande interesse.

2.4.1 ANAGRAFE DELL’EDILIZIA SCOLASTICA Proprio da tali propositi proviene l’esigenza di costituire una banca dati informativa a livello nazionale per l’edilizia scolastica, istituita con la Legge 11.01.1996, n. 23, art. 6, meglio nota come legge Masini. L’obiettivo della norma era di realizzare uno strumento di raccolta e monitoraggio per la sistematizzazione delle informazioni relative allo stato fisico e funzionale dell’edilizia scolastica. Benché l’intento andasse nella giusta direzione però, la cosiddetta Anagrafe dell’edilizia scolastica ha impiegato quasi vent’anni per essere operativa con l’accesso pubblico ai dati soltanto nell’agosto del 2015: Discorso del Ministro dell’istruzione Stefania Giannini 7 agosto 2015

“

Oggi è una giornata in cui non solo la scuola italiana ma tutto il Paese fa un passo avanti enorme nella conoscenza reale dello stato dei nostri istituti. Con “Anagrafe”, ora, conosciamo le condizioni dettagliate di ciascun edificio. Una fotografia che ci consente anche di poter programmare e investire al meglio per realizzare gli interventi laddove sono necessari, per abbellire, riqualificare e costruire scuole innovative. Per le famiglie, per gli studenti e per il Paese è un risultato davvero importante. Per la prima volta abbiamo un’azione coordinata e congiunta il Governo, le Regioni e gli Enti locali.

L’obiettivo principale della mappatura del patrimonio scolastico nazionale è in una prima fase quello di creare una “applicazione diretta ad accertare la consistenza, la situazione e la funzionalità del patrimonio edilizio scolastico, al fine di costituire lo strumento conoscitivo fondamentale per i diversi livelli di programmazione degli interventi nel settore”. Questo progetto rappresenta senz’altro un punto di partenza importante per progettare la riqualificazione del patrimonio edilizio scolastico che, come analizzato nei precedenti capitoli e sottolineato dal testo della legge, non riguarda soltanto il problema edilizio: Legge 23/1996 Norme per l’edilizia scolastica

“ 41

Le strutture edilizie costituiscono elemento fondamentale e integrante del sistema scolastico. Obiettivo della presente legge è assicurare a tali strutture uno sviluppo qualitativo e una collocazione sul territorio adeguati alla costante

evoluzione delle dinamiche formative, culturali, economiche e sociali. Al fine di ottenere un’anagrafe attendibile e utile sono stati utilizzati strumenti che garantissero una qualità del dato uniforme su tutto il territorio nazionale. La banca dati contiene infatti informazioni raccolte tramite due diversi questionari cartacei: • uno

per SEDE SCOLASTICA a cura del Legale Rappresen-

tante della autonomia scolastica (Dirigente scolastico) che permette una codificazione unica dell’edificio e contiene un giudizio sintetico a cura del dirigente; • uno

per EDIFICIO, redatto in collaborazione tra il rilevatore

dell’Ente responsabile dell’immobile (provincia/comune/privato) e il Legale Rappresentante. Nel questionario sono raccolta una serie di dati tecnici relativi alla posizione urbanistica e catastale, i dati geometrici-descrittivi, informazioni relative a strutture di supporto (mense, palestre, aziende agricole…), dati relativi alle tecnologie costruttive e impiantistiche, eccetera. I questionari forniscono tre tipologie di dati, utili alla definizione dello stato di consistenza del patrimonio scolastico: • Dati

identificativi e anagrafici dell’edificio scolastico;

• Dati

desumibili dalle certificazioni;

• Dati

misurabili;

• Dati

desumibili da valutazione qualitativo-descrittivo.

È evidente come per le ultime due categorie, a differenza delle altre due, un semplice questionario sia parecchio limitativo per descrivere l’immobile nella sua interezza, in quanto in grado di fornire perlopiù dati generici e qualitativi come la superficie e il volume occupati, l’ubicazione dell’edificio, il numero di corpi scala, lo stato di conservazione degli impianti e delle opere edilizie. Nonostante gli sforzi in questo senso infatti, risulta molto improbabile che i dati raccolti possano risultare uniformi e univoci a livello nazionale, soprattutto nel caso delle valutazioni qualitative e descrittive.

Implementazione digitale mediante il BIM Il quadro descritto mostra quindi che, nonostante l’intento della legge vada nella giusta direzione, un aggiornamento dell’Anagrafe in termini di modalità e tipo di informazioni raccolte, sia possibile e necessario, soprattutto considerando le potenzialità fornite dall’importante evoluzione tecnica e digitale avvenuta dal 1996, anno di emanazione della legge, ad oggi. In questa direzione l’uso della metodologia BIM per la digitalizzazione potrebbe implementare notevolmente la banca dati già in possesso del Ministero, con l’integrazione dei modelli virtuali dei vari edifici, ottimizzando la conservazione del patrimonio informativo nel corso del tempo. La conservazione dei documenti potrebbe infatti essere gestita in un unico “luogo virtuale” evitando così la perdita di informazioni e la conseguente perdita di tempo e risorse, aggiungendo inoltre i dati geometrici e informazioni tecniche dinamiche e continuamente aggiornabili dell’edificio alle informazioni già fornite dai questionari, per loro natura “statiche”. Struttura della Anagrafe nazionale dell’edilizia scolastica implementata con sistemi BIM E GIS

modello BIM

database ente

modello BIM

database ente

modello BIM

database ente

BIM GIS DB

database MIUR

Un altro grosso vantaggio dato da questa implementazione sarebbe la possibilità di avere una visualizzazione grafica dei dati, molto più efficace rispetto all’odierno sistema che fornisce soltanto una serie di informazioni alfanumeriche tramite i tradizionali metodi di immagazzinamento dati come fogli elettronici (Excel) o altri linguaggi informatici di interscambio dati (JSON, RDF, XML), certamente meno efficaci per un’effettiva comprensione dello stato del singolo edificio.

2.5 L’ARCHIVIO DIGITALE La creazione di un archivio digitale è, come detto, il primo passo da compiere nell’ambito della gestione patrimoniale e porta grandi benefici a tutti gli attori che hanno la necessità di interfacciarsi con un edificio. Di fondamentale importanza nella creazione dell’archivio è la definizione delle esigenze: l’autenticità e l’integrità dei documenti, l’identificabilità tramite la catalogazione e la codificazione e l’accessibilità e la conservazione nel tempo senza perdita di informazioni. Attualmente la documentazione relativa agli edifici pubblici è conservata negli archivi comunali i quali, utilizzando i metodi tradizionali, si trovano spesso a gestire un’enorme quantità di documenti e dati, in forma mista cartacea e digitale, molto spesso dislocata in uffici differenti con una organizzazione non sempre chiara. Questo sistema porta inevitabilmente nel lungo periodo ad una perdita di informazioni, con conseguenze che ricadono sulla conoscenza del fabbricato. Le ricerche negli archivi possono inoltre presentare delle difficoltà e, in taluni casi, dei veri e propri ostacoli al professionista o cittadino interessato: • Lunghi

tempi di attesa;

• Difficoltà

di conoscere l’ubicazione dei documenti;

• Necessità • Luoghi • Orari

talvolta di richiesta scritta per la consultazione;

diversi in cui sono conservati i documenti;

di consultazione differenti a seconda dei giorni e dei

luoghi; • Difficoltà

a confrontare i documenti tra loro;

• Difficoltà

ad avere la documentazione dei precedenti lavori

da chi li ha eseguiti. Risulta evidente che i problemi descritti, oltre ad essere legati a problemi organizzativi che caratterizzano in molti ambiti l’impianto amministrativo e burocratico nel nostro Paese, hanno

radici nella natura “fisica” dell’archivio, essendo consultabile soltanto presso un ufficio. La creazione di un archivio digitale potrebbe, se correttamente gestito, risolvere gran parte di questi problemi, generando un flusso di informazioni online con accesso immediato da qualsiasi posto. Engineer Research and Development Center (ERDC) Emerging Challenges and Opportunities in Building Information Modeling for the US Army Installation Management Command 2012

Una ricerca condotta dal National Institute of Science and Technology (NIST) ha stimato che il professionista che si occupa di Operation & Maintenance interessato a raccogliere la documentazione relativa ad un edificio, spende oltre il 40% della giornata a cercare informazioni appropriate per il progetto di cui si sta occupando, mentre un altro 15% è spesso speso per rintracciare le informazioni necessarie per eseguire attività di manutenzione. Questo dato dimostra la necessità di raccogliere, conservare, archiviare ed aggiornare la documentazione di un edificio in un unico database, operazioni sfruttando le potenzialità degli strumenti BIM associati alle moderne tecniche di ICT (Information and Communication Technology), permettendo una costante registrazione e consultazione di informazioni sull’edificio durante tutto il suo ciclo vita.

2.6 BIBLIOGRAFIA • Legambiente,

XIX Rapporto di Legambiente sulla qualità

dell’edilizia scolastica, delle strutture e dei servizi, 2018

• Associazione

Nazionale Costruttori Edili, Audizione dell’An-

ce sulla situazione dell’edilizia scolastica in Italia: Indagine co-

noscitiva della Commissione VIIa della Camera dei deputati, 2013 • L.

C. Tagliabue and V. Villa, Il BIM per le scuole. Analisi del

• P.

Boarin and P. Davoli, Riqualificazione profonda del patri-

patrimonio scolastico e strategie di intervento, 2017

monio edilizio scolastico: l’opportunità offerta dall’Europa e la strategia adottata dall’Italia, Techne, 9, 96

CAPITOLO

Qualità dell’aria nelle scuole In questo capitolo è stato il comfort relativo agli ambienti scolastici soffermandosi in particolare sulla qualità dell’aria, un fattore che incide notevolmente sulla salute degli occupanti. Tra i vari inquinanti si è approfondito il diossido di carbonio che è considerato un indicatore molto significativo dell’Indoor Air Quality [IAQ].

3.1 LA SOSTENIBILITÀ COME INDIRIZZO PROGETTUALE La questione del risparmio energetico e della sostenibilità ambientale è posta sempre di più al centro del dibattito non soltanto nel campo dell’edilizia e dell‘architettura, ma influenza a livello globale scelte e percorsi progettuali, divenendo in molti casi una vera e propria “mission” di molteplici settori e aziende. L’evidente cambiamento climatico in corso, ampiamente dimostrato da diverse ricerche scientifiche e denunciato da movimenti ambientalisti in costante crescita, impone infatti una svolta radicale e un impegno da parte di tutti, a livello individuale e collettivo. In questa direzione si muove ad esempio l’European Green Deal, un piano per gli investimenti sostenibili da 1000 miliardi

Commissione europea The European Green Deal, Bruxelles, 2019

di euro, che mira a far diventare l’Europa un continente “verde” entro il 2050, riducendo a zero le emissioni nette di CO2. In

questo piano il settore delle costruzioni è messo al centro: il cosiddetto “Renovation wave” mira infatti al retrofit energetico degli edifici, nella maggior parte dei casi obsoleti. Il comparto edilizio, notoriamente poco incline ai cambiamenti di vario genere, non può e non deve sicuramente permettersi di astenersi: si pensi infatti che gli edifici sono oggi responsabili di circa il 36% degli usi finali dell’energia a livello mondiale e del 39% delle emissioni di CO2 legate all’energia, numeri che

pongono il settore sul gradino più alto del podio. L’importanza di queste cifre fa capire l’enorme impatto che il costruito ha sul

International Energy Agency (IEA) for the Global Alliance for Buildings and Construction (GlobalABC) Global Status Report for Buildings and Construction, 2019

nostro pianeta e nello stesso tempo la grande responsabilità a carico, in primis, dei progettisti ma anche degli utenti finali. In Italia gli edifici scolastici, complice il fatto che siano stati in gran parte costruiti in tempi non sospetti -come riportato nel capitolo sul Patrimonio edilizio scolastico-, risultano essere i principali responsabili dei consumi degli edifici pubblici. Uno studio di ENEA [Ente per le Nuove tecnologie, l’Energia e l’Ambiente], ha infatti calcolato i consumi degli edifici pubblici destinati al settore direzionale e, appunto, scolastico, evidenziando come quest’ultimo incida per il 75% dell’energia primaria, l’87% dell’energia termica e il 55% dei consumi elettrici (per-

ENEA - Ministero dello Sviluppo Economico Indagine sui consumi degli edifici pubblici (direzionale e scuole) e potenzialità degli interventi di efficienza energetica, 2009

Studio

Paese Soggetti

Tipo di esposizione

Esiti

Associazione *Odds Ratio

età

Taskinen et al, 1999

Finlandia n° 622 7-13 aa

Muffa/umidità (si vs no)

Visite urgenti Antibiotici

2.0 2.1

Smedje et al, 2001

Svezia n° 1347 7-13 aa

Allergene gatto Polvere Particelle Respirabili

Asma Asma Allergia animali domestici

1.4 per 10 ng 1.4 per 50 μg 1.8 per 10 μg/m3

Fraga et al, 2008

Portogallo n° 1607 14 aa

CO2

Tosse notturna Broconcostrizione da esercizio fisico

Per CO2>2100 ppm: 1.40 1.86

Simoni et al, 2010

Studio HESE** n° 654 10 aa

CO2 (x100 ppm)

Tosse secca notturna Rinite recente

1.06 1.06

Cina n° 1993 11-15 aa

SO2 Formaldeide SO2 Formaldeide NO2

Fischi Fischi Diff. respiro notturno Diff. respiro notturno Diff. respiro notturno

1.18 per 100 μg/m3 1.24 per 1 μg/m3 1.28 per 100 μg/m3 1.40 per 1 μg/m3 1.45 per 10 μg/m3

Kim JL et al, 2007

Svezia n° 1014 scuola primaria

Temperatura Umidità relativa CO2 n° di cambi aria /ora MVOC totali Muffa Formaldeide

Sibili Diagnosi di asma Difficoltà respiratoria diurna Difficoltà respiratoria notturna

Le più alte concentrazioni di MVOC con difficoltà respiratoria notturna (P < 0.01), diagnosi di asma (P < 0.05)

Simoni et al, 2011

Italia, Norvegia, Svezia, Danimarca, Francia n° 654 10aa

Muffa > 300 cfu/m3

Tosse secca notturna Rinite Tosse persistente

3.10 2.86 3.79

Mi et al, 2006

*OR, Odds Ratio – (rapporto tra esposti ad un fattore di rischio e l’evoluzione di una patologia rispetto ai non esposti che abbiano comunque sviluppato quella patologia. Se il valore dell’OR è maggiore di 1 (>1), il fattore di rischio è o può essere associato nella comparsa della malattia; **Italia, Svezia, Danimarca, Norvegia, Francia.

Studi sulle evidenze di associazioni tra la qualità dell’aria indoor in ambiente scolastico e sintomatologia respiratoria/allergica nei bambini

centuali riferite al solo comparto pubblico). Ciò impatta non solo dal punto di vista economico, incidendo per il 76% sugli 1,8 miliardi di euro totali, ma impone soprattutto una riflessione e la necessità di intervenire per tutelare il futuro del pianeta. Il risparmio energetico e lo sfruttamento delle risorse devono essere quindi messi al centro del progetto architettonico, modificandone gli indirizzi e le strategie. Il 54% dell’attività edilizia in ambito scolastico è effettuata sull’esistente, su scuole cioè di qualità mediocri ma non abbastanza da decidere per la demolizione. Negli ultimi anni questi interventi sono andati nella giusta direzione, con uno sforzo importante nella valutazione e l’individuazione di strategie per migliorare le prestazioni, non puntando soltanto al fattore meramente “tecnico” (isolamento dell’involucro e tecniche innovative per il risparmio energetico) ma ricercando il contributo sincronico di tutti gli elementi edificio-impianto e alla sensibilizzazione degli utenti finali. Il buon esito degli interventi dipende infatti in gran parte dai fruitori dell’edificio: questi ultimi svolgono un ruolo chiave nella gestione e nella manutenzione del manufatto edilizio. Alle soluzioni tecnologiche per il controllo del funzionamento dell’edificio, è infatti spesso preferito un coinvolgimento attivo dell’utenza, meno costoso e più facilmente implementabile. Questo sistema richiede tuttavia un’adeguata formazione minima degli occupanti, per riuscire a raggiungere l’efficienza. A tal proposito, sono diversi i progetti e le azioni volte a rendere consapevoli gli studenti dell’impatto del loro comportamento sull’edificio scolastico: il progetto GAIA (Green Awareness in Action), nell’ambito del programma UE Horizon2020, mira infatti a impegnare la comunità educativa nello sviluppo di una cultura volta a vivere secondo le norme dell’efficienza energetica. Attraverso la gamification, ovvero l’utilizzo di elementi mutuati dai giochi e delle tecniche di game design in contesti non ludici, si rendono consapevoli gli studenti delle conseguenze sui consumi delle loro semplici azioni quotidiane come l’apertura o la chiusura di una finestra. L’obiettivo è quello di sensibilizzare l’intera comunità auspicando che i ragazzi riportino l’esperienza acquisita a casa, per condividerla con i genitori.

S. Chen et al. A review of internal and external influencing factors on energy efficiency design of buildings 2019

La qualità dal punto di vista energetico è senz’altro correlata alla qualità ambientale interna: quest’ultima è inoltre da attribuirsi al connubio tra architettura, quindi alla qualità spaziale, e comfort dell’occupante, del quale si parlerà nei paragrafi successivi. L’intento progettuale di questa tesi è infatti quello di lavorare su entrambi questi fronti, avendo come obiettivo il benessere e la qualità didattica di studenti e insegnanti.

3.2 IL COMFORT NEGLI AMBIENTI SCOLASTICI Per comprendere cosa si intenda per comfort ambientale è necessario partire dalla da una sua generica definizione: UNI ISO EN 7730 Ergonomia degli ambienti termici - Determinazione analitica e interpretazione del benessere termico mediante il calcolo degli indici PMV e PPD e dei criteri di benessere termico locale 2006

“

la condizione mentale di soddisfazione nei confronti dell’ambiente.

Il comfort è identificabile quindi in una condizione psico-fisica dell’occupante ed è dipendente in gran parte da condizioni ambientali “controllabili”, di cui è quindi responsabile il progettista, ma anche da fattori non “scientifici”. Il benessere personale è infatti, come dimostrato da diverse ricerche, una questione molto soggettiva, soprattutto quando si parla di comfort termo-igrometrico, combinazione cioè di condizioni culturali, sociali, economiche e psicologiche di chi lo vive. Una condizione di benessere all’interno di un ambiente confinato influenza, non soltanto la produttività e la concentrazione del soggetto, ma anche le condizioni di salute dello stesso. Le variabili che incidono sul comfort ambientale sono diverse e determinano differenti tipologie di comfort: • Comfort

termo-igrometrico - temperatura, umidità dell’aria,

temperatura media radiante, velocità dell’aria; • Comfort

visivo - distribuzione delle luminanze, illuminamen-

to, abbagliamento (diretto o riflesso), aspetti del colore, sfarfallamento ed effetti stroboscopici, luce diurna; •

Comfort acustico - livello di isolamento acustico, tempo di

riverberazione, rumore generato all’interno;

• Qualità dell’aria interna - concentrazione di sostanze dannose

all’interno dell’ambiente. Nei paragrafi seguenti sarà spiegato come le attività svolte all’interno degli edifici, in particolare quelle di tipo intellettuale come possono essere l’insegnamento e l’apprendimento, siano fortemente influenzate dallo stato di benessere dell’individuo. Troppo spesso, in caso di indisposizione psico-fisica , si tende infatti a sottovalutare la responsabilità delle condizioni ambientali interne, che impattano invece in maniera considerevole su rendimento e umore, influenzando, soprattutto nei bambini, la “voglia di andare a scuola”, che conduce può spesso provocare assenteismo. Nella tabella sono presentati i principali parametri ambientali da considerare nei diversi casi, oltre che i valori standard richiesti dalla normativa e le ricadute sull’apprendimento.

3.3 LA QUALITÀ DELL’ARIA NELLE SCUOLE - IAQ Nei Paesi Europei i bambini trascorrono nelle aule scolastiche circa un terzo della loro giornata. Il numero degli studenti freGrafico permanenza edifici delle persone quentanti le scuole primarie e secondarie si aggira attorno alle 71 milioni di unità, mentre sono quasi 4,5 milioni gli insegnanti: complessivamente si tratta di circa il 20% della popolazione totale.

60%

Enviromental Protection Agency Percentuale del tempo trascorso dagli individui all’interno e all’esterno degli edifici

30%

in altri edifici in casa all’aperto trasporti

I numeri che riguardano l’Italia sono altrettanto importanti, si parla infatti di una frequentazione che va dalle 4 alle 8 ore gior-

naliere per almeno 10 anni di vita, stimando un gruppo di circa 10 milioni di persone, pari al 15% della popolazione, fra alunni e docenti. La grandezza di questi numeri fa capire l’entità delle persone coinvolte e la conseguente importanza di garantire loro degli adeguati standard di qualità degli ambienti indoor [IAQ] , considerata l’incidenza che esso ha sulle prestazioni ma soprattutto sulla salute. La qualità dell’aria che respiriamo è infatti un fattore determiProgetto EFA [European Federation of Allergy and Airways Diseases Patients Associations] Indoor Air Pollution in Schools 2001

nante per il benessere personale, nonostante sia molto spesso trascurata in quanto poco tangibile nel breve periodo. Un’aria di qualità scadente in ambienti popolati da bambini, in età quindi molto sensibile agli inquinanti, può determinare seri problemi sanitari, come ad esempio l’asma, associata a fattori tra cui l’umidità, le muffe, i composti organici volatili (COV), la formaldeide, gli allergeni e i batteri. La presenza di inquinamento biologico può inoltre favorire la trasmissione di malattie infettive a carattere epidemico delle alte e basse vie aeree.

3.3.1 GLI INQUINANTI Diversi progetti, tra cui il progetto HESE (2004-2005) e il progetto SINPHONIE (2011-2012), sono stati svolti con l’obiettivo di misurare e definire i principali e più dannosi inquinanti presenti nelle scuole, dimostrando che le aule scolastiche soffrono di un’aria piuttosto scadente. Dai rilievi svolti sono stati individuati i maggiori inquinanti fisici e chimici presenti nell’aria, dei quali si riporta in seguito una breve descrizione.

PM10 e PM2,5

Con i quali si indicano le cosiddette “polveri sottili” (Particulate Matter), particelle solide e liquide differenti per dimensione (10 o 2,5 millesimi di micron), origine, composizione o proprietà. Le dimensioni estremamente ridotte permettono all’inquinante di penetrare nei polmoni e danneggiare l’apparato respiratorio.

Aldeidi Si tratta di formaldeide e acetaldeide, composti organici presenti in diversi prodotti utilizzati prevalentemente nei materiali d’arredo.

BTEX Sono gas presenti nei gas di scarico ma anche nei prodotti di uso domestico e didattico. L’acronimo indica benzene, toluene, etilbenzene e xilene.

Radon Si tratta di un gas nobile naturale radioattivo presente ovunque, che può diventare rischioso in luoghi chiusi, dove può raggiungere concentrazioni elevate.

CO2

Il diossido di carbonio, più comunemente noto come anidride carbonica, è una sostanza generata, tra le altre cose, dall’organismo umano, tramite il metabolismo. Trattandosi di un gas prodotto dal corpo umano nel naturale processo respiratorio, è sempre presente, con maggiori o minori concentrazioni a seconda dell’affollamento dello spazio. Come sarà approfondito nei paragrafi seguenti, è bene notare che i livelli di anidride carbonica non rappresentino un problema in sè, se non per alcuni aspetti, ma si utilizza questo parametro come indicatore della qualità generale dell’aria, essendo il più facile ed economico da rilevare con le strumentazioni attuali. Questa ricerca si concentrerà su questo inquinante, studiandone le conseguenze, misurandone la concentrazione e proponendo sistemi per la corretta espulsione. I risultati del progetto SINPHONIE, in cui sono stati monitorati i parametri ambientali di 114 scuole primarie in 23 paesi europei, riportano dati allarmanti riguardo i livelli di inquinamento presenti nelle aule. Di seguito si riporta un riassunto di tali dati: • Il

13% degli scolari è risultato esposto a PM2.5 a concentra-

zioni superiori a 25 µg/m3 (valori guida OMS media nelle 24 h.), e più dell’85% a concentrazioni superiori a 10 µg/m3 (valori guida OMS valore medio annuo);

Schools Indoor Pollution and Health Observatory Network in Europe Executive Summary of the Final Report 2014

• Il

50% degli scolari è risultato esposto a radon a un livello

superiore a 100 Bq/m3 (riferimento nazionale residenziale proposto dall’OMS nel 2010 al fine di gestire l’eccesso di rischio lifetime per cancro ai polmoni indotto da radon); • Circa

il 25% degli scolari è risultato esposto a concentrazioni

di benzene a scuola superiori a 5 µg/m3 (direttiva sulla qualità dell’aria 2008/50/CE), il valore guida per la gestione dell’eccesso di rischio durante la durata della vita per leucemia; • Più

del 60% dei bambini è stato esposto a formaldeide a

scuola a concentrazioni superiori a 10 µg/m3 (valore proposto dall’Agenzia Francese per l’Ambiente e la Salute sul Lavoro, AFSSET); • I livelli di CO2 (media e mediana) erano superiori a 1000 ppm

nelle scuole sia elementari sia materne. Il Cluster 1 (Nord Europa) e il Cluster 2 (Europa occidentale) hanno presentato la più alta percentuale di aule con bassi livelli di CO2 (<1000 ppm), mentre il Cluster 3 (Europa centrale e orientale) e il Cluster 4 (Sud Europa) hanno percentuali più elevate di aule con i livelli di CO2 superiori a 1500 ppm, che possono ridurre la qualità delle prestazioni di apprendimento dei bambini in queste regioni.

3.3.2 IMPLICAZIONI SULLA SALUTE Gli effetti sulla salute di questi inquinanti sono tra i più vari e interessano in particolar modo l’apparato respiratorio provocando riniti allergiche, tosse o altre patologie nasali croniche, asma o eczemi. Queste patologie sono state nel tempo attribuite al fenomeno del “Sick Building Sindrome” (SBS), un quadro sintomatologico ben definito che insorge dopo alcune ore di permanenza in un edificio con una bassa qualità dell’aria. La tabella riporta gli esiti di svariati studi che correlano l’esposizione a determinati agenti inquinanti a possibili insorgenze di problemi fisici e malattie. Il miglioramento della qualità dell’aria, seppur non sia sufficiente ad evitare l’insorgere di malattie respiratorie o allergiche,

200 000 ppm

concentrazione mortale per l’uomo

100 000 ppm

stato di incoscienza [spegnimento di una candela]

50 000 ppm

mal di testa, problemi alla vista [concentrazione di espirazione dell’uomo]

30 000 ppm

leggermente intossicante, aumenta la frequenza cardiaca; nausea

5000 ppm

concentrazione massima permessa in un periodo lavorativo di 8 ore

2500 ppm

primi effetti negativi sulla salute

2000 ppm

valore limite dal punto di vista igienico necessità di intervento

1400 ppm

primi effetti negativi sul rendimento

1000 ppm

bassa qualità dell’aria interna sensazione di aria viziata [ASHRAE/OSHA standards]

350 ppm

condizioni dell’aria esterna

Effetti del diossido di carbonio sul corpo umano

contribuisce notevolmente ad attenuarne i sintomi e limitarne l’aggravamento, elevando il benessere e la qualità della vita delle persone che frequentano quell’ambiente. L’importanza della questione è sottolineata da un rapporto dell’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) del quale si cita un estratto: Rapporto tecnico OMS n. 870 Ginevra, 1997

“

Una scuola che promuove salute può essere descritta come una scuola che rafforza costantemente la sua capacità di essere un setting salutare in cui vivere, imparare e lavorare. [...] Rispetto a questo obiettivo, una scuola che promuove salute coinvolge funzionari della salute e dell’istruzione,insegnanti, studenti, genitori ed i leader della comunità nel tentativo di promuovere la salute. Essa promuove la salute e l’apprendimento con tutte le misure a sua disposizione, e lotta per fornire ambienti favorevoli alla salute e una vasta gamma di programmi e servizi per l’educazione e la promozione della salute nelle scuole.

Anche a livello nazionale si è da tempo recepita la centralità del G.U. del 27 novembre 2001, n. 276 S.G., S.O. n. 252

problema: il Ministero della Salute, attraverso la “Commissione Indoor” istituita l’8 aprile 1998, ha definito le “Linee guida per la tutela e la promozione della salute negli ambienti confinati”, con le quali si mirra a garantire ambienti di vita sani e a tutelare la salute delle fasce di popolazione più vulnerabili, quali bambini e adolescenti. Il quadro delineato dimostra come gli ambienti scolastici presentino gravi problemi di tipo igienico-sanitario, causati da edifici costruiti senza aver considerato adeguatamente la questione, da carenza di manutenzione e problemi correlati al cattivo condizionamento dell’aria. Il ricambio e il ricircolo dell’aria nelle aule è infatti molto spesso delegato soltanto all’apertura manuale delle finestre, operazione senz’altro importante ma che non riesce a garantire il mantenimento di determinati livelli di qualità dell’aria, avvenendo in maniera spontanea, tardiva e talvolta per più del tempo necessario, causando importanti perdite dal punto di vista energetico.

Lo studio di sistemi di ventilazione che riescano a garantire adeguati standard qualitativi, senza però incidere sul bilancio energetico né sul comfort termico degli occupanti, risulta quindi necessario, intervenendo su strutture scolastiche per la maggior parte inadeguate e obsolete.

3.4 L’ANIDRIDE CARBONICA NELLE AULE Il diossido di carbonio, più comunemente noto come “anidride carbonica”, è una molecola prodotta dal corpo umano durante i naturali processi respiratori. La concentrazione di questo gas è quindi fortemente legata all’occupazione umana dell’ambiente e al ricambio d’aria dello stesso. Attualmente nel nostro Paese non sono presenti normative che limitano il valori di CO2 all’interno degli edifici, tuttavia una

classificazione della qualità dell’aria interna si trova all’interno della normativa UNI EN 16798:2019, che propone:

• <

400 ppm - qualità aria interna eccellente

• 400

- 600 - qualità aria interna media

• 600

- 1000 - qualità aria interna moderata

• >1000

- qualità aria interna bassa. Livelli di concentrazione di diossido di carbonio in un’aula Schibuola et al., 2016

Indicazioni più dettagliate sono fornite dalle linee guida Building Bulletin 101 del Regno Unito, che forniscono valori limite relativamente agli ambienti scolastici che si riportano in seguito:

BB 101: Guidelines on ventilation, thermal comfort, and indoor air quality in schools UK, 2018

• Per

edifici con ventilazione meccanica: <1000 ppm; non su-

periore ai 1500 ppm per più di 20 minuti al giorno; • Per

edifici con ventilazione naturale: <1500 ppm; non supe-

riore ai 2000 ppm per più di 20 minuti al giorno; Schibuola et al. Natural ventilation level assessment in a school building by CO2 concentrations measures, 2016

Alcuni studi hanno dimostrato che i livelli di CO2 all’interno del-

le aule scolastiche sono molto elevati, talvolta superano addirittura i 4000 ppm. In questa ricerca si è voluto focalizzare l’attenzione sulla concentrazione di CO2 nelle aule scolastiche, non soltanto perché

si tratta come detto di un gas prodotto dal corpo umano e quindi presente in ogni contesto, ma anche perché molti studi di settore correlano la presenza di anidride carbonica a elevate concentrazioni, a quella di tutti gli altri inquinanti elencati in precedenza. Seppur quindi si tratti di un inquinante non particolarmente pericoloso per la salute, ma che come vedremo incide molto sui livelli di performance, la sua concentrazione è direttamente proporzionale a quella di sostanze ben più pericolose, che è necessario espellere dall’ambiente tramite adeguati ricambi d’aria. L’anidride carbonica può infatti essere considerata a tutti gli effetti un indicatore della qualità dell’aria a livello generale. La forte correlazione tra i livelli di diossido di carbonio e gli altri ANSES Concentrations de CO2 dans l’air intérieur et effets sur la santé 2013

inquinanti dell’aria (in particolare la formaldeide, l’acetaldeide e le polveri sottili) è stata ampiamente analizzata in uno studio francese tramite l’indice statistico di Pearson, in cui sono state analizzati diversi dati monitorati all’interno delle aule. La presenza di persone in un locale è in grado di innalzare notevolmente la concentrazione di CO2, rispetto ai valori dell’aria

esterna. Come spesso accade la bassa qualità dell’aria in un locale non viene direttamente percepita dall’interno, bensì da chi vi entra, percependo dunque la differenza con l’aria esterna e avendo la sensazione di “aria viziata”. Diversi studi hanno dimostrato che se il livello di anidride carbonica è superiore di 500 ppm al valore dell’aria esterna (nel locale ammonterà

Punteggi delle funzioni cognitive per dominio e partecipante, in relazione al livello di CO2 Allen et al., 2012

quindi a circa 900 ppm), il 20% delle persone che entrano nel locale risulteranno insoddisfatte, percentuale che si alza al 30% per un valore di 1200 ppm nel locale. Come accennato in precedenza, alti livelli di CO2 all’interno

di uno spazio chiuso possono portare a un notevole abbassamento delle funzioni cognitive, incidendo sulla concentrazione e le sensazioni di sonnolenza.

J. G. Allen et al. Associations of Cognitive Function Scores with Carbon Dioxide, Ventilation, and Volatile Organic Compound Exposures in Office Workers: A Controlled Exposure Study of Green and Conventional Office Environments 2012

Diversi studi, tra cui Allen et al., hanno dimostrato la correlazione tra la CO2 e le prestazioni psicofisiche. La ricerca citata

ha monitorato e valutato il lavoro di 24 persone per sei giorni, ponendoli ogni giorni in ambienti a differenti livelli di anidride carbonica. I risultati hanno mostrato come le performance medie negli ambienti a minor concentrazione di CO2 fossero mi-

gliori del 62% (differenza media di circa 200ppm) e del 101%

(differenza media di circa 500 ppm) rispetto a quelli di un simulato “edificio convenzionale” (900-1000ppm). Dai grafici si può notare facilmente il calo di rendimento, in particolare per quanto riguarda le attività che richiedono una concentrazione maggiore, come ad esempio quelle strategiche, l’uso delle informazioni, la risposta alle crisi. P. Wargocki et al., The relationships between classroom air quality and children’s performance in school 2019

Diverse ricerche hanno inoltre messo in relazione la qualità dell’aria delle aule scolastiche, considerando la concentrazione di CO2 come parametro di riferimento, con le performance

cognitive degli studenti. Si è studiato in particolare uno studio che ha analizzato l’intera bibliografia a riguardo, analizzando i dati relativi a più di 760 scuole, 200 aule e circa 15000 studenti. Le concentrazioni di CO2 misurate oscillano tra i 600 ppm, valore che indica un’ottima qualità dell’aria, e i 4300 ppm, un

livello decisamente non accettabile, che può portare anche a conseguenze sulla salute. I risultati hanno dimostrato che riducendo la concentrazione da 2300 ppm a 900 ppm, si aumenti la capacità di apprendimento del 5%. Inoltre, riducendo la CO2 da 4100 ppm a 1000 ppm, si è misurata una diminuzione di assenteismo per malattia degli

studenti del 2,5%. Questi numeri hanno portato a determinare che, aumentando la ventilazione della classe da 2 a 10 litri al

secondo per alunno, possa incrementare significativamente le performance. Lo studio fa notare inoltre che una cattiva qualità dell’aria, oltre a incidere sull’apprendimento degli alunni, abbia rilevanti conseguenze socio-economiche: aumentando lo stress dei genitori, costretti a casa per occuparsi dei figli malati, ma anche e soprattutto sulla qualità dell’insegnamento, che risulta ridotta per effetti primari, quelli della CO2 sugli insegnanti stessi, e

secondari, aumentando la difficoltà nell’istruire alunni con un basso livello di concentrazione.

3.5 LA VENTILAZIONE DELLE AULE Le ricerche prese in esame evidenziano dunque la necessità di un tasso di ricambio d’aria costante e sufficientemente elevato, per riuscire a mantenere livelli di qualità dell’aria adeguati e conseguentemente un ambiente sano e ottimale per la didattica e l’apprendimento. Nella maggior parte delle scuole italiane questa operazione è molto spesso unicamente delegata agli utenti: la ventilazione avviene infatti tramite l’apertura manuale delle finestre, nella maggior parte dei casi a causa della mancanza di un sistema meccanico o per l’eccessivo consumo energetico dello stesso. Questa pratica risulta, come accennato in precedenza, spesso non adeguata alle necessità e, soprattutto nelle stagioni invernali determina spesso un eccessiva dispersione di calore, che si ripercuote, anche in questo caso, sui consumi. Una valida strategia da seguire per garantire un corretto ricambio d’aria ed evitare dispendi energetici troppo elevati legati all’apertura arbitraria delle finestre da parte degli utenti è data dalla ventilazione meccanica controllata. In questo lavoro di tesi si è però deciso di orientarsi verso una direzione completamente “sostenibile”, ovvero quella della ventilazione naturale, che sfrutta i gradienti di pressione che si generano naturalmente in un organismo edilizio, per ottenere i

movimenti dell’aria. Questa strategia è quindi totalmente naturale, ma richiede tuttavia determinati accorgimenti progettuali che riescano a favorire determinati flussi. Nel capitolo dedicato al progetto saranno ampiamente approfonditi i meccanismi, le tecnologie costruttive e le proprietà fisiche che determinano il movimento dell’aria nell’ambito di un sistema di ventilazione naturale.

3.6 IL QUADRO NORMATIVO I valori che determinano la qualità dell’aria, secondo quanto riporta la normativa in materia, si dividono in: • Valori limite: indicano, per ogni sostanza, la quantità massima

accettabile; • Valori

guida: indicano, per ogni sostanza, la quantità massi-

ma desiderabile; ovvero i livelli che permettono la prevenzione a lungo termine in riferimento alla salute umana e alla protezione dell’ambiente. Queste indicazioni derivano però dalle disposizioni in materia di qualità dell’aria atmosferica. In Italia infatti, non si dispone ancora, alla data di redazione di questa tesi, di una normativa per gli ambienti confinati, che definisca con chiarezza gli aspetti relativi alla qualità dell’aria interna. Attualmente a livello nazionale si può infatti fare riferimento soltanto alle “Linee-guida per la tutela e la promozione della salute negli ambienti confinati” del 2001, documento nel quale si raccomanda infine l’emanazione di una normativa che definisca i valori guida di IAQ e gli standard di ventilazione per i diversi ambienti. Altre indicazioni derivano dalle linee guida a livello europeo stilate dal grippo di lavoro Sinphonie (Inquinamento Scolastico Indoor e Salute - Osservatorio Europeo) nel 2014 “Linee guida per un ambiente scolastico sano in Europa”, in cui è presenta-

ta una panoramica degli inquinanti e sono forniti i criteri per l’implementazione di tali linee guida nelle singole legislazioni nazionali. Di seguito si riporta quindi una serie di normative in materia di qualità dell’aria interna, facendo riferimento a documenti di comprovata validità, considerato il vuoto legislativo a livello nazionale. • ASHRAE Standard 62.1-2019 - Ventilation for Acceptable IAQ; • BB 101: Guidelines on ventilation, thermal comfort, and indo-

or air quality in schools (Regno Unito); • UNI

EN 16798-1:2019 - Ventilazione per gli edifici - Parte 1:

Parametri di ingresso dell’ambiente interno per la progettazione e la valutazione della prestazione energetica degli edifici in relazione alla qualità dell’aria interna, all’ambiente termico, all’illuminazione e all’acustica. Si riporta inoltre un riferimento per quanto riguarda il monitoraggio dell’aria in ambienti confinati, operazione che sarà trattata nell’ambito di questo lavoro di tesi: • UNI

EN ISO 16000-26:2012 - Aria in ambienti confinati - Par-

te 26: Strategia di campionamento per l’anidride carbonica (CO2).

3.7 BIBLIOGRAFIA • Allen

J.G. et al., Associations of Cognitive Function Scores

with Carbon Dioxide, Ventilation, and Volatile Organic Compound Exposures in Office Workers: A Controlled Exposure Study of Green and Conventional Office Environments, in “Environmental Health Perspectives”, n. 124, 2015

• Bluyssen

P., The Healty Indoor Enviroment. How to asses oc-

cupants’ wellbeing in buildings, Londra, Routledge, 2014

• Schibuola

et al,, Natural ventilation level assessment in a

school building by CO2 concentration measures, in “Energy

Procedia”, n. 101, 2016

• Tagliabue

L.C., Villa V., Il BIM per le scuole. Analisi del patri-

• Wargocki

P. et al., The relationships between classroom air

monio scolastico e strategie di intervento, Milano, Hoepli, 2017 quality and children’s performance in school, in “Building and Enviroment”, n. 173, 2020 • Kephalopoul

et al. (Sinphonie Group, EU), Linee guida per

un ambiente scolastico sano in Europa, Lussemburgo, 2014

• ANSES,

Concentrations de CO2 dans l’air intérieur et effets

sul la santé, 2013

• Clivet

SPA, La qualità dell’aria nelle scuole, 2017

• GARD-Italy

(Global alliance against chronic respiratory di-

seases in Italy), La qualità dell’aria nelle scuole e rischi per le malattie respiratorie e allergiche. Quadro conoscitivo sulla situazione italiana e strategie di prevenzione, 2013

• UFSP,

Pianificare la ventilazione nella progettazione di nuovi

edifici scolastici e nel risanamento di quelli esistenti. Informazioni e raccomandazioni per i committenti, 2019

CAPITOLO

Ventilazione naturale degli edifici Nel presente capitolo si introducono i principi fisici che rendono possibile la ventilazione naturale degli edifici. Successivamente si analizzano le principali strategie progettuali che favoriscono tale pratica, con unâ&#x20AC;&#x2122;attenzione particolare agli aspetti che caratterizzano la ventilazione degli ambienti scolastici.

4.1 LA VENTILAZIONE DEGLI AMBIENTI COSTRUITI Nei capitoli precedenti sono stati descritti le diverse tipologie di comfort: termo-igrometrico, luminoso, acustico e della qualità dell’aria. La ventilazione di un edificio è una strategia chiave per il raggiungimento degli adeguati livelli di benessere, soprattutto per quel che concerne l’Indoor Air Quality e il comfort termico. Il grafico sottostante mostra però come tutti gli elementi che compongono la qualità ambientale siano tra loro connessi e creino spesso situazioni di conflitto. Building Bulletin 101 The Enviromental Circle 2018

Il diagramma mostra come la necessità di garantire un singolo aspetto del comfort provochi conseguenze dirette su altri, un esempio tra tutti è quello della qualità dell’aria, che, se ottenuto attraverso la ventilazione naturale, va ad inficiare il comfort termico, un problema può essere quello della generazione di correnti fredde, o quello acustico, in quanto l’apertura delle finestre implica il passaggio dei rumori dall’esterno. Una delle maggiori sfide per il progettista è dunque quella di garantire adeguati livelli di qualità, eliminando o riducendo il più possibile tali problematiche. La ventilazione di un ambiente può infatti essere vantaggiosa per il raggiungimento di una buona salubrità dell’aria, ma allo stesso tempo provocare considerevoli perdite nel bilancio

energetico o favorire il passaggio di rumori dall’esterno. Risulta quindi evidente come sia necessario trovare un giusto equilibrio tra le varie soluzioni, considerando i vantaggi e le problematiche che ciascuna può apportare. Le strategie di ventilazione sono diverse e nella scelta della più adeguata ad un determinato caso è necessario tenere conto di diversi fattori: • i

criteri di comfort che si intendono raggiungere

• la

conformazione dell’edificio

• la

tecnica costruttiva utilizzata

• l’orientamento • il

tasso di occupazione

• il

livello di rumore ambientale esterno

• la

possibile presenza di inquinanti all’esterno

• i

sistemi di riscaldamento/raffrescamento

• i

possibili inquinanti prodotti internamente

• l’apporto

solare atteso.

Una volta chiare tutte queste questioni è necessario scegliere quale tra le strategie di ventilazione sia più appropriata. Queste si distinguono in base alle modalità di ricambio di aria: • Sistemi

di ventilazione naturale, che sfruttano soprattutto i

gradienti di pressione, quindi le stratificazioni di temperatura, che si formano naturalmente all’interno di un edificio e nei singoli spazi, in cui il movimento dell’aria avviene esclusivamente per l’effetto di principi naturali. La ventilazione naturale avviene inoltre attraverso i movimenti innescati dal vento proveniente dall’esterno. Essa viene utilizzata soprattutto in ambienti di altezze considerevoli, come ad esempio gli atrii degli edifici, in quanto sviluppano gradienti di temperatura maggiori. • Sistemi di ventilazione meccanica, in cui il movimento dell’aria

è realizzato tramite ventilatori che richiedono, almeno parzialmente, una canalizzazione dei percorsi dell’aria, permettendone un’adeguata filtrazione. Possono funzionare per estrazione

(il ventilatore di estrazione aspira l’aria dai locali), per immisione (l’aria esterna viene immessa nei locali dal ventilatore di mandata) e per ventilazione bilanciata (l’impianto realizza sia l’immissione che l’estrazione dell’aria). Rispetto ai sistemi naturali è evidente come in questo caso sia necessaria una spesa energetica, che in alcuni casi può risultare considerevole. • Sistemi

di ventilazione ibrida, in cui si sfruttano i flussi na-

turali che, nei casi in cui le condizioni climatiche esterne non siano idonee a garantire portate adeguate, vengono assistiti da disposituivi meccanici. Il funzionamento di questi sistemi è possibile grazie a dispositivi di controllo elettronici in grado di “comprendere” in maniera automatica quando e in che misura si renda necessario il passaggio.

4.2 LA VENTILAZIONE NATURALE 4.2.1 PRINCIPI FISICI La ventilazione naturale negli edifici è governata principalmente dalla forza di gradiente che viene generata da differenze di pressione localizzate. Le correnti d’aria nell’edificio sono mosse dalle stesse forze di quelle a scala atmosferica, tuttavia la forza di gravità, la forza di Coriolis e la forza di gradiente possono essere ragionevolmente trascurate, mentre la forza di attrito viene valutata nel medesimo modo. Ne consegue che le differenze di pressione che generano i moti di ventilazione a livello architettonico sono riconducibili a cause termodinamiche o aerodinamiche.

Effetto termodinamico L’effetto termodinamico principale è assimilabile all’effetto della spinta idrostatica: un fluido meno denso (aria calda) galleggia su quello più denso; di conseguenza se ho una produzione di calore all’interno dell’edificio, si creerà un gradiente di temperatura che porterà l’aria interna a salire naturalmente. Ne consegue la formazione di un gradiente di pressione e di un asse neutro (p interna = p esterna) che rappresenta il limite

tra la zona di aspirazione dall’esterno (sopra asse) e quella di espulsione verso l’esterno (sotto asse).

Effetto aerodinamico La spinta del vento sull’edificio, genera una pressione sulla parete sopravento ed una depressione su quella sottovento: questa differenza di pressione, indotta dall’interazione aerodinamica degli edifici con il vento, può essere sfruttata per generare moti di ventilazione interni, attraverso un’opportuna disposizione delle aperture. In questo caso si parla di “ventilazione incrociata”. È possibile combinare gli effetti termodinamici a quello aerodinamici, andando a sommare la spinta idrostatica data dalla differenza di temperatura all’effetto di ventilazione incrociata. È utile dire che gli effetti termodinamici sono molto inferiori rispetto a quelli aerodinamici (da preferire); lo dimostra il fatto che il vapore che esce da una pentola d’acqua (con una differenza di temperatura quindi molto elevata, pari ad esempio ad 80°C), ha una velocità estremamente ridotta.

4.2.2 STRATEGIE DI VENTILAZIONE La ventilazione naturale, non prevedendo dispositivi impiantistici dedicati, necessita di accorgimenti architettonici e costruttivi appositamente studiati per favorire l’attivazione dei meccanismi fisici naturali visti in precedenza. Di seguito saranno analizzate le diverse soluzioni e strategie progettuali in tal senso.

Ventilazione incrociata Questo meccanismo si instaura, come visto in precedenza, a causa della differenza di pressione tra due facciate parallele di un edificio. Il flusso in questo caso è solitamente orizzontale ed è maggiore se avviene tra due lati opposti dell’edificio (sottovento e sopravento), ma può avvenire anche su un unico lato. L’efficacia della ventilazione incrociata è limitata ad una distanza di 15 metri dalla facciata o 5 volte l’altezza dello spazio.

Apertura per la ventilazione incrociata House at Riihitie (Helsinki) Alvar Aalto [1936]

Nella progettazione è necessario porre particolare attenzione alla tipologia di apertura, alla forma e alle dimensioni del serramento, che andrà opportunamente calcolato. La localizzazione delle aperture influisce sul percorso svolto dal flusso e dipende dall’obiettivo: ad esempio il flusso dovrà avvenire ad altezza uomo se si intende implementare un raffrescamento corporeo, mentre potrà avvenire nella parte superiore della stanza se si intende effettuare un ricambio d’aria. L’influenza della posizione delle aperture sui flussi indotti dalla ventilazione incrociata

La ventilazione avviene dunque attraverso l’apertura delle finestre, che può essere manuale, quindi affidata all’utenza, o automatica, governata da sensori che tengono conto dei livelli di temperatura, umidità e anidride carbonica presenti nell’ambiente. È bene ricordare che questa soluzione non permetta il recupero di calore, l’isolamento acustico e la filtrazione dell’aria. Tuttavia sempre più spesso si ricorre ad apposite bocchette per la ventilazione e non alle finestre, in modo da poter limitare queste problematiche. Questa strategia viene spesso combinata con altre, come per esempio il camino di ventilazione che vedremo in seguito, permettendo di amplificare gli effetti.

Camino di ventilazione L’effetto si verifica quando si crea una stratificazione in altezza dell’aria a diverse temperature. La ventilazione dipende dunque dalla differenza di temperatura tra il punto più basso e quello più alto della stratificazione d’aria. Maggiore è questa differenza, maggiore sarà la portata di ventilazione.

Al fine di ottenere dunque una ventilazione ottimale sarà necessario uno sviluppo elevato in altezza. Inoltre, per aumentare il gradiente di pressione, si ricorre spesso a posizionare delle pannellature vetrate orientate a sud nella parte alta del camino e una superficie assorbente all’interno, in modo che l’aria riscaldata per irraggiamento salga e richiami altra aria dall’interno dell’edificio. In questo caso il gradiente sarà maggiore laddove la differenza di quota fra l’aria scaldata dal sole e il punto d’uscita è maggiore. Il gradiente di pressione nel camino di ventilazione

Molto spesso l’effetto camino avviene negli ambienti dell’edificio a tutta altezza come ad esempio corridoio o atrii, che viene “connesso” agli spazi adiacenti tramite aperture o griglie, in modo da sfruttare il flusso dato dall’effetto aerodinamico. È necessario dunque seguire alcuni criteri al fine di progettare correttamente la ventilazione: • L’altezza

del “camino” deve estendersi oltre la copertura per

la corrispondente altezza di almeno un piano. Nel caso non sia possibile, l’ultimo piano deve essere sconnesso, per evitare un flusso contrario; • L’apertura

in sommità dell’atrio deve avere dimensioni pari

alla sommatoria di quelle degli spazi adiacenti, in modo da avere un contributo di flusso omogeneo da parte di tutti gli ambienti; • La

dimensione delle aperture tra le gli ambienti e l’atrio deve

essere maggiore ai piani più alti, in modo da evitare flussi inversi;

• La

distanza tra la facciata e la luce del camino non deve ecce-

dere di 5 volte l’altezza della stanza. BB 101/2018 Linee guida per il progetto di un atrio ventilato

Lo sfruttamento dell’effetto camino, combinato con quello della ventilazione incrociata, porta un grande miglioramento rispetto all’utilizzo della sola ventilazione incrociata. I periodi ottimali di funzionamento dei camini sono le “mezze stagioni” e la mattina e la sera dei periodi estivi. Nel resto del tempo i climi troppo caldi o troppo freddi limitano molto il funzionamento del sistema, sia per ragioni fisiche di funzionamento, che per il problema della dispersione energetica.

4.2.3 PROBLEMATICHE Come si è visto questi sistemi di ventilazione naturale implicano diverse conseguenze, che, soprattutto in edifici come quelli scolastici, possono causare importanti ricadute funzionali:

Disagio termico Un clima esterno molto freddo o molto caldo, può generare all’interno correnti d’aria molto fastidiose, che generano negli occupanti sensazioni di discomfort.

Disagio acustico Anche il passaggio di rumori rappresenta un limite, sia dall’esterno dell’edificio, sia dall’aula al corridoio che tra le diverse aule. Le fonti di disturbo possono infatti provenire dal traffico o dal cortile della scuola, ma anche a elementi interni alla scuola come l’utenza stessa, gli impianti di ventilazione o altri rumori

impiantistici. Questi disturbi possono intaccare in maniera importante la qualità delle lezioni e la capacità di apprendimento. In una scuola relativamente isolata, come nel caso studio in esame, il problema maggiore risulta essere però il passaggio del rumore tra gli ambienti interni derivante dalle aperture nelle pareti atte a favorire la ventilazione. Una corretta progettazione della ventilazione, che tenga conto anche dei problemi acustici, sono ben descritte nel Building Bulletin del Regno Unito.

Dispersione energetica L’ingresso e l’uscita dell’aria è molto poco controllabile, si rischia quindi, in alcune situazioni, di ottenere gravi perdite dal punto di vista energetico, sia nei periodi freddi che in quelli caldi.

Qualità dell’aria La mancanza di controllo sull’aria che entra nell’edificio si ripercuote anche sulla qualità dell’aria in ingresso: un’aria proveniente dall’esterno, se non adeguatamente filtrata, potrebbe essere inquinata e sortire quindi l’effetto opposto di quello desiderato. Il problema è maggiore in situazioni urbane ad alta densità o laddove siano presenti fonti di inquinamento nelle vicinanze.

Stagionalità degli effetti Come accennato in precedenza il funzionamento di determinati meccanismi fisici avviene solo in determinate circostanze; in alcuni condizioni infatti l’effetto desiderato non avviene o risulta estremamente ridotto.

4.2.4 VANTAGGI Le problematiche appena descritte, sono tuttavia una minima parte rispetto ai molteplici vantaggi che l’implementazione della ventilazione naturale può portare non solo nelle dinamiche interne dell’edificio, ma nell’intero ciclo vita.

Architetture “libere” La ventilazione naturale permette di minimizzare i sistemi impiantistici, riducendo al minimo tubazioni e griglie. Una delle

BB 93: Acoustic design of schools performance standards (pp. 16-21) UK, 2015

conseguenze è, oltre all’aspetto puramente estetico dato dalla maggior pulizia dei prospetti interni ed esterni, la possibilità di eliminare i sistemi di controsoffitto atti a schermare questi impianti, aumentando in modo considerevole le altezze degli ambienti interni.

Consumi energetici La riduzione degli impianti ha come diretta conseguenza l’abbassamento dei consumi energetici in quanto lo sfruttamento di effetti naturali per la ventilazione non necessita di energia. Anche nel caso in cui sia necessario implementare il sistema con apparecchiature, in questo caso si parla di “ventilazione ibrida” che sarà approfondita in seguito, i consumi rimangono comunque molto inferiori rispetto alle più moderne tecnologie di ventilazione meccaniche.

Sfruttamento degli spazi Un sistema impiantistico per la ventilazione meccanica occupa circa il 6,5% dell’area di ogni piano dell’edificio, dato che, comparato con il solo 0,2% dei sistemi a ventilazione naturale, fa capire come sia possibile sfruttare molto di più lo spazio.

Basse emissioni Utilizzando sistemi di ventilazione naturale è possibile diminuire le emissioni di CO2 nell’atmosfera dal 24-71% rispetto ai sistemi meccanici.

Comfort degli utenti La ventilazione naturale può essere certamente automatizzata mediante sistemi moderni informatici ma può allo stesso tempo essere governata dagli occupanti. Questi ultimi hanno infatti un controllo molto più tangibile sull’apertura o la chiusura delle finestre rispetto ai sistemi meccanici centralizzati: ciò implica una percezione di comfort molto maggiore negli edifici a ventilazione naturale rispetto a quelli a ventilazione meccanica: R. T. Hellwig et al., Thermal Comfort in Natural Ventilation vs. Air Conditioning, 2006

una ricerca riporta infatti una percentuale del 77% dei soddisfatti nel primo caso e del 50% nel secondo.

Manutenzione minima I sistemi di ventilazione meccanica sono per loro natura soggetti a malfunzionamenti e obsolescenza nel tempo. In questi

casi, una mancata manutenzione e pulizia costante degli impianti può portare a gravi conseguenze non soltanto dal punto di vista del rendimento, ma anche sulla salute degli occupanti, che possono respirare aria immessa attraverso filtri inquinati. La natura architettonica della ventilazione naturale implica una riduzione ai minimi termini della manutenzione, seppur rimanga comunque un aspetto fondamentale per un corretto funzionamento.

S. Batterman et al., Ventilation rates in recently constructed U.S. School Classrooms, 2017

Ambienti più salubri Gli studi dimostrano che gli occupanti di edifici con ventilazione naturale hanno meno sintomi correlati alla cosiddetta sick building syndrome, come mal di testa e irritazione agli occhi. Anche le spese sanitarie per gli occupanti sono ridotte di circa lo 0,8 - 1,3%, riducendo al contempo le malattie respiratorie, come l’asma e le allergie, fino al 90%. Alcuni studi riportano inoltre che si riduca l’assenteismo fino al 7%.

4.3 LA VENTILAZIONE IBRIDA I problemi elencati indicano che, nonostante la ventilazione naturale si sia molto evoluta nel corso degli ultimi anni dal punto di vista del controllo dei consumi, del comfort e della qualità dell’aria, questa presenti ancora diverse lacune. Tali problematiche hanno spesso indotto i progettisti a preferire soluzioni meccaniche e impiantistiche, a discapito però della sostenibilità ambientale. Un compromesso tra le due modalità è appunto l’utilizzo di un sistema ibrido, che sfrutti, quando possibile, i movimenti d’aria naturali, e sopperisca mediante tecnologie meccaniche quando le condizioni ambientali esterne lo rendano necessario. Lo sviluppo della ventilazione ibrida ha subito una grande spinta negli ultimi anni, soprattutto grazie all’avanzare dei sistemi informatizzati che permettessero, mediante il costante monitoraggio dei parametri ambientali interni ed esterni, di variare la modalità di ventilazione in maniera automatica ed autonoma, a seconda della stagione o addirittura di una singola giornata.

Hummelgaard et al., Indoor Air Quality and Occupant Satisfaction in five mechanically and four Naturally Ventilated Open-plan Office Buildings Proceedings, 2007

In questo modo il funzionamento “attivo” è governato da un sistema operativo dell’edificio che riceve ed elabora una grande quantità di dati e “decide” quale sia la soluzione più appropriata in “quel” momento, per “quelle” condizioni al contorno. La ventilazione ibrida combina quindi quella naturale con quella meccanica, portando con se molteplici vantaggi: la probabilità di maggiore comfort da parte dell’utenza, un ridotto impatto ambientale, una maggiore flessibilità e adattabilità del sistema. Tale sistema garantisce quindi elevati standard qualitativi degli ambienti e significative riduzioni nei consumi energetici, ottimizzando il comfort termico, la buona qualità dell’aria, l’utilizzo di energia e l’impatto ambientale. La ventilazione di tipo ibrido fa spesso ricorso all’utilizzo di ventole o estrattori, di piccole dimensioni e a basso consumo energetico, che, mettendo in movimento l’aria innescano dei moti convettivi, riuscendo così a favorire i meccanismi e gli effetti naturali. Questo sistema presenta tuttavia degli accorgimenti necessari, comuni a quelli della ventilazione meccanica: è infatti necessario provvedere ad una costante e accurata manutenzione degli apparecchi di condizionamento dell’aria, in modo da evitare malfunzionamenti, quindi perdita di efficienza, ma anche l’ottenimento di effetti non voluti, come ad esempio l’immissione di aria inquinata causata da una mancata pulizia dei filtri.

4.4 SPECIFICHE PER GLI EDIFICI SCOLASTICI Uno dei maggiori problemi negli edifici scolastici è proprio, come scritto nei capitoli precedenti, la cattiva qualità dell’aria presente nelle aule. Per comprendere quali sono i criteri progettuali più appropriati per questo tipo di strutture, si è optato di fare riferimento principalmente a due testi chiave in tal senso che forniscono delle linee guida progettuali per il progetto della ventilazione naturale all’interno degli edifici scolastici:

• Building

Bulletine 101: Guidelines on ventilation, thermal

comfort, and indoor air quality in schools (Educational & Skills Funding Agency, Regno Unito, 2017) • User

Manual for Passive House School Buildings (EU-Project

EnercitEE, Department for Urban Development and Construction, 2012). È importante sottolineare come, nonostante le normative indichino i livelli massimi accettabili di diossido di carbonio, la pratica corretta dovrebbe essere quella di basare tali limiti in base agli obiettivi di salute, comfort ed educativi degli studenti e dei lavoratori del settore. Nella maggior parte dei casi la ventilazione nelle classi avviene tramite la semplice apertura delle finestre, tuttavia questo sistema risulta spesso non sufficiente per garantire un’adeguata qualità dell’aria. Nel caso si sfrutti la ventilazione incrociata si raccomanda un dimensionamento delle aperture di almeno 0,1 m2 per utente, mentre negli altri casi è necessario aumentare il valore a 0,3 m2 per utente. I sistemi di ventilazione devono essere attivati prima dell’inizio delle lezioni in modo da eliminare dall’ambiente da contaminanti e polveri che possono essersi accumulate durante il periodo di chiusura notturno e deve rimanere attivo per tutto il periodo di occupazione. I meccanismi, nel caso di sistemi automatizzati, possono funzionare ad orari programmati o tramite sensori di presenza. Nell’appendice A sono stati raccolti degli esempi di scuole che hanno implementato la ventilazione naturale, o ibrida. Si è scelto di analizzare casi che potessero essere similari alla scuola oggetto di questa tesi, dal punto di vista delle dimensioni, della tipologia e dell’area geografica, essendo il clima dell’ambiente esterno un fattore molto impattante sui meccanismi di ventilazione naturale degli edifici. Dalla ricerca svolta si nota come la maggior parte degli edifici siano situati nel nord Europa e nel Regno Unito, un fattore che non è tuttavia da imputare soltanto alla posizione geografi-

ca, bensì anche a politiche che favoriscono, anche economicamente, lo sviluppo di queste strategie. La maggior parte degli esempi è comunque situato in zone che presentano il medesimo clima dell’area di Trento, caratteristica che indica la possibilità di ottenere risultati soddisfacenti anche in questa regione. L’indicazione dell’area climatica presentata nelle schede è puramente indicativa e si basa sulla classificazione dei climi di Köppen (1918) Un altro fattore emerso è che diverse aziende considerabili leader mondiali nella progettazione e nella ricerca su sistemi di ventilazione naturale, hanno la loro sede in quell’area (Windowsmaster, Danimarca; Passivent e BreathingBuilding, Regno Unito). Si registra la difficoltà nel trovare esempi italiani (solo un caso analizzato): sono infatti molto rari i casi e, i pochi, sono difficilmente analizzabili in quanto progetti minori dei quali è difficile reperire materiali. Questo fa intuire una sensibilità su questo tema ancora molto bassa nel nostro Paese, da parte dei progettisti ma anche della politica: i molti esempi nel nord Europa sono infatti incentivati da contributi e progetti statali. È stato inserito inoltre il caso di una scuola superiore in Burkina Faso (Africa), nonostante le latitudini non comparabile a quelle europee), poichè si è ritenuto un caso molto interessante e particolare, utilizzabile come stimolo per future ricerche.

4.5 SOLUZIONI TECNOLOGICHE E IMPIANTISTICHE Di seguito si riportano alcune delle soluzioni adottate per risolvere o contrastare le problematiche elencate in precedenza; si tratta di soluzioni impiantistiche, da associare ai meccanismi naturali, ma anche di semplici accorgimenti tecnologici da implementare nel progetto.

Automazione dei sistemi Una corretta progettazione dell’edificio è dunque la base per riuscire ad ottenere il livello di ventilazione atteso. Tuttavia non

si tratta dell’unico fattore, è infatti molto importante il controllo, tramite dispositivi elettronici ed informatici, dell’intero sistema. I sistemi automatizzati si basano sul monitoraggio e l’analisi dei dati ambientali per determinare in che modo far funzionare l’edificio, ad esempio decidendo di implementare la ventilazione naturale con quella meccanica. Esempio di funzionamento automatizzato del sistema di ventilazione tramite sensori di CO2

L’automazione riguarda anche l’apertura e la chiusura delle finestre (o delle bocchette di areazione) in modo da favorire l’ingresso d’aria. Altri sistemi sono invece di tipo semi-automatico, prevedendo apparecchi che segnalino all’utente come agire; questo per ridurre costi o per semplificare il sistema informatico. In qualsiasi caso è necessario comunque prevedere la possibilità di apertura manuale, sia per questioni di sicurezza sia per motivi di comfort, in caso di condizioni eccezionali. Questi sistemi possono essere più o meno avanzati, a seconda delle necessità del committente: dal monitoraggio dei parametri ambientali “base” (temperatura, livelli di CO2, umidità

relativa, temperatura esterna, velocità del vento), fino a sistemi più complessi che tengono conto di molti più fattori, come ad esempio la verifica del comfort dei singoli occupanti mediante un’applicazione sullo smartphone. Nella maggior parte dei casi a queste strutture informatiche è affidato anche il controllo dei sistemi illuminazione e ombreggiamento e di riscaldamento. I sistemi di monitoraggio e controllo di questo tipo hanno costi iniziali piuttosto elevati, tuttavia gli studi hanno dimostrato che possono portare un risparmio energetico tra il 10-28% nel

S. Chen et al. A review of internal and external influencing factors on energy efficiency design of buildings 2019

riscaldamento, condizionamento e ventilazione, e tra il 43-71% nella gestione dell’illuminazione.

Diffursori a dislocamento Questo tipo di apparecchio viene utilizzato per generare la cosiddetta “ventilazione a dislocamento” (DV, displacement ventilation), che sfrutta, come nel caso del camino, la generazione di gradienti di temperatura, ma in modo meccanico. La strategia prevede l’immissione di aria fresca a velocità ridotte a livello del pavimento e generando di conseguenza una stratificazione; in questo modo l’aria presente all’interno dell’ambiente si muoverà verso l’alto e sarà espulsa tramite bocchette o aspirata meccanicamente. Funzionamento della ventilazione a dislocamento: a differenza dei sistemi tradizionali l’aria viziata sale verso l’alto

La ventilazione a dislocamento è stato dimostrato essere molto efficace rispetto ai tradizionali sistemi di ventilazione, soprattutto per quanto riguarda il mantenimento di una buona qualità dell’aria. Questa tecnica è inoltre meno esigente per quanto riguarda il consumo energetico: rispetto ai tradizionali sistemi l’aria immessa può essere infatti maggiore di 4-5°C. In alcune circostanze è possibile anche ottenere una ventilazione a dislocamento “naturale”, immettendo cioè negli ambienti l’aria prelevata da spazi a temperature inferiori, come ad esempio quelli interrati. In questo modo è possibile ridurre notevolmente il dispendio di energia, non essendo necessario raffreddare l’aria in immissione; tuttavia tale sistema risulta complesso e possono insorgere altre problematiche. È dunque possibile, tramite questo sistema, garantire un movimento dell’aria adeguato dall’aula verso la zona dell’atrio an-

che nei periodi in cui le condizioni esterne rendano inopportuna l’apertura delle finestre.

Recuperatori di calore Questo sistema mira a risolvere i problemi acustici e quelli di inefficienza energetica, soprattutto durante la stagione invernale. Schematizzazione di un recuperatore di calore

In genere l’aria a bassa temperatura prelevata dall’esterno viene fatta passare attraverso dei radiatori o delle batterie di riscaldamento, in modo da evitare la formazione di correnti d’aria fredda. Questo sistema, che prevede l’utilizzo di uno scambiatore d’aria con recuperatore di calore, è dotato di ventilatori che provvedono all’espulsione e all’immissione dell’aria nell’ambiente, riuscendo però a recuperare parte del calore presente nell’aria in uscita e trasferirlo a quello in entrata, minimizzando in questo modo i consumi. Solitamente tali apparecchi prevedono internamente l’utilizzo di materiali fonoassorbenti in modo da limitare il passaggio di rumori tra ambienti.

Abbattitori acustici Il problema acustico per i rumori provenienti dall’esterno viene nella maggior parte dei casi risolto utilizzando delle apposite griglie di ventilazione al posto delle finestre. Questo sistema è utilizzato anche per isolare acusticamente l’aula dagli altri spazi dell’edificio: si utilizzano infatti degli elementi che permettono il passaggio dell’aria ma limitano notevolmente quello dei rumori, mediante un rivestimento di materiali fonoassorbenti.

Questi elementi vengono posizionati nella parte alta della parete, permettendo il passaggio dell’aria e favorendo quindi la ventilazione incrociata. Possono essere posizionati direttamente nella parete o nascosti nel controsoffitto. Esempio di pila di ventilazione con sistema di abbattimento acustico (Passivent Soundscoop)

Alcune soluzioni prevedono anche l’inserimento di una piccola ventola meccanica all’interno del blocco, che aumenti il flusso di aria nei momenti in cui gli effetti naturali non siano sufficienti.

4.6 BIBLIOGRAFIA • B. Mario, L’architettura del vento: soluzioni tecnologiche per il

raffrescamento passivo, CLEAN, 1997 • M.

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lation. An architect’s guide, Routledge, 2015

• BB

101: Guidelines on ventilation, thermal comfort, and indo-

or air quality in schools (Regno Unito)

CAPITOLO

BIM: l’hub informativo dell’AEC In questo capitolo viene descritto il ruolo dell’informazione nel processo progettuale e operativo di un edificio: si analizzano i concetti principali della metodologia BIM per poi delinearli nel caso studio della scuola di Cognola. Infine si tenta di esplorare i possibili sviluppi futuri, focalizzando l’attenzione sul ruolo della Big Data Analysis nel settore delle costruzioni.

5.1 IL BUILDING INFORMATION MODELING Il BIM, acronimo di Building Information Modeling declinato anche in Building Information Management, a seconda se si rivolga l’attenzione più alla modellazione o alla gestione delle informazioni costruttive, è identificabile come una delle maggiori rivoluzioni di processo avvenuta nel mondo dell’Architecture Engineering and Construction (AEC), un settore da sempre molto statico e restio all’innovazione rispetto ad altri campi industriali. La forte spinta di rinnovamento è strettamente relazionata a due forti convinzioni: dal punto di vista economico il modo in cui è gestito il progetto genera una contrazione della spesa pubblica nel Comparto del 20% (valore atteso al termine di un percorso di maturazione pluriennale nel Regno Unito) e soprattutto dal punto di vista dell’efficienza, innalzando notevolmente i tassi di produttività e incrementando il ritorno sugli investimenti (ROI). Il primo a parlarne è Chuck Eastman negli Anni Settanta, considerato ancora oggi uno dei massimi esperti nel settore, partendo dalla convinzione che lo sviluppo della cultura industriale nelle costruzioni derivi dal modo in cui si affronta il flusso informativo, introducendo così il concetto di Product Based Modeling. La logica primaria è quella di duplicare virtualmente il processo costruttivo, costringendo i progettisti ad assumersi non soltanto l’onere della modellazione, ma anche quello di anticipare decisioni tradizionalmente affidate ad esecutori e manutentori. Quella del BIM è però, come spesso accade quando si tratta di “rivoluzioni”, ben lontana dall’essere una metodologia completa e definitiva: oltre ad essere caratterizzata infatti da molteplici sfaccettature e declinazioni in ambito teorico, sono presenti ancora oggi diverse incertezze nella messa in pratica di determinate pratiche e soprattutto la consapevolezza che il potenziale non sia ancora completamente sfruttato appieno. Proprio per quest’ultima ragione la ricerca nell’ambito degli sviluppi del BIM è ad oggi una delle maggiori tendenze nel set-

tore AEC, in cui si punta al continuo avanzamento e miglioramento delle varie dimensioni del BIM e la sua integrazione con dati in tempo reale in grado di fornire strumenti per il real-time monitoring e real-time decisioning nella fase di costruzione e durante il ciclo vita, aspetto di cui si parlerà in modo più approfondito in seguito. Uno degli strumenti fondamentali nella progettazione BIM è senz’altro il BIM Execution Plan (BEP) che rappresenta il piano di partenza del progetto, in cui vengono definiti non soltanto i protocolli di Information Exchange & Delivery Management e di assunzione delle responsabilità, ma anche e soprattutto gli Use, ovvero le finalità e gli obiettivi per cui avviene la modellazione. In questa direzione fondamentali risultano i protocolli dell’American Institute of Architects (AIA) che distinguono Level of Detail da Level of Development, di cui si parlerà in seguito, definendo di fatto degli sviluppi di progettazione non tanto di termini di grado di analiticità delle soluzioni di modellazione (detail), quanto nella definizione di finalizzazione delle opzioni nell’ottica di integrazione e teamworking (development). MacLeamy Curve 2004

design effort/effect

cost of design changes

BIM process

traditional process

ability to impact cost and functional capabilities

requirements

design concepts

detailing & engineering

construction documentation

construction

operation

phases or time

I benefici del processo BIM sono ben visibili nella curva di MacLeamy (membro dell’AIA), che mette a confronto l’approccio tradizionale con quello BIM. Dal grafico si nota come con un approccio alla progettazione di tipo integrato, i maggiori sforzi si abbiano nelle fasi iniziali di progettazione, aspetto che incide in maniera positiva in termini di riduzione dei costi e dei tempi.

La progettazione BIM infatti, permettendo di lavorare su un modello considerabile alla stregua di un prototipo industriale, fa sì che si passi ad un approccio condiviso e collaborativo tra le figure professionali coinvolte, superando il metodo tradizionale “sequenziale” che prevedeva di volta in volta continue correzioni e integrazioni. Non si tratta di ridurre gli sforzi progettuali, commisurati alla qualità a cui il progetto ambisce, quanto di anticiparli nel tempo, permettendo quindi delle modifiche e delle correzioni più semplici da attuare e meno costose, come evidenzia la curva relativa ai costi delle modifiche. Tuttavia, le tecnologie e le conseguenti automazioni possibili grazie alla metodologia BIM hanno sicuramente un effetto benefico sulla progettazione, che risulta per molti aspetti semplificata. La curva ideale di MacLeamy è stata nel tempo raffrontata con i dati storici reali, consentendo di tracciarne una che rappresentasse la realtà delle cose e soprattutto per verificare che la teoria fosse effettivamente corrispondente con la pratica. Da questi studi emerge che il vantaggio è effettivo e concreto, a patto che sia presente un’ottima coordinazione tra i diversi stakeholder e sia stato ben definito un chiaro e preciso BIM Execution Plan prima di cominciare i lavori. L’ambizione generale è quella di creare delle culture di aziendali di processo che assicurino la continuità dei flussi informativi durante la progettazione, il ciclo vita e tra le diverse commesse. Il problema dei metodi tradizionali è infatti, oltre quello della difficile interoperabilità e comunicazione tra le varie figure coinvolte nel progetto, quello della difficile trasmissione di informazioni e dati nel tempo. Questi problemi sono tuttavia tutt’ora presenti anche nella metodologia BIM: seppur infatti l’automazione e la digitalizzazione di molti step li abbiano notevolmente ridotti, permane il problema dell’interruzione dei flussi, dovuta a problemi operativi concreti, come l’integrazione tra i diversi software, ma anche e soprattutto al fatto che non si tratti di un processo rigidamente chiuso e definito ma è aperto a diverse interpretazioni, declinazioni e sviluppi.

5.2 ORIGINE E DEFINIZIONI DEL BIM Le origini concettuali del BIM risalgono, come detto in precedenza, agli anni Settanta, quando Chuck Eastman introduce l’Information Modeling dal punto di vista di un approccio Product-Based alla gestione delle commesse, ma è solo agli inizi del Duemila che nasce l’acronimo di Building Information Modeling, fatto risalire a Phil Bernstein. Già dal 1986 la ricerca e la produzione di software che permettessero la riproduzione a schermo di oggetti tridimensionali portarono alla presentazione, da parte dell’azienda Graphisoft, di Archicad, che consentiva di rappresentare modelli tridimensionali in cui gli oggetti venivano descritti attraverso parametri e regole che ne determinassero non solo la geometria ma anche proprietà e caratteristiche non geometriche. Viste complessità e le origini controverse si comprende come il BIM non sia un argomento circoscritto soltanto ad uno strumento di modellazione o ad un nuovo approccio alle commesse, bensì si tratti di una metodologia dalle numerose sfaccettature che, partendo da un nucleo originario, si è ampliato parecchio nel tempo. Questa varietà di visioni, che pur mantengono una certa coerenza e un nucleo comune tra loro, hanno portato ad avere molteplici definizioni di BIM che mostrano le differenti declinazioni che ogni organizzazione ha sviluppato. Di seguito si riporta la definizione del National BIM Standard, uno dei principali enti che si occupa di definire gli standard sul BIM. NBIMS definisce il modello come: Definizioni degli aspetti del BIM secondo National BIM Standards

“

[...] rappresentazione digitale delle caratteristiche fisiche e funzionali di una struttura [...]

Le informazioni come:

“ 91

[...] risorsa di conoscenze condivise delle informazioni su una struttura per formare una base affidabile per le decisioni durante il suo ciclo di vita [...]

E infine definisce l’aspetto della collaborazione:

“

[...] collaborazione tra i diversi stakeholders durante le diverse fasi del ciclo di vita di una struttura [...]

Da tali definizioni emerge dunque la differenza sostanziale che si ha tra la progettazione tradizionale e quella tramite strumenti BIM: mentre la prima prevedeva la rappresentazione di oggetti “muti” e ciascuno conteneva soltanto informazioni generiche, col BIM è invece possibile realizzare modelli in cui gli oggetti “intelligenti” contengono una serie di informazioni, dati e proprietà che consentono una ricostruzione quanto più fedele a quello che sarà l’edificio costruito. Risulta quindi chiaro come la potenza di questo modello sia, oltre che nelle informazioni geometriche che ne definiscono gli attributi fisici, nelle informazioni che esso contiene. Di fondamentale importanza risulta quindi la possibilità di condividere e scambiare tali dati durante il processo di costruzione e il suo ciclo vita, nelle fasi di Operation & Maintenance (O&M). Su tale questione si concentrano tutt’oggi gli sforzi per la redazione di standard e linee guida condivise che forniscano una metodologia unica, al fine di ridurre al minimo errori e incomprensioni legate alla trasmissione dei dati.

5.3 LO SCAMBIO DELLE INFORMAZIONI 5.3.1 STANDARD DI SCAMBIO DATI Come scritto in precedenza uno degli aspetti tanto di fondamentale importanza, quanto di grande complessità, è quello riguardante l’information exchange management, ovvero la possibilità di scambiare e condividere la grande mole di informazioni del modello BIM tra i diversi attori progettuali. L’interoperabilità tra le varie figure professionali che collaborano al progetto in diverse discipline è certamente uno dei maggiori vantaggi dato dal processo BIM ma a livello pratico risulta

spesso problematico a causa dell’eterogeneità di applicativi utilizzati. Facilitare l’interoperabilità tra i software è quindi di estrema importanza per poter scambiare dati tra i diversi software senza perderne quantità né qualità, e semplificare così il flusso di lavoro e facilitarne l’automazione. Il problema dello scambio di dati in modo facile e ripetibile viene affrontato per la prima volta dall’International Alliance for Interoperability (IAI) che nel 2005 cambia nome in buildingSMART. L’IAI nasce come un’organizzazione neutra, internazionale e no-profit volta a sviluppare standard che consentissero una condivisione delle informazioni lungo tutti il ciclo vita di qualsiasi asset di un ambiente costruito, tra tutti i partecipanti, indipendentemente dall’applicazione software che stanno utilizzando. Il fine ultimo è quello di avere a disposizione dati di buona qualità, per l’uso durante tutte le fasi di progettazione, approvvigionamento, costruzione, manutenzione e funzionamento.

Lo standard IFC Lo standard sviluppato dall’IAI si basa su uno schema dati comune chiamato Industries Foundation Classes (IFC) che consente di conservare e scambiare dati rilevanti tra i diversi software. L’IFC è ad oggi ampiamente riconosciuto come il più diffuso formato di interscambio dati per l’interoperabilità nel settore; è in grado di trasmettere geometrie, relazioni, processi, materiali e tutte le proprietà utili alla progettazione e la produzione di qualsiasi elemento costruttivo. Di fondamentale importanza all’interno dello standard sono le cosiddette “entità IFC”, un oggetto univocamente definito nel modello al quale, a seconda del tipo, vengono associati determinati attributi e dipendenze di default all’interno dello schema IFC. Grazie al sistema delle entità vengono generate strutture complesse che consentono la creazione di un modello di dati nel quale ogni elemento può essere geometricamente e alfanumericamente rappresentato e chiaramente identificato.

Visto il continuo aggiornamento dello standard IFC da parte di buildingSMART è possibile trovarne oggi differenti versioni, tra cui la più attuale IFC4, rilasciata per la prima volta nel 2013. Ad oggi è in fase di sviluppo la versione IFC5.

Gli standard NBIMS Un altro standard sviluppato più recentemente dalla buildingSMART Alliance, organizzazione derivante da buildingSMART ma che fa riferimento solamente al Nord America, è il National BIM Standard (NBIMS), la cui prima versione è stata pubblicata nel 2007. La differenza tra gli standard IFC e NBIMS sta nel fatto che, mentre il primo è nato partendo dal CAD per poi essere riadattato al BIM, le NBIMS sono nate specificatamente sulla base del BIM riuscendo quindi a concentrarsi fin da subito sugli aspetti che ne stanno alla base.

Lo standard COBie Un ultimo formato standard che è necessario citare è COBie acronimo di Construction Operation Building information exchange, che riguarda principalmente le fasi di O&M; permette infatti la trasmissione sicura di informazioni riguardanti gli elementi costituenti gli edifici durante l’intero ciclo vita della costruzione. L’obiettivo di COBie è quindi quello di sostituire i mezzi attraverso cui, ancora oggi nella grande maggioranza dei casi, viene veicolata l’informazione tra la fase di construction e quella di operation, ovvero in modo “cartaceo”, proponendo una struttura informativa digitale standardizzata che possa accogliere i contenuti normalmente inclusi in schede tecniche di prodotto, manuali d’uso e manutenzione, documenti di garanzia, ecc. dei cosiddetti managed asset. Per managed asset si intende tutti i prodotti all’interno della costruzione che richiedono operazioni di gestione, manutenzione continuativa, hanno parti consumabili e necessitano di ispezioni periodiche. La prima versione dello standard viene utilizzata nel 2007 dall’US Army Corps of Engineer, e soltanto nel 2009 viene applicata in ambito civile grazie al lavoro di buildingSMART.

La trasmissione delle informazioni e dei dati relativi agli elementi dovrebbe derivare da un modello BIM coordinato, dal quale generare un file di scambio COBie esportandolo in formato IFC attraverso la COBie Model View Definition (MVD). Quest’ultima non è altro che un sottoinsieme di IFC e può essere vista come un filtro alle informazioni contenute in un modello, finalizzato alla trasmissione delle sole informazioni utili a perseguire un determinato obiettivo, in questo caso quelle relative al Facility Management (FM). Ad oggi non esistono tuttavia software che supportino questo flusso di lavoro e l’unico formato in cui un file COBie può essere prodotto è il .xml, un formato tabellare semplicemente editabile con un software come Microsoft Excel.

5.3.2 STANDARD NORMATIVI - UNI 11337 La recente pubblicazione del cosiddetto “Decreto BIM”, in vigore dal gennaio 2018, dimostra come l’attenzione nei confronti dei processi informativi sia sempre più crescente anche in Italia. Il decreto definisce le modalità ed i tempi di introduzione della metodologia BIM. Viene imposto l’obbligo di utilizzo dei metodi e degli strumenti elettronici di modellazione a partire D.M. 560/1 gennaio 2017

dal 1° gennaio 2019 per le opere pubbliche di importo pari o superiore a 100 milioni di euro, cifra che andrà nel tempo ad abbassarsi, sino a comprendere tutte le opere: dal 2020 per i lavori oltre i 50 milioni, dal 2021 per i lavori oltre i 15 milioni, dal 2022 per le opere oltre i 5,2 milioni, dal 2023 per le opere oltre 1 milione, dal 2025 per tutte le nuove opere. A supporto del decreto ministeriale, nel gennaio del 2017 sono

UNI 11337/2017 - Gestione digitale dei processi informativi delle costruzioni

state pubblicate le prime 4 parti (1, 4, 5, 6) della normativa UNI relative ai processi informativi nelle costruzione, completate dalle altre 6 parti negli anni successivi.

UNI 11337/2017 Tale norma, appendice nazionale della ISO 19650, regola gli aspetti legati al tema della gestione dei processi informativi delle costruzioni di cui il BIM è il mezzo attraverso il quale ottenerla. Essa, basandosi sulle best practice di altri standard già

diffusi negli altri Paesi (si ricorda in particolare PAS192 - UK e BIMForum - USA), adattandole al contesto nazionale, semplificandone alcuni aspetti poco adatti ad un Paese come l’Italia, in cui la digitalizzazione è soltanto da poco entrata nel mondo delle costruzioni, storicamente poco avvezzo alle repentine innovazioni. Di seguito si riassumono i contenuti della normativa, divisi nelle diverse parti: • Parte

1 - Modelli, elaborati e oggetti informativi per prodotti

e processi: definisce concetti generali legati alla natura e origine delle informazioni, partendo dalla definizione del dato, per arrivare alla definizione delle strutture più complesse: quali la struttura dei veicoli informativi e la struttura informativa di prodotti/processi nell’industria delle costruzioni; • Parte

2 - Criteri di denominazione e classificazione di model-

li, prodotti e processi: individua un sistema di classificazione e denominazione di opere, oggetti e attività;cParte 3 - Modelli di raccolta, organizzazione e archiviazione dell’informazione tecnica per i prodotti da costruzione: ha lo scopo di indicare un modello operativo strutturato per raccogliere e archiviare i dati e le informazioni tecniche, intesi come attributi informativi, di opere, oggetti e attività, attraverso template predefiniti; • Parte

4 - Evoluzione e sviluppo informativo di modelli, elabo-

rati e oggetti: si concentra su quelli che sono i livelli di sviluppo di oggetti e modelli, i cosiddetti LOD, che nella norma italiana diventano Livello di sviluppo degli Oggetti Digitali; per questi LOD italiani viene proposta una classificazione in una scala da “A” a “G”; • Parte

5 - Flussi informativi nei processi digitalizzati: definisce

i ruoli, i requisiti e i flussi necessari alla produzione, gestione e trasmissione delle informazioni e la loro connessione e interazione nei processi di costruzione digitalizzati.; • Parte

6 - Linea guida per la redazione del capitolato informa-

tivo: è prettamente operativa, un aiuto alla stazione appaltante e alla committenza: per questo è stata redatta sotto forma di

rapporto tecnico. Permette di redigere un corretto e completo capitolato informativo; • Parte

7 - Requisiti di conoscenza, abilità e competenza delle

figure coinvolte nella gestione e nella modellazione informativi: identifica quattro tipi di professionisti: il gestore delle informazioni o BIM manager; il gestore del ACDat o CDE manager; il coordinatore dei flussi informativi o BIM coordinator, e l’operatore avanzato della gestione e della modellazione informativa o BIM specialist; • Parte

8 - Processi Integrati di Gestione delle Informazioni e

delle Decisioni: analizza i processi di integrazione tra attività e figure informative e attività e figure tradizionali del settore costruzioni; • Parte

9 - Gestione informativa in fase di esercizio: è a garanzia

della “qualità” del bene immobiliare sia per la fase di produzione che di utilizzazione del bene, validando il lavoro di differenti operatori di mercato. In questa parte è analizzato il Fascicolo digitale del fabbricato; • Parte

10 - Linee guida per la gestione informativa digitale del-

le pratiche amministrative: esprime i criteri generali di gestione delle informazioni, in forma digitale, finalizzate alla standardizzazione delle procedure di scambio dati e protocollazione delle pratiche amministrative legate alle costruzioni, come le autorizzazioni, i permessi, le denunce o le segnalazioni.

5.4 I CONCETTI CHIAVE DEL BIM Molti dei concetti introdotti nel precedente paragrafo per la descrizione della normativa italiana, sono tra i principali caratterizzanti la metodologia BIM, per questo motivo saranno assieme ad altri analizzati in modo più approfondito in riferimento alla stessa normativa UNI 11337.

Capitolato informativo Il Capitolato Informativo (CI) o in inglese Employer Information Requirements (EIR.), è il documento che esprime le esigenze

dell’affidatario del progetto in termini informativi, ossia i requisiti informativi richiesti dal Committente dell’opera per l’implementazione del progetto BIM. Il processo informativo delle costruzioni si compone di una sequenza strutturata di stadi e fasi che riguardano la produzione e la gestione dei contenuti informativi relativi all’intero ciclo di vita di un’opera: modello informativo, modello progettuale , modello costruttivo, as-built e infine il modello per la gestione dell’immobile. Nella parte 6 delle UNI 11337 sono presenti le linee guida per redigere in modo corretto e standardizzato un Capitolato Informativo, in cui è specificato come vengono trattate le informazioni all’interno della commessa e quali tipo di dati si intende considerare. Il CI definisce in modo concreto e dettagliato strumenti e metodi con i quali si intende gestire il processo informatvo; per questo è diviso in due parti, ciascuna delle quali fornisce informazioni sui determinati ambiti che compongono il processo: la sezione tecnica e la sezione gestionale. • La

sezione tecnica è finalizzata alla definizione di tutti gli

aspetti tecnici relativi al flusso informativo; in essa vanno indicate le caratteristiche tecniche e prestazionali delle infrastrutture hardware e software che si intendono utilizzare. In questa sezione sono indicati inoltre le caratteristiche relative alla fornitura e scambio di dati, in particolare sono specificati i formati dei file da utilizzare per garantire un flusso ottimizzato di informazioni e una corretta interoperabilità. • La

sezione gestionale si può dire il corpo principale del do-

cumento. Essa determina innanzitutto gli obiettivi e gli usi del modello informativo (BIM uses) e degli elaborati in modo tale da chiarire quali saranno gli input e gli output del modello digitale BIM. In secondo luogo vengono indicati i “Livelli di sviluppo degli oggetti e delle schede informative”, uno degli argomenti di maggiore importanza nella definizione del modello: vengono cioè specificati i LOD (Level of Detail, di cui si parlerà nel paragrafo successivo) di ciascun oggetto, differenziato per

modello disciplinare (architettonico generale, architettonico arredi, strutturale, impiantistico, ...). Successivamente sono presentati i ruoli e le responsabilità a livello informativo; sarà quindi esplicitata la struttura informativa dell’organizzazione e ne saranno esplicitate le figure di riferimento e le relative responsabilità. La parte successiva definisce la struttura e l’organizzazione del modello digitale e degli elaborati, inoltre vengono indicate le tempistiche della messa a disposizione dei vari modelli. Proseguendo si parla di un altro aspetto di cui si tratterà più approfonditamente nei paragrafi successivi, ovvero quello delle modalità di condivisione dei dati e delle informazioni, definito dal ACDat (Ambiente di Condivisione Dati), meglio noto come CDA (Common Data Envroment). Infine vengono trattati gli aspetti legati alle “Procedure di verifica e validazione dei modelli, oggetti e/o elaborati”, e del “Processo di analisi e risoluzione delle interferenze e incoerenze informative”, sono affrontati negli omologhi paragrafi della strutturazione proposta per il Capitolato informativo. L’affidatario è chiamato dal committente a specificare nel oGI (offerta per la Gestione Informativa) e poi nel pGI (piano per la Gestione Informativa) le proprie procedure di validazione per i modelli, gli oggetti e gli elaborati che produrrà durante lo sviluppo della commessa. Dovrà, ad esempio, indicare quali contenuti informativi saranno soggetti a periodica revisione e validazione, la frequenza di tale validazione, le modalità del processo di validazione in merito alla loro emissione, controllo degli errori, necessità sopraggiunte di nuovo coordinamento, ecc. La complessità del Capitolato Informativo sopra descritta, oltre al fatto che si tratti del documento posto all’inizio di un processo realizzativo di una commessa realizzata avvalendosi degli strumenti informativi BIM, lo rende a tutti gli effetti il motore principale di tutto il sistema e ne determina l’evoluzione ed il risultato finale.

LOD e LOI Nella definizione degli obiettivi sono molto rilevanti i protocolli di AIA che introducono alcuni aspetti per lo sviluppo del progetto: il LOI, Levels of model Information, che si riferisce ai contenuti non-grafici del modello e il LOD, distinto in Level of Detail e Level of Development. Mentre nel primo caso è definito il livello di dettaglio a livello grafico, la scelta di un livello di sviluppo del modello appropriata è fondamentale per la buona riuscita dell’intero progetto poiché ne descrive “i minimi dimensionali, spaziali, quantitativi, qualitativi, e altri dati inseriti in un Elemento del Modello per sostenere gli Usi Autorizzati associati a tale LOD” (definizione AIA 2013). L’intento che evidentemente traspare da tale definizione è quello di dare un’accezione all’espressione “Livello di Sviluppo” più ampia possibile, comprensiva sia degli aspetti grafici che non grafici, volta a indicare con chiarezza la “completezza a cui un Elemento del Modello è sviluppato”. La parte 4 della UNI 11337 fornisce gli strumenti per definire, in base alle esigenze, quale tipo di LOD utilizzare nel progetto e quindi il livello di dettaglio informativo e geometrico al quale si punta. Nella norma è definita una scala generale di LOD: • LOD

A oggetto simbolico;

• LOD

B oggetto generico;

• LOD

C oggetto definito;

• LOD

D oggetto dettagliato;

• LOD

E oggetto specifico;

• LOD

F oggetto eseguito;

• LOD

G oggetto aggiornato.

Si nota come si è scelto di usare una scala di LOD definita secondo le prima lettere (maiuscole) dell’alfabeto: LOD A, B .. …G, per non creare confusione con quella statunitense, per centinaia, LOD 100, 200, ecc., o britannica, per numeri interi LOD 1, 2, ecc.

100

Inoltre si sono definite le scale di LOD specifiche per i diversi tipi di intervento: • nuova

costruzione ed il recupero;

• territorio

e le infrastrutture;

• cantiere

(mezzi e attrezzature);

• restauro

e beni vincolati.

Si nota in questo caso che il LOD relativo all’ambito del cantiere e quello del restauro rappresenti attualmente un unicum a livello internazionale, segno dell’importante patrimonio culturale presente in Italia.

Common Data Enviroment Il Common Data Enviroment (CDA) è un “ambiente virtuale” di condivisione dati all’interno di un’Organizzazione, organizzato e strutturato per declinare le varie attività riguardanti il processo costruttivo: ne individua ruoli e responsabilità e contiene tutte le informazioni della commessa, complete e costantemente aggiornate dai vari attori. Tale ambiente permette di gestire al meglio l’interoperabilità tra le varie discipline che intervengono nel processo. Il CDA viene definito nelle normativa britannica PAS 1192, mentre nelle norma italiana è introdotto nel Decreto BIM ed è denominato “Ambiente di Condivisione Dati” (ACDat), in cui è definito come: D.M. 560/1 gennaio 2017, Art.2

“

101

Un ambiente digitale di raccolta organizzata e condivisione di dati relativi ad un’opera e strutturati in informazioni relative a modelli ed elaborati digitali prevalentemente riconducibili ad essi, basato su un’infrastruttura informatica la cui condivisione è regolata da precisi sistemi di sicurezza per l’accesso, di tracciabilità e successione storica delle variazioni apportate ai contenuti informativi, di conservazione nel tempo e relativa accessibilità del patrimonio informativo contenuto, di definizione delle responsabilità nell’elaborazione e di tutela della proprietà intellettuale.

L’ambito descritto è proprio quello in cui tutti gli aspetti collaborativi e di integrazione, caratteristici della metodologia BIM, possono pienamente esprimersi. Il concetto di ACDat è ripreso e approfondito nella norma UNI 11337 - Parte 5 e nella UNI/TR 11337 - Parte 6, norme dedicate alla redazione del Capitolato Informativo. I due strumenti sono infatti strettamente legati: nel CI la stazione appaltante deve precisare i propri requisiti per la gestione informativa dell’intera commessa e, quindi, anche dell’ACDat. L’ACDat deve soddisfare diversi aspetti, che ne caratterizzano l’interoperabilità e un flusso di dati ed informazioni corretto: accessibilità, secondo prestabilite regole, da parte di tutti gli attori coinvolti nel processo; • tracciabilità

e successione storica delle revisioni apportate ai

dati contenuti; • supporto

di una vasta gamma di tipologie e di formati e di

loro elaborazioni; • alti

flussi di interrogazione e facilità di accesso, ricovero ed

estrapolazione di dati (protocolli aperti di scambio dati); • conservazione • garanzia

e aggiornamento nel tempo;

di riservatezza e sicurezza.

Livelli di maturità I livelli di maturità sono riferiti al livello di attuazione del BIM all’interno del settore AEC in una determinata realtà, a livello aziendale o nazionale. I governi utilizzano questo schema per avere una graduale implementazione del processo. Con il programma “Digital Built Britain”, il Regno Unito accelera notevolmente la trasformazione del settore delle costruzioni nella direzione di un ambiente “BIM oriented”. Questo programma, redatto da uno speciale BIM Task Group, definisce per la prima volta i crescenti livelli di maturità: • Livello

0 – disegno 2D CAD

• Livello

1 – disegno 2D/3D CAD

102

• Livello

2 – BIM nella fase di progettazione e costruzione, prin-

cipalmente per lavori pubblici • Livello

3 – BIM per la gestione di tutto il ciclo di vita di un edi-

ficio pubblico/privato. Le strategie inglesi hanno permesso il raggiungimento del livello 2 nel 2016 nel Regno Unito, grazie all’obbligo di utilizzo del BIM nella progettazione e costruzione di opere pubbliche e di porsi come obiettivo il 2020 per ottenere il livello 3, obiettivo sempre più vicino vista la sempre maggiore diffusione di tecnologie nel settore sia pubblico che privato.

Dimensioni del BIM In un approccio alla progettazione di tipo BIM oriented è necessario prendere in considerazione diverse dimensioni oltre alle tre necessarie per descrivere le geometrie dell’elemento, al fine di descrivere i diversi aspetti del modello. Si parla dunque, ad oggi, di cinque diverse dimensioni: • 3D:

restituzione tridimensionale del manufatti: oltre a descri-

vere con sempre maggiore precisione le caratteristiche fisiche e geometriche dell’edificio, è fondamentale per le operazioni di model checking, che comprendono il code checking, ossia la verifica dell’aderenza del modello alle richieste progettuali e normative, e la clash detection attraverso la quale si verifica la presenza di eventuali conflitti e interferenze geometriche tra i vari oggetti che porterebbero problemi in fase di costruzione. • 4D:

analisi della durata: è legata alla variabile tempo di co-

struzione di un’opera; la gestione delle fasi costruttive viene affrontata più facilmente avendo a disposizione un modello parametrico ben definito che agevola la stesura di strumenti come il diagramma di Gantt e la Work Breakdown Structure. • 5D:

analisi dei costi: il punto nevralgico della computazio-

ne è il Quantity Take Off, ovvero l’estrazione delle misure dal progetto per poter definire le quantità dei materiali e la manodopera necessaria per la costruzione, fortemente agevolato dall’automazione possibile attraverso il modello contenente informazioni su materiali e lavorazioni.

103

• 6D:

valutazione della sostenibilità: il concetto di sostenibi-

lità può essere esaminato sotto diversi punti di vista, si parla infatti di sostenibilità ambientale, economica e sociale. In ottica di innovazione può essere inoltre inteso come progettazione di qualità, secondo tale accezione l’approccio BIM, se utilizzato correttamente, garantisce alti standard qualitativi. È evidente come le diverse operazioni prese in considerazione nelle cinque dimensioni risultino essere enormemente agevolate dall’approccio BIM sia per quanto riguarda l’automazione possibile e la possibilità di modificare velocemente le caratteristiche del progetto, sia per la riduzione degli errori, che nel metodo tradizionale potevano derivare da incomprensioni tra le varie figure professionali, perdita di dati o di interi documenti, ecc. • 7D:

fase di gestione di quanto realizzato: uno degli obiettivi

della metodologia BIM è quello della realizzazione di un modello virtuale tridimensionale e informativo, che possa essere quanto più fedele a quanto realmente realizzato. Un modello del genere viene definito come “As-built” e porta con sé non soltanto quanto progettato ma quanto effettivamente viene realizzato in fase di cantierizzazione. Questo modello risulta fondamentale durante il ciclo vita dell’opera per agevolare le operazioni di Facility Management.

5.5 I RUOLI NEL PROCESSO Risulta evidente come la notevole complessità e l’enorme mole di dati e informazioni generata dalla metodologia BIM, richieda la presenza di figure professionali specializzate con specifiche mansioni e competenze. È per questo motivo dunque che, con lo sviluppo del BIM sono nate nuove professioni, definite anche nella norma UNI 11337. Le tre figure universalmente riconosciute sono: • BIM

specialist

• BIM

coordinator

104

• BIM

manager

Il BIM specialist padroneggia l’utilizzo del software per realizzare un progetto BIM ed ha quindi il ruolo di “modellatore delle informazioni”: elabora i modelli grafici e gli oggetti parametrici oltre ad essere in grado di estrapolarne dati e informazioni. Può lavorare sotto la supervisione e coordinamento del BIM coordinator o del BIM manager. Il BIM coordinator ha il ruolo di gestione e coordinazione del lavoro nell’ambito di una o più discipline all’interno del progetto. È in grado di utilizzare e aggiornare la documentazione tecnica e operativa della commessa per la produzione degli elaborati e dei modelli. La figura del BIM manager è infine in grado di gestire e coordinare progetti BIM multidisciplinari; è responsabile della gestione e del coordinamento delle informazioni per i fornitori coinvolti nei servizi di progettazione, realizzazione e gestione dell’opera. Tra le sue mansioni vi sono quella di gestire i flussi informativi definire gli standard informativi di riferimento. È evidente come le nuove figure deputate all’implementazione, alla gestione e al coordinamento di tali processi siano molto complesse che devono essere in possesso di requisiti spiccatamente multidisciplinari non soltanto nel settore delle costruzioni, ma anche in quello dell’informatica, settore fondamentale per gestire in maniera automatizzata le informazioni.

5.6 IMPLEMENTAZIONE NEL CASO STUDIO La modellazione e progettazione del complesso edilizio della Scuola Secondaria di Cognola è stata realizzata mediante il software Autodesk Revit 2019, uno degli applicativi più diffusi nel settore, per la modellazione parametrica. Nella fase iniziale del lavoro si è deciso di approfondire due concetti ritenuti di fondamentale importanza presenti all’interno del Capitolato Informativo nella sezione gestionale: la definizione degli obiettivi e gli usi che si intendono fare del mo-

105

dello informativo. Gli usi del modello hanno consentito infine di definire in modo puntuale il LOD di ciascun oggetto necessario ad espletare gli obiettivi informativi richiesti dal modello stesso. In questo modo è possibile strutturare con criterio il modello informativo, oltre ad avere una visione chiara e precisa di quanto e come sia necessario scendere nel dettaglio della modellazione. Si è scelto di utilizzare come linea guida la norma UNI 11337 per la definizione degli obiettivi e del LOD, mentre la scelta dei BIM Uses è stata effettuata utilizzando come riferimento lo standard statunitense di BIMForum.

5.6.1 OBIETTIVI E USI DEL MODELLO Gli obiettivi del modello sono approfonditi nella UNI 11337 parte 4, in particolare nel paragrafo 4.2 e nell’Appendice B, che riporta un’esempio di matrice per la loro descrizione. Gli usi sono invece stati ripresi dalla normativa statunitense di BIMForum, che ne propone una lista.

Priorità

Descrizione obiettivo

BIM Uses

ALTA

Restituire le condizioni attuali dell’edificio

Existing Conditions Modeling

ALTA

Generare disegni ed elaborati di alta qualità e coordinati

Drawing Production

ALTA

Migliorare l’efficienza delle fasi progettuali

3D Coordination

ALTA

Migliorare l’efficienza delle modifiche proposte dai relatori

Design review

ALTA

Archiviare documenti e progetti dell’esistente all’interno del modello

Documents storaging

BASSA

Verificare l’efficienza energetica e la sostenibilità delle soluzioni proposte

Energy analisys

MEDIA

Determinare i costi associati al progetto

Cost estimation Quantity Takeoff

106

UNI 11337-4:2017 Evoluzione e sviluppo informativo di modelli, elaborati e oggetti

BASSA

Ridurre al minimo gli errori progettuali nelle stesse discipline e tra diverse discipline

Clash detection - Code Validation

ALTA

Monitorare costantemente l’avanzamento del progetto in relazione agli obiettivi prefissati

Code Validation

ALTA

Reagire tempestivamente ai problemi di progettazione

Code and Model Validation - 3D Coordination

ALTA

Utilizzare modelli 3D per la comunicazione degli intenti e delle problematiche

Design Review

ALTA

Aumentare la qualità della progettazione

Design Authoring

BASSA

Verificare la corrispondenza del progetto agli standard normativi

Code and Model Validation

ALTA

Analizzare le prestazioni di comfort ambientale dell’edificio tramite sensori

Building System Analisys

ALTA

Graficizzare sul modello i dati dei sensori

Comfort Management

Di seguito si riportano delle brevi descrizioni dei BIM Uses considerati, al fine di chiarirne le specificità.

Existing Conditions Modeling Il processo durante il quale si sviluppa il modello 3D delle condizioni esistenti di un edificio. Tale modello può essere costruito riferendosi a rilievi dello stato di fatto, con tecniche tradizionali, avanzate (laser scanning) e fotogrammetriche, a seconda del livello di approfondimento necessario. Inoltre possono essere utilizzati come riferimenti i progetti originali dell’organismo edilizio. Una volta terminato, il modello può essere interrogato per ottenere informazioni utili nelle fasi di progetto o facility.

Drawing Production Il processo sfrutta le potenzialità della modellazione 3D per ottenere rapidamente diverse rappresentazioni bi-dimensionali di piante, sezioni e prospetti, sempre coordinate tra loro e automaticamente aggiornate ad ogni modifica.

3D Coordination Un processo in cui viene utilizzato un software di coordinamento 3D per determinare l’identificazione dei conflitti geometrici,

107

fase conoscitiva

fase progettuale

fase operation

EXISTING CONDITIONS MODELING

DOCUMENTS STORAGING

DESIGN AUTHORING

3D COORDINATION

DRAWING PRODUCTION

DESIGN REVIEW

CLASH DETECTION

CODE AND MODEL VALIDATION

QUANTITY TAKEOFF

- COST ESTIMATION [5D]

ENERGY ANALISYS

BUILDING SYSTEM ANALISYS

legenda:

COMFORT MANAGEMENT

BIM USE PRIMARIO

BIM USE SECONDARIO

Diagramma fasi progettuali e BIM Uses

confrontando i modelli dei vari sistemi di costruzione. L’obiettivo del coordinamento 3D è quello di eliminare i conflitti sul campo e i problemi di coordinamento prima della cantierizzazione.

Design Review Le parti interessate visualizzano il modello 3D e forniscono i loro feedback per convalidare molteplici aspetti del progetto. Questi aspetti includono la valutazione del rispetto del programma, l’anteprima spaziale e del layout progettuale. Possono essere considerati inoltre altri aspetti quali illuminazione, sicurezza, ergonomia, acustica, trame e colori, ecc. Questo uso può realizzarsi tramite la semplice visualizzazione del modello a monitor ma anche attraverso le moderne tecnologie di simulazione virtuale o virtual reality. I modelli virtuali possono essere eseguiti a vari livelli di dettaglio a seconda delle esigenze del progetto. Nel caso studio in esame si intende semplificare la comunicazione degli intenti progettuali e le modifiche apportate ai relatori della tesi.

Documents Storaging Il modello viene utilizzato come un archivio virtuale dei documenti e dei progetti originali, in modo tale da avere sempre a disposizione in modo rapido e completo le informazioni riguardanti i vari apparati. In questo modo non è necessario modellare tutti gli oggetti nel minimo dettaglio ma si potrà rimandare ad un documento esistente. Questo uso è molto utile per sia nei progetti di riqualificazione o restauro che per l’Asset Management.

Energy analisys Un processo in fase di progettazione in cui uno o più programmi di simulazione energetica dell’edificio utilizzano un modello BIM per condurre valutazioni energetiche per il progetto dell’edificio.

Cost Estimation Un processo in cui il BIM può essere utilizzato per nel computo metrico e nella stima dei costi durante il ciclo di vita di un progetto. Questo processo consente al team di progetto di vedere

109

gli effetti dei costi delle loro modifiche, durante tutte le fasi del progetto, il che può aiutare a contenere le spese durante tutta la fase progettuale e costruttiva. In particolare, il BIM può fornire effetti sui costi di aggiunte e modifiche, con il potenziale di risparmiare tempo e denaro.

Design Authoring Tale processo può essere definito in un certo senso il core del processo BIM: il software 3D viene utilizzato per sviluppare un modello di informazioni sull’edificio basato su criteri importanti per la traduzione del progetto dell’edificio. La creazione del modello è arricchita da informazioni e dati inseriti manualmente o risultato di diversi software di analisi. Il Design Authoring è la chiave che collega il modello 3D con un potente database di proprietà, quantità, mezzi e metodi, costi e programmi.

Building System Analisys Un processo che misura il modo in cui le prestazioni di un edificio sono coerenti con il progetto. Ciò include il funzionamento dei sistemi impiantistici, il consumo energetico degli edifici e le prestazioni. Altri aspetti includono lo studio di facciate ventilate, analisi della luce, flusso d’aria, interno ed esterno e analisi solare. Le analisi possibili sono molteplici e quelle sopracitate sono solo una piccola parte.

Comfort Management Un processo in cui il BIM è utilizzato per la gestione del comfort ambientale in termini di comfort termo-igrometrico, luminoso, acustico o della qualità dell’aria. Questo è possibile tramite l’utilizzo di sensori che rilevino i dati nessari e l’analisi di tali dati attraverso strumenti adeguati. Dopo aver definito obiettivi, usi e la loro priorità nel progetto, si è provveduto a declinarli nelle diverse fasi: ogni uso è stato associato ad un o più fasi progettuali durante la quale si prevedeva dovesse essere messo in pratica. Tali fasi possono corrispondere ai livelli di progettazione (preliminare, definitiva, esecutiva), ma possono essere personalizzati in base alle esigenze di sviluppo del progetto. Le fasi ipotizzate per questo progetto di tesi sono:

110

• Fase

conoscitiva;

• Fase

progettuale;

• Fase

Operation.

Nel diagramma in figura, ciascun BIM Use viene associato ad una o più fasi, a seconda di quando si intenda mettere in pratica tale utilizzo.

5.6.2 LIVELLO DI SVILUPPO DEGLI OGGETTI Il Livello di Sviluppo o Definizione, descrive la ricchezza informativa e geometrica degli elementi del modello. L’acronimo internazionalmente riconosciuto è LOD, Level of Development. Tali livelli devono essere coerenti con la fase corrispondente del processo costruttivo. Questa caratteristica definisce la “stabilità” del dato. Per la modellazione si è quindi scelto di riferirsi a un’unica norUNI 11337-4:2017 Evoluzione e sviluppo informativo di modelli, elaborati e oggetti

ma: la UNI 11337-4, che tratta il LOD nel capitolo 5 e nell’Appendice C della parte 4. I livelli di sviluppo degli oggetti digitali sono identificati attraverso una scala alfabetica: • LOD

A - oggetto simbolico;

• LOD

B - oggetto generico;

• LOD

C - oggetto definito;

• LOD

D - oggetto dettagliato;

• LOD

E - oggetto specifico;

• LOD

F - oggetto eseguito;

• LOD

G - oggetto aggiornato.

Nell’immagine della pagina successiva si vede una porzione del modello BIM della scuola, con una finestra di dettaglio che indica la stratigrafia del muro perimetrale. Di seguito si riportano in maniera più dettagliata i LOD, così come riportato nella norma UNI, per l’ambito degli interventi sul costruito e di nuova costruzione.

111

Il modello BIM della Scuola dellâ&#x20AC;&#x2122;Argentario di Cognola (TN)

fase 1

Conoscitiva

Modello specifico

fase 2

Progettuale

fase 3

Operation

LOD [UNI 11337-4]

Sito

Architettonico - generale

Architettonico - involucro

Architettonico - finiture

Architettonico - arredi

---

Strutturale - fondazioni

Strutturale - fuori terra

C/D*

Impianti (elettrico, idraulico, ...)

---

Impianto sensoristico

---

*gli elementi sono rappresentati mediante un’unico solido (C) ma non sono modellate le armature nè i dettagli costruttuvi (D), tuttavia il solido ha dimensioni dimensioni pari a quelle reali (D), in base ai disegni tecnici relativi allo stato di fatto.

Si riportano ora in maniera più dettagliata i LOD, così come riportato nella norma UNI, per l’ambito degli interventi sul costruito e di nuova costruzione.

LOD A - oggetto simbolico Le entità sono rappresentate graficamente attraverso un sistema geometrico simbolico o una raffigurazione di genere presa a riferimento senza vincolo di geometria. Le caratteristiche quantitative e qualitative (prestazione, dimensione, forma, ubicazione, costo, ecc.) sono indicative.

LOD B - oggetto generico Le entità sono virtualizzate graficamente come un sistema geometrico generico o una geometria d’ingombro. Le caratteristiche quantitative e qualitative (prestazione, dimensione, forma, ubicazione, costo, ecc.) sono approssimate.

113

LOD C - oggetto definito Le entità sono virtualizzate graficamente come un sistema geometrico definito. Le caratteristiche quantitative e qualitative (prestazione, dimensione, forma, ubicazione, costo, ecc.) sono definite in via generica entro e nel rispetto dei limiti della legislazione vigente e delle norme tecniche di riferimento e riferibili ad una pluralità di entità similari.

LOD D - oggetto dettagliato Le entità sono virtualizzate graficamente come un sistema geometrico dettagliato. Le caratteristiche quantitative e qualitative (prestazione, dimensione, forma, ubicazione, costo, ecc.) sono specifiche di una pluralità definita di prodotti similari. È definita l’interfaccia con altri sistemi specifici di costruzione, compresi gli ingombri approssimati di manovra e manutenzione.

LOD E - oggetto specifico Le entità sono virtualizzate graficamente come uno specifico sistema geometrico. Le caratteristiche quantitative e qualitative (prestazione, dimensione, forma, ubicazione, costo, ecc.) sono specifiche di un singolo sistema produttivo legato ad un prodotto definito. È definito il dettaglio relativo alla fabbricazione, l’assemblaggio e all’installazione, compresi gli specifici ingombri di manovra e manutenzione.

LOD F - oggetto eseguito Gli oggetti esprimono la virtualizzazione verificata sul luogo dello specifico sistema produttivo eseguito/costruito (as-built). Le caratteristiche quantitative e qualitative (prestazione, dimensione, forma, ubicazione, costo, ecc.) sono quelle specifiche del singolo sistema produttivo del prodotto posato o installato.

114

Sono definiti per ogni singolo prodotto gli interventi di gestione, manutenzione e/o riparazione e sostituzione da eseguirsi lungo tutti il ciclo di vita all’opera.

LOD G - oggetto aggiornato Gli oggetti esprimono la virtualizzazione aggiornata dello stato di fatto di una entità in un tempo definito. Rappresentazione storicizzata dello scorrere della vita utile di uno specifico sistema produttivo aggiornato rispetto a quanto originariamente eseguito/costruito o installato. Le caratteristiche quantitative e qualitative (dimentsione, forma, ubicazione, orientamento, ecc.) sono aggiornate rispetto al ciclo vita e un precedente stato di fatto. È annotato ogni singolo (e significativo) intervento di gestione, manutenzione e/o riparazione e sostituzione eseguito nel tempo, così come registrato il livello di degrado eventualmente in essere.

5.7 I “BIG DATA” NEL FUTURO DEL BIM Questa breve introduzione al complesso mondo del BIM è sufficiente per far capire che quanto detto nelle prime righe del capitolo riguardo sull’aumento di efficienza e produttività garantite da questa metodologia sia una logica conseguenza di un corretto approccio BIM-based ad un progetto. Il problema della produttività nel mondo dell’AEC è del resto uno dei maggiori punti deboli del settore che, rispetto ad altre industrie, è da sempre in un certo senso riluttante al cambiamento e ancorata a metodologie e schemi tradizionali. Da un rapporto del McKinsey Global Institute emerge infatti che, fonte:

McKinsey Global Institute Reinventing Construction: A Route to Higher Productivity 2017

nonostante al settore AEC sia attribuito il 13% del PIL mondiale, la produttività sia incrementata soltanto dell’1% negli ultimi vent’anni. Tra le diverse aree individuate dall’indagine, che potrebbero portare ad un aumento della produttività del 50-60%, troviamo il ripensamento della progettazione, definizione stessa di BIM, il miglioramento della fase esecutiva in cantiere e

115

l’introduzione di tecnologia e la diffusione universale del BIM, aspetti su cui si sta muovendo parecchio la ricerca negli ultimi anni. In un’epoca in cui la continua innovazione tecnologica e la raccolta e analisi dei cosiddetti “Big Data” si sta imponendo in ogni tipo di settore e di mercato, l’industria costruzioni non può permettersi di restare immobile. Il vento di innovazione portato dalla metodologia BIM altro non è che precursore della visione centralistica dei dati, delle informazioni, che diventano di fondamentale importanza per arrivare alla conoscenza in qualsiasi ambito. Di fatto l’informazione si evolve nel processo BIM, non essendo più legata ad un supporto cartaceo statico, ma diventa dinamica, condivisa e modificabile dai diversi attori che partecipano al progetto. Il futuro del BIM su cui stanno investendo i più grandi gruppi imprenditoriali e le maggiori aziende è infatti il Knowledge Management che si basa sull’assunto che:

“

[...] the most vital resource of today’s enterprise is the collective knowledge residing in the minds of an organization’s employees, customers, and vendors.

Una “conoscenza” che, secondo i concetti espressi dalla pira-

H. Lee & B. Choi Knowledge management enablers, processes, and organizational performance 2003

mide DIKW che sarà approfondita nei prossimi capitoli, ha alla base i dati, considerabili l’elemento più prezioso del Terzo Millennio. Il tema dei Big Data è infatti tra i più attuali ma allo stesso tempo abusato, poche realtà, in tutti i settori industriali, riescono davvero a sfruttarne le enormi potenzialità, tesi sintetizzata da Tim Harford, economista, giornalista e divulgatore scientifico britannico, che sul Financial Times scrisse una delle citazioni simbolo sul tema:

“

Big Data has arrived, but big insights have not. The challenge now is to solve new problems and gain new answers, without making the same old statistical mistakes on a grander scale than ever.

116

Tim Harford Big Data: are we making a big Mistake? in: Financial Times 2014

Il passaggio dai dati alle informazioni e la conseguente conoscenza è quindi un tema tanto ricercato quanto complesso e gli esempi che riescono a coniugare grandi moli di dati con buone analisi riescono a raggiungere risultati notevoli. L’acquisizione e la successiva elaborazione dei dati passano necessariamente, quando si tratta di numeri importanti, attraverso un utilizzo accurato e consapevole della tecnologia. L’utilizzo di sensori per monitorare la sicurezza in cantiere o le prestazioni energetiche di un edificio, di droni per la mappatura del sito o del cantiere o ancora di tag GPS in grado di gestire le squadre di lavoro, sono solo alcune delle tecnologie su cui si sta molto sperimentando e che mirano al Real-Time Monitoring e Real-Time Management, sia esso inerente al cantiere sia alla fase di Facility. La continua espansione dell’Information Technology ricopre quindi un ruolo sempre più centrale, avviando progressivamente anche il mondo delle costruzioni in quella che viene definita “Industria 4.0”, un’evoluzione, già da tempo in atto in settori industriali più avanzati, tanto profonda da essere battezzata come “la quarta rivoluzione industriale”. Questo nuova concezione di industria travolge prodotti, servizi e metodologie produttive, e si fonda su una rottura tecnologica senza precedenti: la fusione tra il mondo reale e il mondo virtuale della cosiddetta Internet of Things, un sistema integrato di dispositivi intercomunicanti e intelligenti che mette in contatto, attraverso la rete, oggetti, persone e luoghi.

5.8 BIBLIOGRAFIA • A.

L. C. Ciribini, L’Information Modeling e il settore delle co-

• C.

Eastman, BIM Handbook: A Guide to Building Information

struzioni: IIM e BIM, Maggioli Editore, 2013

Modeling for Owners, Managers, Designers, Engineers and Contractors, John Wiley & Sons, 2011

117

CAPITOLO

IoT per il Facility Management Nel capitolo seguente si espongono le potenzialità dell’integrazione del BIM e dei sistemi sensoristici basati sull’Internet of Things a supporto della fase gestionale dell’edificio, studiando in particolare il FM orientato alla sostenibilità ambientale. Ad una prima parte dedicata alla definizione dei concetti fa seguito l’analisi del flusso informativo alla base del processo.

6.1 IL FACILITY MANAGEMENT La fase “operativa” di un edificio è certamente la più importante sia in termini di costi che di tempo. Diversi studi indicano infatti che il TCO (Total Cost of Ownership) di un immobile è composto da un 5% per la fase di progettazione, un 30% per la cantierizzazione e ben il 65% dei costi è rappresentato dalla

Total cost of ownership

fase di Operation and Maintenance. Altri studi hanno determinato invece l’importanza di questa fase in termini di tempo: circa l’80% della vita utile di una struttura è adibita a questa fase. O. Tronconi, A. Ciaramella, Distribuzione del Total Cost of Ownership di un edificio 2016 30%

65% 5%

O&M Costruzione Progettazione

Questa rilevanza in termini di tempi e costi giustifica la grande attenzione nei confronti di questa fase e fa comprendere come qualsiasi innovazione e ottimizzazione in questo ambito possa essere di grande interesse sia per il proprietario che per l’utente finale. Si rende necessario quindi comprendere innanzitutto cosa si intenda per Facility Management (FM) e in che modo tale disciplina possa incidere sia sulle prestazioni dell’edificio che sul comfort dei suoi occupanti. Una public law statunitense definisce infatti un High Performance Building (Edificio ad alta efficienza) come:

“

[...] a building integrates and optimizes all major highperformance building attributes, including energy efficiency, durability, life-cycle performance and occupant productivity.

120

Energy Policy Act (EPACT) 2005

Grande importanza assumono quindi i consumi energetici e la produttività degli occupanti, specie in contesti commerciali o educativi, in cui il controllo del comfort è fondamentale per migliorare la concentrazione e la capacità di apprendimento. È noto infatti come il benessere della persona all’interno di un ambiente, oltre alle ovvie questioni di salute, incida non soltanto sulla sua concentrazione e produttività, ma anche sulla cura dell’individuo nei confronti dell’edificio, anch’essa direttamente proporzionale al comfort. Tale questione è stata lungamente approfondita nel capitolo dedicato alla qualità dell’aria interna, uno dei fattori chiave per il comfort degli occupanti.

6.1.1 DEFINIZIONI Una definizione complessiva di Facility Management lo descrive come un approccio integrato alla manutenzione, ottimizzazione e all’adattamento di un edificio al fine di creare un ambiente che possa supportare gli obiettivi primari di una azienda. Secondo un’altra definizione dell’IFMA invece, la più grande organizzazione al livello mondiale che si occupa di promuovere e sviluppare il FM, quest’ultimo è visto come:

“

A profession that encompasses multiple disciplines to ensure functionality of the built environment by integrating people, place, process and technology.

Detto in altri termini, il Facility Management è il processo di progettazione, implementazione e controllo attraverso il quale le facility (ovvero gli edifici e i servizi necessari a supportare e facilitare l’attività dell’azienda) sono individuate, specificate, reperite ed erogate allo scopo di fornire e mantenere quei livelli di servizio in grado di soddisfare le esigenze aziendali, creando un ambiente di lavoro di qualità con una spesa il più possibile contenuta. Quello del Facility Management è perciò un approccio integrato che, attraverso la progettazione, pianificazione ed erogazione di servizi di supporto all’attività principale dell’azienda, mira ad aumentare l’efficacia dell’organizzazione e a renderla

121

capace di adattarsi con facilità e rapidità ai cambiamenti del mercato. I tre aspetti principali che caratterizzano la disciplina del Facility Management sono quello strategico, quello analitico e quello gestionale-operativo. L’aspetto strategico concerne ogni decisione relativa alla politica di gestione e reperimento dei servizi, di distribuzione delle risorse da impiegare per supportare gli obiettivi corporate (predisposizione e gestione del budget, ripartizione dei costi, scelta del fornitore, eccetera). L’aspetto analitico è relativo alla comprensione delle necessità dei Clienti Interni relative ai servizi, al controllo dei risultati della gestione e dell’efficienza nell’erogazione del servizio, all’individuazione di nuove tecniche e tecnologie che supportino il business aziendale. Si tratta quindi di un aspetto fondamentale per far sì che il Facility Management contribuisca concretamente al conseguimento degli obiettivi dell’azienda. L’aspetto gestionale-operativo concerne la gestione e il coordinamento di tutti i servizi complessivamente intesi (non dei singoli servizi) e include la definizione di sistemi e procedure e l’implementazione e re-ingegnerizzazione dei processi di erogazione. Tipicamente il FM si compone di una serie di attività di diversa natura e che coinvolgono figure professionali anche molto diverse. Tali attività vengono suddivise convenzionalmente in due ampie categorie:

Soft Facility Management Tutte le attività che rendono l’ambiente più confortevole e sicuro, che impattano direttamente sulla customer-experience. Tra i servizi “soft” si annoverano: • Servizi

di pulizie e sanificazioni;oServizi di disinfestazione e

derattizzazione; • Gestione

dei rifiuti;

122

• Servizi

generali (security, gestione della posta, fattorinaggio,

reception, …).

Hard Facility Management I servizi prettamente tecnici, correlati al buon funzionamento del sistema edilizio: • Gestione

dell’anagrafica dell’immobile;

• Monitoraggio • Space

dell’immobile;

Management;

• Gestione

degli aspetti di sostenibilità (rispetto di requisiti per

l’ottenimento di determinate certificazioni); • Programmazione

della manutenzione ordinaria e straordina-

ria dell’edificio e degli impianti; • Gestione

delle utenze e relativi consumi;

• Gestione

del comfort ambientale.

La categoria dell’Hard FM sarà quella di cui si occuperà questo studio, in quanto strettamente legata agli aspetti ingegneristici dell’edificio: la gestione delle hard facilities è volta a garantire che ogni aspetto e funzionalità di un organismo edilizio sia effettivamente ed efficacemente per come è stato progettato.

6.1.2 SUSTAINABLE FACILITY MANAGEMENT La crescente attenzione mondiale nei confronti degli aspetti riguardanti le questioni ambientali, sta contribuendo notevolmente a modificare il modo in cui i governi, e di conseguenza le aziende, si rapportano con il concetto di sostenibilità. Gli aspetti riguardanti la riduzione dei consumi, lo smaltimento dei rifiuti e le emissioni stanno infatti negli ultimi anni guadagnando posizioni importanti nelle agende degli amministratori aziendali, sia per gli evidenti motivi legati alla riduzione dei costi e all’efficienza, che per la volontà di mostrare la propria posizione morale nei confronti della salvaguardia ambiente. In questo contesto risulta evidente che le operazioni di Facility Management siano fondamentali per implementare attività

123

che incrementino la sostenibilità di un’organizzazione, rendendo necessario il ripensamento di nuove prospettive sulla misura e la gestione delle performance. Per questo motivo è stato introdotto il concetto di Sustainable Facility Management (SFM), che mira a integrare le funzioni del

Baaki et al., 2016

FM con gli aspetti della sostenibilità, intesa non soltanto a livello ambientale, ma anche riguardo questioni sociali ed economiche. Il SFM si può dunque descrivere in termini di redditività economica, responsabilità aziendale e consapevolezza sociale di un’organizzazione. La gestione sostenibile è dunque un punto cruciale negli obiettivi aziendali: la funzione del FM è fondamentale per l’aggiunta di questo valore, attraverso attività mirate. Di conseguenza vi è la necessità di misurare l’apporto della gestione nell’ottenimento degli obiettivi di sostenibilità, in modo da poterlo quantificare e creare un’associazione diretta con il core business aziendale. Baaki et al., Struttura dell’integrazione tra SFM e core business aziendale 2016

Una gestione sostenibile dell’edificio permette di avere non solo risparmi economici e impatto sociale, ma anche e soprattutto un ambiente più salubre e gradevole che porta, come scritto nel capitolo sulla qualità dell’aria, a diversi vantaggi, come la maggiore produttività e minore assenteismo. Inoltre è possibile aumentare la sensibilità dei dipendenti e degli occupanti dell’edificio nei confronti delle questioni della sostenibilità, tramite sessioni di educazione che facciano comprendere

124

l’impatto delle proprie azioni sull’edificio, questione già trattata nel capitolo sulla ventilazione. Nell’ambito di questa tesi ci si concentrerà in particolare sugli aspetti ambientali, che maggiormente interessano gli aspetti e le performance legate all’organismo edilizio e alla sua gestione. Nei capitoli successivi sarà infatti indagata una modalità di misurazione delle performance ambientali tramite appositi indicatori e la possibilità di redigere report di performance a supporto del SFM.

6.1.3 INTEGRAZIONE TRA BIM E FM L’approccio al progetto attraverso il Building Information Modeling prevede, come spiegato nel capitolo dedicato alla modellazione informativa, il supporto al Facility Management all’interno della cosiddetta “settima dimensione” (7D). In questa dimensione si utilizza il modello as built dell’edificio al fine di supportare le fasi operative del ciclo vita dell’edificio. I vantaggi di un’implementazione del FM attraverso la metodologia BIM sono molteplici e vengono costantemente aggiornati dalle continue ricerche nell’ambito. Si è cercato di raccogliere e riassumere quelli che sono i principali allo stato attuale, dividendoli in sei macro-categore di seguito descritte.

Localizzazione e visualizzazione della componentistica Per il rilevamento e la risoluzione dei problemi, nell’ambito della manutenzione, è necessario individuare le componenti dell’edificio quali impianti, materiali e finiture. Questa attività può essere spesso, se si utilizza un approccio tradizionale, ripetitiva e onerosa in termini di tempo, in quanto è necessaria una ricerca in disegni e schemi cartacei. Con l’adozione del BIM, il personale addetto al FM è in grado non soltanto di cercare, visualizzare, filtrare ed evidenziare le informazioni di cui necessita tramite il modello 3D dell’edificio, ma anche di reperire informazioni specifiche riguardo la manutenzione, in termini tecnici e cronologici. In questo modo si riducono notevolmente tempi e costi e si aumenta la produttività dei processi di FM.

125

Catalogazione e graficizzazione dei dati Le attività di FM richiedono la gestione di ingenti quantità di informazioni sulla costruzione, contenute spesso in diversi database. Si rende quindi necessario avere un metodo immediato per accedere a tali dati in tempi brevi. Con un modello BIM, l’interfaccia grafica 3D può mostrare tutti i dati necessari di qualsiasi oggetto del sistema edilizio. Recenti ricerche hanno inoltre dimostrato la possibilità di visualizzare in tempo reale i dati sul modello, tramite l’utilizzo di sensori, per visualizzare sul modello diverse informazioni ambientali (livelli di illuminazione, temperatura, qualità dell’aria ecc.). Le ricerche hanno dimostrato che visualizzare graficamente il dato su un modello fisico rende le analisi ed il decision making più semplice ed immediato. Questo vantaggio è amplificato dal fatto di poter lavorare sul modello anche sulla “quarta dimensione”: i cambiamenti e le modifiche nel tempo.

Gestione degli spazi - Space Management La gestione dello spazio svolge un ruolo importante sia nell’utilizzo dello spazio fisico che dei locali e nell’ottimizzazione della produttività e della soddisfazione lavorativa degli occupanti. Il modello BIM offre una visualizzazione realistica dello spazio e illustra la relazione tra gli spazi, rendendo possibile un maggior supporto per la gestione degli spazi.

Controllo della manutenzione La manutenibilità di una struttura è la capacità di ottimizzare le prestazioni mantenendo i costi al minimo durante tutta la vita utile dell’edificio. Unendo i dati dimensionali e spaziali del modello BIM ai documenti relativi alla manutenzione si ha un grosso vantaggio. Questa unione permette potenzialmente di effettuare verifiche preventive sul modello e di individuare le possibili cause di un guasto o un malfunzionamento dovute a elementi o condizioni di contorno. Infine, si ha il vantaggio di tenere traccia delle operazioni di manutenzione in un unico modello, avendo sempre a disposizione la cronologia degli interventi.

126

Gestione dei consumi energetici Collegando il BIM con i dispositivi di rilevamento in tempo reale per il monitoraggio e possibile automatizzazione delle operazioni, è possibile ridurre considerevolmente il consumo energetico e individuare le possibili cause di determinate condizioni. Il BIM potrebbe anche consentire agli utenti di visualizzare i dati storici e utilizzarli per creare diversi scenari ipotetici.

Gestione della sicurezza È possibile utilizzare le rappresentazioni 3D di edifici e le relative analisi per agire efficacemente in situazioni di emergenza come calamità naturali, epidemie, incendi ecc. Il BIM è utilizzabile anche per determinare l’emergenza per esempio localizzando sul modello un incendio o una fuga di gas tramite l’utilizzo di sensori appositi, supportando in questo modo le operazioni di soccorso. Risulta chiaro che per tutti questi scopi, l’utilizzo integrato di un apparato sensoristico permetta un controllo più preciso, efficiente ed efficace di tutti gli aspetti sopracitati, permettendo di raccogliere dati in tempo reale sull’effettivo comportamento dell’organismo edilizio. Questi vantaggi saranno analizzati nello specifico nei successivi paragrafi.

6.2 LA SENSORISTICA NELL’AEC I sensori sono dispositivi che permettono di misurare diverse grandezze ambientali come ad esempio la temperatura, i livelli di diossido di carbonio, la pressione, l’umidità eccetera. Come accennato in precedenza i sensori vengono tradizionalmente installati mediante cablaggio: un sistema che pone diversi problemi, sia in termini di posizionamento che di costi di installazione. L’utilizzo di sistemi senza fili, o wireless, permette infatti una maggior flessibilità e diversi altri vantaggi, come descritto nella tabella seguente.

127

Caratteristiche

Wireless Sensor Network

Wired Sensor Network

Requisiti di installazione

Non necessita di un’infrastruttura fissa per configurare il network

Necessita di un’infrastruttura esistente

Costo

Minori costi impiantistici

Alti costi di installazione

Configurazione

Semplice, senza cablaggio

Più complicata, richiede connessioni via cavo

Mobilità

Più flessibile, facilmente riconfigurabile e rimovibile

Limitata

Tempo di installazione

Meno tempo

Più tempo

Velocità

Minore

Maggiore

Sicurezza

Debole, data la maggior accessibilità

Maggiore, sistema locale

Alimentazione

A batteria, devono essere periodicamente sostituite

Energia via cavo

Huong Nguyen KTH Master’s thesis in Real estate and construction management sempre più utilizzo deiperformance WSN (Wireless Sensor “IoT and BIMmassiccio integration to improve building from occupants’ perspective”

Network) ha incentivato e facilitato in maniera considerevo-

le l’avvicinamento del mondo “fisico” a quello digitale, come 4.5.2.1. WSN Components spiegato in precedenza parlando di IoT.

WSN is composed by two type of devices: wireless sensors nodes and gateways (Figure 8). •

The core of the sensor network, called sensor node, is typically created by six 6.2.1 COMPONENTI DEI WSN main components: processor, sensors, communications radio, power supply,

Pur trattandosi la maggior delle There volteare di several sistemisensor molto memory and actuators (Yick, etparte al., 2008). nodes connected tosia thedal gateway in adi sensor network. complessi punto vista informatico che da quello im•

The gatewaysi WSN have the function to coordinate several sensor nodes, gatheri the piantistico, sono composti da due elementi basilari,

information collected by the nodes, temporary store and transmit the information. The gateway work as a bridge that connect sensor network to the external system.

“nodi” e i “gateway”.

Malatras et. al., Architettura di un WSN con topologia a mesh 2008

Figure 7 - WSN deployment architecture (Malatras et al., 2008, p.502).

4.5.2.2. Comparison of wireless and wired sensors network

128

WSN brings several advantages compared to wired sensor networks, that might be

I primi sono considerabili l’elemento chiave del sistema, ovvero quello delegato al raccoglimento concreto del dato. Ad un livello di dettaglio superiore, il nodo è formato a sua volta dasei componenti: il processore, il sensore, il sistema per la comunicazione, l’alimentatore, la memoria e l’attuatore. Diversi nodi formano un network e sono connessi ad un unico gateway: quest’ultimo ha la funzione di coordinare una molteplicità di nodi, raccoglie i dati che inviano e trasmetterli al sistema centrale; il gateway è infatti una sorta di “ponte” necessario per trasmettere il dato al sistema centrale di riferimento. L’interfaccia e l’architettura del sistema dipendono dal tipo di protocollo di comunicazione utilizzato: ne esistono infatti diversi, tra i quali è utile citare i più diffusi come ZigBee, Z-Wave e LoRa. Tra loro si differenziano prevalentemente per il tipo di frequenza utilizzata nella comunicazione, correlata alla distanza percorribile e alla capacità di penetrazione dei solidi, dal consumo energetico e, come detto per l’architettura, o “topologia di rete”. In questo studio si è ritenuto opportuno non approfondire ulteriormente la questione, in quanto, trattandosi di una materia estremamente complessa, richiede competenze e nozioni informatiche estremamente specialistiche, estranee a questo corso di laurea.

6.2.2 L’INTERNET OF THINGS Nei paragrafi precedenti sono state analizzate le potenzialità fornite dall’integrazione di un sistema sensoristico a supporto del Facility Management, a sua volta integrato nel processo BIM. Risulta quindi necessario approfondire il significato di Wireless Sensor Network, per comprendere meglio di cosa si tratti e i principi di funzionamento e di conseguenza in che modo applicare concretamente queste tecnologie al progetto.

Definizione Nell’ambito di questa ricerca si è voluta focalizzare l’attenzione sul concetto di Internet of Things, ovvero un sistema sensori-

129

stico che si basa su uno scambio dati senza fili e in taluni casi connessa a internet. L’utilizzo di oggetti connessi alla rete sta avendo negli ultimi anni una crescita esponenziale, questo permette a tutti i settori di raccogliere una quantità infinita di dati da utilizzare per i fini più diversi. I numeri presenti nei report riguardanti la questione aiutano a comprendere la dimensione e l’importanza del fenomeno: si parla di 36,8 miliardi di “oggetti connessi” (tra cui dispositivi per la smart home, dispositivi indossabili, smartphone, eccetera) entro il 2025 e con la previsione di arrivare a 50

Fonte: McKinsey IoT KIP 2018

miliardi entro il 2030. Questi numeri possono aiutare a giustificare gli investimenti economici nel settore dell’Internet of Things, che si stima arriveranno a 123 miliardi di dollari nel 2021. L’Internet of Things può essere definito come:

“

interconnection of sensing and actuating devices providing the ability to share information across platforms through a unified framework, developing a common operating picture for enabling innovative applications.

Gubbi et al., 2013

Huong Nguyen

Gli oggetti di tutti i giorni vengono ed KTH Master’s thesisconnessi in Real estate andinterconnessi, construction management “IoT and BIM integration to improve building performance from occupants’ perspective”

in modo da facilitare, nei campi più disparati, le azioni o le scelte quotidiane.

Figure 6 - Internet of things (Atzori et al., 2010, p.2789)

L’IoT può essere definito come una combinazione di tre paradigmi: With a more user-centric and visionary description, IoT is identified as interconnection of sensors• and actuators providing the ability to collect and analyze data, then represent Internet-oriented (middleware) and share information across platforms through a unified framework for supporting the • Thing-oriented creation of further innovative(sensori) applications (Gubbi, et al., 2013).

4.5.2. Sensor networks In this thesis, the artifact studied within the internet of things is sensors contained 130 within sensor networks that will be described below. Sensors are devices which has the capability to measure various parameters in the

Atzori et al., Rappresentazione sinottica della struttura dell’Internet of Things

Atzori et al., 2010

• Semantic-oriented Gubbi et al., 2013

(conoscenza)

Una definizione maggiormente user-centric, identifica l’IoT come l’interconnessione tra sensori ed attuatori che, per raccogliere ed analizzare dati, in modo da poterli rappresentare e derivarne un’informazione, supportando così la creazione di nuove e innovative applicazioni. L’utilizzo di sistemi sensoristici basati sull’IoT può significare un valore importante per la gestione di vasti asset, eliminando il fattore spaziale e temporale del monitoraggio: l’informazione risulta infatti sempre disponibile e non vincolata da distanze spaziali, con conseguenti semplificazioni a livello gestionale.

Stato dell’arte L’integrazione tra l’IoT e il BIM è una questione molto discussa e oggetto di molte ricerche recenti: sono stati individuati diversi metodi di integrazione per riuscire a sfruttare questo sistema a seconda delle esigenze. L’interesse su questo tema è ben descritta da un recente reTang et al., 2019

view article che, analizzando 97 paper al riguardo, ha cercato di delineare i principali utilizzi e metodologie. Dalla ricerca è evidente come l’implementazione dell’IoT possa essere un importante supporto in diversi ambiti e fasi nel mondo dell’AEC (Architecture Engineering and Construction). Di seguito si elencano i principali: • Monitoraggio

del cantiere: l’implementazione riguarda non

solo la sicurezza sul cantiere (con la possibilità di tracciare in tempo reale la posizione di operai e macchinari per evitare collisioni o l’esposizione a sostanze nocive), ma anche la possibilità di tracciare in ogni momento la posizione di strumenti e la gestione degli approvigionamenti. Questi aspetti sono di fondamentale importanza quando in cantieri di importanti dimensioni ed evitano incidenti e perdite di tempo; • Controllo e monitoraggio delle lavorazioni: sempre nell’ambi-

to del cantiere, è possibile aumentare notevolmente i controlli sulle lavorazioni sia dal punto di vista del progresso (facilitando

131

la redazione del SAL) che della qualità (si pensi per esempio al supporto nella catalogazione dei provini di c.a.); • Automazione

nella prefabbricazione: è possibile facilitare no-

tevolmente le operazioni di fabbricazione mediante tag che ne identifichino i componenti e la loro locazione nel cantiere e posizione nella struttura; • Facilty

management: il caso approfondito nell’ambito di que-

sta ricerca. I benefici e gli ambiti sono stati ampiamente descritti in precedenza. La ricerca, considerando la vastità delle applicazioni interessate, è destinata a crescere in modo esponenziale nel tempo. Possibili trend futuri sono stati individuati soprattutto nel monitoraggio sempre più avanzato del cantiere e nella possibilità di aggiornare in modo automatico il modello BIM sulla base dei dati provenienti dai device IoT.

6.3 SISTEMI SENSORISTICI PER IL FM Affiancare uno strumento come il BIM ai processi gestionali del FM è senz’altro uno degli obiettivi ai quali si sta puntando sempre con più convinzione negli ultimi anni, con l’auspicio di arrivare al pieno completamento e ottimizzazione della “settima dimensione” di cui si è parlato. In questo caso quindi l’utilizzo della metodologia BIM va a vantaggio non più soltanto degli attori progettuali ma anche dell’utente finale ed in particolar modo del proprietario dell’immobile:

“

Owners can realize signiﬁcant beneﬁts on projects by using BIM processes andtools to streamline the delivery of higher quality and better performing buildings.

Osservando il grafico si può osservare come i benefici nell’adottare il BIM per il FM influiscano di parecchio sul valore e sulla linearità del valore documentale del FM, a differenza di

132

C. Eastman et al., BIM Handbook: a Guide to Building Information Modeling 2011

I benefici nellâ&#x20AC;&#x2122;adozione del BIM sulla linearitĂ del valore documentale [Eastman, 2011]

quanto accade con i processi tradizionali, durante i quali vi sono continue perdite di informazioni. I benefici dell’utilizzo del BIM per il FM sono quindi vasti: l’aumento di prestazioni generali dell’edificio, la riduzione del rischio finanziario attraverso valutazioni più accurate e nelle fasi iniziali del progetto, la stima dei costi “automatizzata” e dinamica e una gestione e manutenzione ottimizzata dal continuo aggiornamento sul modello centrale. Il passo successivo nel rendere sempre più efficiente il dialogo tra FM e BIM è, per natura stessa delle operazioni svolte nella fase di FM, l’implementazione di un network di sensori utili al rilevamento di diversi dati dagli ambienti e dagli apparati impiantistici e tecnologici. La realizzazione di una piattaforma per il FM che sfrutta le potenzialità degli strumenti BIM ed è allo stesso tempo supportata da una rete sensoristica per la raccolta dei dati, può portare diversi vantaggi, in quanto si realizza il passaggio concettuale tra il livello dei “dati” e quello della “saggezza”, come illustrato nella piramide DIKW. J. Rowley, La piramide gerarchica DIKW 2007

WISDOM

KNOWLEDGE

INFORMATION

DATA

Livello

Definizione

Processo

Dati

Dato grezzo

Accumulazione

Informazioni

Dato utile e significativo

Dare forma e funzionalità

134

Conoscenza

Comprensione dell’informazione

Analisi e sintesi

Saggezza

Uso delle conoscenze per raggiungere degli obiettivi

Giudizi e azioni coerenti

La grande quantità di dati che è possibile raccogliere tramite l’installazione di sensori deve necessariamente essere associata ad un processo di manipolazione ed analisi per portare dapprima ad un livello di “informazione” per poi passare a quello della “conoscenza” ed infine al livello massimo, quello della “saggezza”, attraverso il quale è possibile operare per giungere al fine prestabilito.

6.3.1 BENEFICI NELL’INTEGRAZIONE SENSORISTICA NEL FM La grande diffusione in tutti gli ambiti dell’ICT (Information Communication Technologies), ha determinato un’implementazione sempre più massiccia della tecnologia all’interno degli edifici, a tutti i livelli. I sistemi domotici di home automation sono infatti un trend molto diffuso nelle ricerche negli ambiti architettonici e ingegneristici, non soltanto perchè semplificano notevolmente molteplici azioni quotidiane all’utente finale, motivazione perlopiù legata al marketing, ma anche e soprattutto per gli enorme valore che può avere per gli addetti ai lavori. L’utilizzo dei sensori, pur rappresentando soltanto una minima parte della tecnologia, rappresenta lo strumento fondamentale e primario per la raccolta dati, operazione che sta alla base della conoscenza o wisdom: non è un caso che l’epoca in corso sia da molti definita la Big Data Era. I sistemi sensoristici o WSN (Wireless Sensor Network), sono attualmente integrati in diversi apparati BMS (Building Management System), sistemi per la gestione integrata di tutte le funzioni tecnologiche di un edificio che non integrano però tutti i vantaggi dell’utilizzo del BIM visti in precedenza.

135

I vantaggi dell’applicazione di WSN all’interno degli edifici per facilitarne la gestione sono quindi noti e sono sotto molti aspetti paragonabili a quelli già visti relativi all’integrazione tra BIM e FM, proprio perchè i sensori non modificano il processo bensì mirano ad una sua seplificazione ed ottimizzazione. Di seguito sono descritti i maggiori benefici sintetizzati da una ricerca del 2010. Si fa notare che i seguenti punti si riferiscono all’integrazione di sistemi sensoristici nell’ambito della gestione dell’edificio in senso generale e non all’interno del processo BIM.

Misura delle performance Un WSN ha la capacità di misurare le performance di un edificio in maniera più dettagliata rispetto ai metodi tradizionali, riuscendo a collezionare dati nel tempo correlandoli alle performance.

Accesso real-time Questa funzione permette di accedere ai dati in ogni momento e da qualunque posto, dando la possibilità al gestore di tenere un monitoraggio continuo del funzionamento dell’edificio.

Energia e comportamenti dell’utente I dati dei sensori e quelli dei consumi energetici possono essere messi in relazione per comprendere il comportamento degli utenti e valutare eventuali necessità di intervento a tal proposito.

Diagnostica dei problemi Collezionare dati dai sensori e sul comportamento degli utenti in un determinato spazio e per uno specifico lasso temporale può rivelare eventuali problemi presenti nell’organismo edilizio.

Controllo e gestione automatico dell’energia I dati dei sensori possono essere utilizzati anche per l’Energy Management System (EMS), in modo da automatizzare ed ottimizzare la gestione dei consumi energetici. Ai vantaggi che riguardano le performance e il controllo dell’edificio, si è ritenuto opportuno in questa ricerca aggiungere

136

S. Li & Becerik-Gerber, Exploring the Use of WSN in Building Management 2010

un altro aspetto, derivante dall’attenzione nei confronti del comfort dell’occupante.

Comfort dell’utente Riuscire a raccogliere dati sull’utente al fine di incrementare il suo benessere porta un grosso vantaggio non soltanto personale, in termini di salute e felicità, ma anche, come visto nei capitoli precedenti, all’intera organizzazione/azienda: vi è l’incremento di produttività oltre che un’importante riduzione dell’assenteismo. Risulta dunque evidente come un’attenta integrazione dei sistemi sensoristici all’interno della gestione dell’organismo edilizio (FM) possa risultare estremamente vantaggiosa, tanto più se associata ad una gestione attraverso strumenti BIM. I vantaggi nell’utilizzo di strumenti BIM al posto dei convenzionali metodi gestionali (BMS) è rappresentato nella comparazioK-M. Cheng et al., An Automated IoT Visualization BIM Platform for Decision Support in FM 2018

ne sottostante, che prende ad esempio un ambiente del National Palace Museum, il più grande museo d’arte per dimensioni

Appl. Sci. 2018, 8, 1086

16 of 18

e quantità di2018,opere diREVIEW Taiwan. Appl. Sci. 8, x FOR PEER Appl. Sci. 2018, 8, x FOR PEER REVIEW

16 of 18 16 of 18

Table 3. Comparison of the of past case studies and this research project. Table 3. Comparison of the results ofresults past case studies and this research project. Table 3. Comparison of the results of past case studies and this research project.

System System Name System Name Name

National Palace Museum Collection National Palace Museum National Palace MuseumCollection Collection Environmental Monitoring System [28] Environmental Environmental Monitoring MonitoringSystem System[28] [28]

Automated IoT Visualization BIM Automated IoTIoT Visualization BIM Automated Visualization Platform Platform BIM Platform

Temperature, Temperature, Temperature, humidity humidity humidity

Temperature, Temperature, Temperature, humidity, humidity, humidity, PMV, PMV, PMV, other (customized) other (customized) (customized)

System System display System display display

Context Context view Context view index view index index

4.2. Reusability of the Proposed System 4.2. Reusability of the Proposed System The case presented in this study demonstrates the use of the proposed system to integrate The case presented in this study demonstrates the use of the proposed system to integrate sensors and visualize the sensor data from the context ofthe the proposed comfort of asystem particular space. This section The case presented this study demonstrates thecontext use ofof tospace. integrate sensors sensors and in visualize the sensor data from the the comfort of a particular This section discusses how the system can becontext adapted to (1) monitor a different space employing the same context and visualizediscusses the sensor fromcan thebe of(1) the comfort of a particular space. Thiscontext section how data the system adapted to monitor a different space employing the same view, and (2) monitor a different space with a different context view. and (2) monitor differentto space with a different contextspace view. employing the same context discusses howview, the system can be aadapted (1) monitor a different In general, to adapt the proposed system to a different desired context, one only needs to provide In general, to adapt the proposed system to acontext differentview. desired context, one only needs to provide view, and (2) monitor a different space with a different the BIM model and a new set of sensors suitable for the desired context view; to change the calculation the BIM model and a new set of sensors suitable for the desired context view; to change the calculation In general, to adapt the proposed system to a different desired one needs to provide formula specified in the custom nodes in Dynamo, one needscontext, to change theonly formula predefined in formula specified in the custom nodes in Dynamo, one needs to change the formula predefined in the context viewer computation block, which is written in view; the Python language. A basic the BIM modelthe andcontext a newviewer set of sensors suitable for the desired context to change the calculation computation block, which is written in the Python language. A basic understanding of Python isin thus a requirement for adaptation. When applying the system in to a formula specified in the custom nodesis Dynamo, one needs to changeWhen the formula understanding of Python thus a requirement for adaptation. applyingpredefined the system to the a different space with the same context view (such as comfort PMV index), the sensors and space with sameiscontext (such as comfort PMVAindex), the sensors andof context viewerdifferent computation block,the which writtenview in the Python language. basic understanding microcontroller can be physically moved to the new target space, and a BIM model provided for that canfor be adaptation. physically moved to the new target and to a BIM model provided for that Python is thusmicrocontroller a requirement When applying thespace, system a different space with the space. When applying the system to a different space with a different context view, such as when When applying the system to a different space with a different context view, such as when same context space. view (such as comfort PMV index), the sensors and microcontroller be physically concerned about the air quality in an auditorium, the air quality index in the WELLcan Building Standard concerned about the air quality in an auditorium, the air quality index in the WELL Building Standard moved to the new target space, and a BIM model provided for that When system [29] can be used as the context view; in this case, a different setspace. of sensors, suchapplying as PM2.5, the PM10, and [29] can be used as the context view; in this case, a different set of sensors, such as PM2.5, PM10, and carbon with monoxide sensors, can be deployed in the auditorium, and the formula in the the context viewer to a different carbon space a different context view, in such as when concerned about air quality monoxide sensors, can be deployed the auditorium, and the formula in the context viewerin computation block of the data visualization process can be changed in accordance with the new air an auditorium, the air quality index in the WELL Building Standard [29] be used as the the context computation block of the data visualization process can be changed incan accordance with new air quality index (such as by using the weighted average of sensor values or the number of satisfactory qualityaindex (such set as by the weighted of PM10, sensor values or the number of satisfactory view; in this case, different ofusing sensors, such asaverage PM2.5, and carbon monoxide sensors, and nonsatisfactory sensors). Of course, in this example, a BIM model of the auditorium would need and in nonsatisfactory sensors). Ofthe course, in thisin example, a BIM model of computation the auditorium block would need can be deployed the auditorium, and formula the context viewer of the to be constructed if not already available. to be constructed if not already available.

4.2. Reusability of the Proposed System

La sala è stata equipaggiata con 13 sensori, alcuni di essi posti

all’interno delle teche in vetro a protezione dei manufatti. Dal confronto si nota come, mentre il metodo tradizionale fornisca

una serie di dati istantanei, ciascuno proveniente dal singolo

sensore, il sistema integrato all’interno del modello BIM mostri, attraverso un’efficace visualizzazione tridimensionale, non

il dato del singolo sensore bensì fornisca già una prima analisi,

data visualization process can be changed in accordance with the new air quality index (such as 5. Conclusions by137 using the weighted average of sensor values or the number of satisfactory and nonsatisfactory 5. Conclusions sensors). Of course, in study this example, BIM model of the auditorium would need to bevisualized constructed This proposed aa platform for transforming sensor data to context-based data if This study proposed a platform for transforming sensor data to context-based visualized data (comfort level in this case) and presenting the resulting color visualization via a BIM model. Such not already available. (comfort level in this case) and presenting the resulting color visualization via a BIM model. Such visualization allows a facility manager to see the distribution of values from the perspective of the visualization allows a facility manager to see the distribution of values from the perspective of the

una “informazione”, in questo caso il dato relativo al PMV (Predicted Mean Vote). Nel momento in cui i sensori ricoprono interamente l’edificio e i suoi apparati, risultano più immediate e semplici le operazioni di FM. Integrando inoltre tale processo nel modello BIM si avrà una connessione immediata tra il modello virtuale dell’edificio ed il comportamento reale dello stesso, in modo tale da poter comprendere le motivazioni o le cause di alcuni dati rapportandoli direttamente con il contesto costruttivo, materico o impiantistico in cui il sensore è inserito.

6.3.2 LA NATURA DEL DATO Nel capitolo relativo alla metodologia BIM per la gestione dell’intero ciclo vita di un edificio, si è fatto riferimento alla necessità e l’opportunità di utilizzare il modello, come collettore unico dei dati e delle informazioni dell’intero organismo edilizio. La maggior parte di queste informazioni è tuttavia di tipo “statico”, inserite nelle fasi progettuali: ci si riferisce ad esempio ai dati geometrici, ma anche a quelli relativi alle prestazioni o alla programmazione della manutenzione. L’integrazione di un network di sensori all’interno di questo modello, mira ad aggiungere altri dati a quelli già presenti, di natura più “dinamica” e variabile, che permettano di incrementare la conoscenza del comportamento dell’edificio rapportandolo con le situazioni di vita reale. La possibilità di conoscere il comportamento effettivo dell’edificio porta notevoli vantaggi nelle fasi operative, tuttavia la lentezza nell’adozione del BIM anche solo per la fase progettuale da parte dei soggetti coinvolti, della quale si è scritto nel precedente capitolo, rallenta di conseguenza i successivi step.

Il Data Warehouse L’insieme di questa molteplicità di dati derivanti dal modello BIM e dai sensori viene definito data warehouse, la piattaforma che rappresenta la base del processo decisionale.

138

Huong Nguyen KTH Master’s thesis in Real estate and construction management “IoT and BIM integration to improve building performance from occupants’ perspective”

is defined as the data warehouse. Data warehouse was created for not only storing data from different data sources of the building, but also integrating and analyzing those data to deliver actionable information, reports and data aggregation (Ahmed, et al., 2009). Ahmed et. al., Data Wharehouse 2009

Huong Nguyen KTH Master’s thesis in Real estate and construction management “IoT and BIM integration to improve building performance from occupants’ perspective”

Figure 8 - Data integration - Data warehouse (Ahmed, et al., 2009, p.2)

Theon analysis of implementation carried outdata and illustrated in section in Chapter 5 (2013) Based thetipo similar integration concept, Gökçe, et al., Questo di multi-dimensional dati risulta fondamentale per5.2.3 una attenta fase (Finding and analysis) is a small scaled example of this analytic layer. The analysis was created an interoperable platform architecture in building energy management system created by the synthesis of sensor’s data corresponding to the numberdelle of people operativa gestionale, soprattutto nell’ambito that contains of e three layers: data layer, information layer and tool layer (Figureperfor9). occupying the room/ area over time and the setpoint of indoor climate factors for the

occupants’ preferences. •mance Datadell’edifcio. layer consists of the data from sensor networks and 4D energy system design, energy simulation. si tratta di IFC comfort i parametri tecni•Quando Information layerperò provides buildingambientale, standard data model extracted from BIM Data source from occupants: with ofalldata stored specifications ofimportante building components, systems andin come sensors. ci incidono inlayer, maniera quanto limitata: In terms there aretanto two sources known as sensor data and BIM data Another input layer is the middleware, bridge forbyconnecting Tyréns case and in in the this conceptualized framework in the the study written Gökçe & sensor spiegato nelwith capitolo sullamentioned qualità il comfort dell’utenGökçe (2013). Another source as dell’aria, a source of data repository the sensor network the data information management platform. Both datafor from building energy management writtenand by stored Wang, et al., (2013) is building occupancyplatform network and BIM are loaded in the information management te information dipendebutmoltissimo da condizioni proprie dell’utente stesso thereall were no (data clear interpretations for integration data warehouse).about this source. il last vestiario indossato e le sue condizioni psicofisiche. Standing fromlayer, point of occupants’ occupants’ data isfunctions possibly considered as •come The tool layer, isperspective, designed with two main for monitoring and crucial as sensors’ and BIMs’. This supplementary data source, however, is necessary to smart controlling where the data integration is usable (Gökçe & Gökçe, 2013). define more clearly Occupants data as described below.

Data from occupants consists of three different type of information, responding to three

Perconditions questo motivo recenti ricerche of what occupants do, feel, and perceive. che mettono al centro il be• Do: In context of office building, eachsottolineato occupant has different type of workdi imnessere dell’occupante, hanno la necessità activities with its certain attributed tasks regarding characteristics of the

plementare lawork. il Data Warehouse con i where datioccupants provenienti occupants’ The position of personal workplace spend the dagli majority of their time at work is also important data.

utenti, Occupants Data. Questi dati risultano fondamentali al • Feel: Occupants have their own comfort zone consisting of both physical and

aspectsin thatmaniera may significantly user’s the fine di psychological determinare più affect fluida e satisfaction precisawith i set-point building performance.

Perceive: After using the building for a period, occupants will haveda feedback dei• parametri ambientali da impostare, in modo seguire il about how sufficient and insufficient they perceived the building to perform

più possibile letheir necessità dei soggetti. according to view. Their views might change over time.

Figure 9 - Interoperable Energy management system Architecture (Gökçe & Gökçe, 2013, p.167). Data source

Nguyen H., Dati provenienti dagli utenti 2016

Occupants’ data

Sensors’ data

BIM

Occupants’ data

Occupants’ requirements

Setpoint for occupants’ comfort zone

Figure 35 – Supplementary data source from occupants

I dati relativi agli utenti consistono in tre tipologie di informa69 zioni, che influiscono in modo diverso sul comfort: • Do:

informazioni riguardo l’attività svolta e le posizioni occu-

pate (fisicamente) all’interno dell’ambiente; • Feel:

informazioni che aiutano a definire quale sia la perso-

nale comfort zone dell’utente, in base a dati fisici e psicologici;

139

• Perceive:

si tratta della percezione generale sull’edificio (po-

sitiva/negativa) dopo un certo periodo di utilizzo, maturata sulla base di vari aspetti. La raccolta di questi dati risulta però molto complessa e delicata per quanto concerne gli aspetti di privacy. Nella maggior parte dei casi la raccolta avviene tramite questionari, che in futuro potrebbero essere per alcuni aspetti sostituiti o integrati dai cosiddetti wearable devices, i dispositivi indossabili, o dagli smartphone.

6.3.3 L’INFRASTRUTTURA DELL’INTEGRAZIONE BIM-IOT PER IL FM L’architettura del sistema di gestione dell’edificio si basa sulla piramide DIKW della quale si è accennato in precedenza: si tratta infatti di quattro layer differenti, ciascuno dei quali fondamentale per quello successivo. Huong Nguyen KTH Master’s thesis in Real estate and construction management “IoT and BIM integration to improve building performance from occupants’ perspective”

DATA These

data from

INFORMATIONwill occupants

ANALY-

TOOL TIC the rationale and essential be formed to deliver

layer requirement of occupantslayer layer layer for the sufficient indoor climate where their health, comfort and productivity are improved. SERVER

SENSOR NETWORK

MANOVRA

SOFTWARE

INFORMATICO ATTUATORI After that, it is necessaryCENTRALE for establishment of a set-point for indoor environmental factors (noise, temperature, air quality, light, etc.) in order to fulfill the occupants’ • DATA layer: si tratta dei dati raccolti nel data warehause di requirement. These set-points for indoor environment, hence, will be used as before merging to other information from different sources in analytic activities. This set-point cui si isèespecially parlato in precedenza, provenienti dal modello BIM, dal used for analysis of sensor data to see how well the indoor climate of the building is. In addition that, specific requirements from occupants about indoor network di sensori etodalle informazioni sugli utenti; climate factors could facilitate the evaluation of facility management. This emerging knowledge will be used to decision- and action-making through different tools/ • INFORMATION layer: è oril controlling. livello in cui vengono organizzati i applications of viewing, monitoring

Based on that, a model is created with an expansion of a supplementary data source from dati grezzi provenienti dalle varie sorgenti; occupant and a layer of analytic to existing frameworks (figure 36 below).

Nguyen H., Architettura dell’integrazione tra BIM, sensori e dati dagli occupanti 2016

LAYER Information layer

Occupants’ requirements

Occupants’ data

Access point Access point

Drawing model

Gateway

Sensor network BIM

SOURCE

Occupant

Data layer

Cloud

BIM

Analytic layer

Tool layer

Setpoint for occupants’ comfort zone

Sensor data analytic

Viewing Monitoring Controlling

Standard data format (IFC/CoBie)

Figure 36 - Framework of BIM and sensor integration to improve building performance for occupants' perspective

140

• ANALYTIC

layer: la fase di analisi delle informazioni al fine di

creare una “conoscenza” del problema che si sta analizzando; • TOOL

layer: rappresenta il momento decisionale, in cui si tra-

duce in “operazioni” concrete quello che si intende fare per risolvere il problema. Le azioni principali sono di visualizzazione, monitoraggio e controllo.

6.4 BIBLIOGRAFIA • O. Tronconi,

and A. Ciaramella, Facility Management: How to

design, assess, purchase and manage services, FrancoAngeli, 2016

• H.

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formation Model to Support Facility Management, Sustainability 11.24 (2019): 7007

• A.

Pelzeter, Reporting Sustainability in Facility Management,

ING IN (2014): 306

141

CAPITOLO

Il caso studio: la scuola dell’Argentario In questo capitolo si presenta il caso studio oggetto di questo lavoro di tesi, la scuola secondaria dell’Argentario a Cognola. Si è studiato innanzitutto il contesto, in particolare le condizioni ambientali in riferimento ai venti prevalenti per poi scendere alla scala dell’edificio per comprenderne appieno criticità e i punti di forza.

7.1 INTRODUZIONE La Scuola Secondaria dell’Argentario è stata scelta come caso studio di questo lavoro di tesi in quanto si tratta di un edificio di grande valore dal punto di vista della posizione e del contesto in cui è inserita, qualità di cui è però fortemente sprovvisto l’edificio, sia internamente che esternamente. L’edificio, costruito agli inizi degli anni Ottanta, risulta infatti sin dall’esterno privo di una propria identità e rinchiuso nei canoni estetici tipici dell’architettura prefabbricata dell’epoca. Anche gli spazi interni riflettono la rigidità di questo metodo costruttivo e risultano in certi punti quasi claustrofobici. La scuola di Cognola presenta svariate problematiche comuni agli edifici scolastici costruiti in quel periodo, che sono state elencate nel capitolo 2 riguardante il patrimonio edilizio.

Vulnerabilità sismica

Inefficienza energetica

Accessibilità

Obsolescenza architettonica

Inquinamento indoor

L’ufficio tecnico del Comune di Trento, proprietario e gestore dell’immobile, sottolinea infatti la necessità di intervenire sulla costruzione da tutti i punti di vista: quello strutturale, per il quale è già in progetto un intervento di adeguamento sismico (2019), quello energetico, tema già oggetto di un progetto (2017) in attesa di realizzazione e architettonico. Anche la vice-dirigente dell’istituto, più volte incontrata per comprendere le esigenze e le carenze della struttura da chi la vive quotidianamente, sottolinea l’inadeguatezza funzionale dell’edificio, focalizzando l’attenzione in particolare sulla carenza di spazi e le condizioni pessime dei serramenti. I pareri sopracitati e i sopralluoghi svolti hanno quindi fatto emergere la necessità di intervenire anche dal punto di vista architettonico, per migliorare la qualità estetica e dell’edificio e sulla ventilazione, tema troppo spesso trascurato dalle Amministrazioni ma che, come visto nei capitoli precedenti, ha un grande impatto sulla salute degli studenti.

144

7.2 UNA SCUOLA IN COLLINA L’abitato di Cognola fa parte della Circoscrizione 6 “Argentario” del comune di Trento. La circoscrizione si sviluppa sulle colline ad est della città alle pendici del monte Calisio e comprende diversi agglomerati di media o piccola dimensione tra cui Villamontagna, Tavernaro, Martignano, Montevaccino, San Donà, Bergamini, Maderno, Moià e Zell.

7.2.1 LA CIRCOSCRIZIONE DELL’ARGENTARIO fonte: Centro studi e statistiche del Comune di Trento 2016

La circoscrizione dell’Argentario con i suoi 12.530 abitanti risulta essere, escludendo il centro storico, la quarta circoscrizione più popolosa del Comune di Trento. La popolazione della Circoscrizione dell’Argentario è composta da 5331 famiglie con un’ampiezza media della famiglia di 2,3 persone, media leggermente superiore a quella complessiva comunale di 2,2. I residenti, nonostante la situazione sia sostanzialmente stabile nel biennio 2015-2016, sono aumentati molto negli ultimi dieci anni, come testimonia il grafico relativo all’incremento demografico che ha visto una crescita del 12% dal 2000 al 2019, nonostante si tratti di un valore inferiore alla media delle altre circoscrizioni (14%).

Distribuzione per età della popolazione della Circoscrizione dell’Argentario

3,2%

0-10 11-13 14-18 19-29

11-13 anni

401 ragazzi

388 frequentano la scuola secondaria dell’Argentario

30-44 45-64 65-74 75 +

+12%

in 20 anni [media cittadina del 14%]

La distribuzione della popolazione per classi di età non si discosta granché da quella riferita all’intero comune: si ha una maggiore densità di adulti tra i 45 e i 64 anni ed una densità minore di anziani di almeno 75 anni.

145

fiume Adige

ferrovia autostrada A22

Cognola

confine comunale

centro storico Trento

La circoscrizione dellâ&#x20AC;&#x2122;Argentario e lâ&#x20AC;&#x2122;abitato di Cognola in relazione alla cittĂ di Trento

I giovani tra gli 11 e i 13 anni di età, fascia interessata dalla scuola secondaria di primo grado sono il 3,2% della popolazione, corrispondente all’incirca a 400 ragazzi, una media anche in questo caso leggermente maggiore rispetto a quella relativa all’intero comune. I dati relativi al reddito imponibile medio (Analisi dei redditi dei cittadini di Trento anno d’imposta 2016, fonte Comune Trento) divisi per circoscrizione indicano che l’Argentario, con una media di 27321€ è la seconda più ricca dopo quella di Villazzano. Da questa analisi si può inoltre notare che le zone collinari ad est della città, siano tra le più economicamente agiate. I principali servizi comunali offerti dalla circoscrizione sono due asili nidi, scuole dell’infanzia, tre scuole primarie e un’unica scuola secondaria oggetto di studio di questo lavoro di tesi, la scuola secondaria dell’Argentario. È inoltre presente una grande biblioteca comunale e diversi impianti sportivi.

7.2.2 L’ABITATO DI COGNOLA La frazione di Cognola di Trento è situata ad un’altitudine di 390 m s.l.m. e si trova in zona sismica 3, considerata a bassa sismicità e in zona climatica F. È situata sulle pendici del Monte Calisio, sulla destra idraulica del torrente Fersina e con esposizione prevalentemente a sud sud-ovest. Per la sua ottima esposizione la zona è interessata da attività antropiche fin dai tempi preistorici come testimoniano i diversi siti archeologici rinvenuti. Già dall’età del bronzo iniziano i disboscamenti per poter sfruttare il soleggiamento dell’area a fini agricoli, con le coltivazioni di cereali e vite. In epoca romana la zona di Cognola è organizzata in piccoli gruppi sparsi di case e case coloniche, localizzate secondo le necessità di sfruttamento agricolo della zona, caratteristica di organizzazione del territorio rimasta fino al diciannovesimo secolo. Cognola era attraversata da un ramo minore della Via Claudia Augusta, in corrispondenza delle attuali via alla Veduta, via alla Pellegrina e via alle Coste. Della fine del XIII secolo la prima menzione della chiesa intitolata a San Vito, San Modesto e San-

147

ta Crescenzia, fino al 1907 dipendente dalla Pieve di S. Pietro di Trento e in seguito parrocchia autonoma. Dalla sua costruzione l’edificio sacro costituisce luogo di aggregazione religioso, sociale e amministrativo. Nel XVI secolo Cognola è considerata alla stregua di un quartiere di Trento denominato Colondiello di Cognola ma nel 1672 viene concesso lo statuto comunale, che regola la gestione del territorio e i rapporti della popolazione con le autorità. Il magistrato consolare di Trento mantiene la competenza urbanistica. Il comune di Cognola è stato accorpato a quello di Trento il 13 novembre 1926. Mappa del “Comune di Cognola” nel Catasto Asburgico 1817

Storicamente l’abitato di Cognola comprende due nuclei distinti: Cognola di Sopra, costruita sul tracciato dell’antica Via Claudia Augusta ai piedi del Doss del Oseléra e che si sviluppa attorno all’antica piazza storica all’incrocio tra via alla Veduta e via Grezoni, e Cognola di Sotto, posta ad est del Doss Castion, sul quale si trova l’antico Castelér, struttura che nel periodo medievale fungeva da rifugio e difesa del comune, presente nella maggior parte degli abitati trentini. Oltre a questi due nuclei storici di dimensioni molto ridotte, costituiti prevalentemente da unità edilizie addossate di tipologia rurale con presenza di elementi architettonici di notevole pregio, l’abitato di Cognola è costituito prevalentemente da edifici singoli o complessi di case a schiera riconducibili al periodo della fine degli anni Settanta. In questi anni la fisionomia della zona registra cambiamenti sociali e economici, legati al

148

progressivo contrarsi dell’agricoltura e all’espansione della presenza operaia, a cui si affiancarono la nascita e l’affermarsi delle prime attività di servizio e l’inizio dei primi insediamenti residenziali da parte di nuclei familiari provenienti dall’esterno.

7.3 ANALISI DEL CONTESTO: LA VENTILAZIONE NATURALE Le strategie di ventilazione naturale, a differenza di altri sistemi come ad esempio gli impianti meccanici, necessitano di un’attenta integrazione con l’architettura; non è infatti possibile “aggiungere” la ventilazione naturale ad un progetto bensì deve essere presa in considerazione sin dalle prime fasi. La resistenza al flusso all’interno dell’edificio dipende infatti dalla sua morfologia, altezza, orientamento degli spazi e finiture. Nella progettazione è dunque fondamentale una costante visione tridimensionale che permetta un costante raffronto tra movimenti orizzontali e verticali dell’aria. La progettazione di un sistema per la ventilazione naturale risulta dunque molto complessa dal punto di vista architettonico, anche a causa di un gap evidente tra le conoscenze ingegneristiche sui meccanismi di funzionamento e l’implementazione pratica delle stesse all’interno di un progetto. Le difficoltà sono però senz’altro da imputare anche alla complessità del funzionamento stesso della termodinamica: l’interazione tra i flussi di calore all’interno degli spazi è molto onerosa dal punto di vista dei calcoli, nonostante l’utilizzo di tecniche sempre più moderne di CFD (Computational Fluid Dynamics) per riuscire a simulare il comportamento dell’aria. La forte dipendenza dai fattori esterni è infine un altro ostacolo alla progettazione in quanto il clima e le condizioni atmosferiche del sito influiscono notevolmente sul raggiungimento degli obiettivi desiderati. La natura mutevole dei parametri ambientali esterni, che varia a seconda delle stagioni e talvolta addirittura delle singole giornate, rende quindi necessario sviluppare diverse strategie per ciascuna condizione: una modali-

149

tà di funzionamento invernale, una estiva e, in molti casi, anche primaverile e autunnale. A tal proposito diversi studi hanno cercato di individuare i contesti maggiormente favorevoli all’implementazione della ventilazione naturale, al fine di supportare architetti e ingegneri a determinarne il potenziale e l’efficacia. Questo aspetto sarà ap-

I. Oropeza-Perez et al. Potential of Natural Ventilation in Temperate Countries: A Case Study of Denmark 2014

profondito nel prossimo paragrafo, in cui sarà analizzato l’utilizzo di un software apposito per determinare le potenzialità di un sistema di ventilazione nel contesto della scuola di Cognola.

7.3.1 CALCOLO DELLE POTENZIALITÀ DI VENTILAZIONE La metodologia riportata di seguito è stata utilizzata per determinare le potenzialità dell’utilizzo della ventilazione naturale in relazione alle condizioni climatiche esterne. La presenza di adeguati parametri naturali esterni come temperatura, umidità e velocità e direzione del vento, è una prima caratteristica necessaria, ma non sufficiente, per ottenere buoni risultati. Il metodo descritto richiede inoltre l’inserimento di parametri come le proprietà termiche dell’involucro, l’occupazione e le esigenze di ventilazione. I risultati ottenuti permettono di capire in quali periodi dell’anno sia opportuno utilizzare la ventilazione naturale per il raffrescamento dell’edificio, ma soprattutto, dato più rilevante per questa tesi, quando ne è sconsigliato l’utilizzo a causa delle temperature esterne troppo estreme. Lo strumento utilizzato denominato VCTool è un foglio di calcolo sviluppato all’interno dell’International Energy Agency (IEA) Annex 62; per un uso corretto è stata seguita la guida degli sviluppatori, che descrive nel dettaglio il funzionamento dell’applicativo.

Dati meteorologici La versione utilizzata del software utilizzata, prende in considerazione i seguenti dati climatici, a cadenza oraria per la durata di un anno: • Temperatura

di bulbo secco [°C]

150

A. Belleri & G. Chiesa Ventilative Cooling Potential Tool User Guide, v. 1.0 2012

• Punto

di rugiada [°C]

• Umidità

relativa [%]

• Radiazione

extraterrestre [Wh/m2]

• Radiazione

globale [Wh/m2]

In generale, sono stati utilizzati i dati storici relativi all’anno 2019 misurati presso la stazione meteorologica delle Laste a Trento, di cui si parlerà approfonditamente in seguito. Il dati relativi alla radiazione extraterrestre, non essendo un parametro rilevato dalla stazione, sono stati reperiti presso il dahttps://energyplus.net/weather

tabase del portale EnergyPlus. Il punto di rugiada è stato invece calcolato in maniera approssimata tramite l’equazione di Bosen (1958): Td = ( 112 + 0,9 T ) UR 0,125 - 112 + 0,1 T

Dati sull’edificio È necessario fornire all’applicativo dei dati generali riguardanti l’edificio: in particolare le caratteristiche dimensionale di un locale di riferimento e alcune specifiche tecniche. La stanza presa a riferimento è stata un’aula standard di 49 m2 di superficie e 3 m di interpiano. L’area della superficie finestrata presa a riferimento è quella relativa allo stato attuale, in quanto non si intende aumentare le superfici trasparenti. Si è preso in considerazione entrambi i casi di orientamento dei serramenti (nord e sud); si riportano tuttavia soltanto i risultati relativi all’orientamento sud, in quanto praticamente corrispondenti all’altro caso. Il “livello di comfort richiesto” si riferisce alle categorie presenti nella UNI EN 15251:2008 (in vigore alla data di emissione del software e attualmente sostituita dalla UNI EN 16798:2019). Si è optato per una richiesta di comfort di: Categoria II indicato per un livello normale di comfort, consigliato per edifici nuovi o ristrutturazioni.

151

Le specifiche tecniche richieste includono le proprietà termiche delle superfici opache e trasparenti, per le quali si è usato il valore di progetto fornito nella relazione del progetto di riqualificazione energetica del Comune di Trento del 2017. Non essendo presenti sistemi di ombreggiamento fissi, com valore nominale di ombreggiamento, shading control setpoint, è stato impostato il valore più alto relativo alla radiazione globale, come suggerito dal software. Il tasso di ventilazione minimo richiesto è stato impostato sulla base dei valori indicati dalle linee guida anglosassoni per gli ambienti scolastici, in cui si suggerisce un valore di: 8 l/s-persona

BB 101: Guidelines on ventilation, thermal comfort, and indoor air quality in schools UK, 2018

valore che è stato approssimato a: 4 l/s-m2 Infine, l’occupazione è stata calcolata per una media di 22 persone per ogni aula, che porta ad una densità di 2,22 persona/ m2.

Risultati I risultati ottenuti indicano la percentuale di tempo in cui è possibile trarre vantaggio dalla ventilazione naturale per il raffrescamento passivo dell’edificio; di conseguenza è possibile sapere quando le condizioni ambientali esterne rendano fisicamente possibile il funzionamento della ventilazione. Risultati relativi alle potenzialità di ventilazione

152

Dai grafici si evince che la ventilazione è efficace durante il 41% dell’anno, in particolare nei mesi da marzo a maggio e da settembre a ottobre. Nei mesi invernali si nota come, considerate le basse temperature, non sia indicato l’uso della ventilazione, in quanto porterebbe ad un’eccessiva dispersione termica.

7.3.2 LE CONDIZIONI AMBIENTALI DEL CONTESTO Le caratteristiche e i dati climatici del sito si riferiscono alla stazione meteorologica sita a Trento nella località Laste, distante circa 600 metri in linea d’aria dalla scuola di Cognola.

Stazione meterologica Nome: T0129 Trento (Laste) Altitudine: 312 m s.l.m. Latitudine: 46°04’18.5” N Longitudine: 11°08’08.5” E Stato: Attivo

Classificazione climatica In base alla classificazione proposta da i Köppen (1918), la città di Trento ha un clima temperato sub-continentale (Cfa), che descrive un clima caldo, con piovosità significativa e assenza di una stagione secca. Secondo la classificazione climatica dei comuni italiani (1993), la zone di Trento situate a meno di 431 m s.l.m. si trovano in zona E (da 2101 a 3000 gradi giorno). Venti prevalenti Il vento soffia prevalentemente da nord durante l’intero corso dell’anno con velocità moderate. In particolare si nota una prevalenza da nord-ovest durante la giornata (dalle ore 6 alle 21). Nel periodo notturno (dalle ore 21 alle 5) si nota invece una netta prevalenza di venti da nord-est, in tutti i mesi analizzati. Il periodo maggiormente ventoso è quello di maggio-giugno, in cui la velocità media raggiunge i 2,20 m/s; mentre la velocità media calcolata sull’intero anno 2019, è di 1,80 m/s.

153

VelocitĂ vento [m/s] 0,5 - 2,10 2,10 - 3,60 3,60 - 5,70 periodo _ 01.01.2019 - 31.12.2019 intervallo dati _ orario velocitĂ media _ 1,80 m/s

5,70 - 8,80

NORD

8,80 - 11,10

12 %

16%

20 %

Studio dei venti prevalenti La rosa dei venti annuale del sito di progetto

Altezze solari

NORD

altezza massima _ 67° // 21 giugno altezza minima _ 20° // 21 dicembre altezza media _ 50° // febbraio - ottobre

21 giugno

SOLSTIZIO DI ESTATE

21 mag - lug

21 apr - ago

21 mar - set

h8 h17

h12 21 feb - ott

50°

21 gen - nov 21 dicembre

SOLSTIZIO DI INVERNO

30°

Studio dei percorso solare Diagramma solare sferico del sito di progetto

0°

10°

210 ° 200°

190°

SUD

150 170°

160°

Sito di progetto Scuola secondaria dell’Argentario Trento - Cognola 46.074414N 11.143412 E 390 mslm

DIAGRAMMA SOLARE SFERICO SCUOLA MEDIA ARGENTARIO

Il grafico seguente mostra la rosa dei venti relativa all’intero anno 2019, mentre nell’Appendice B si riportano le rose dei venti relative ai periodi in cui, sulla base delle analisi descritte in precedenza, è possibile e vantaggioso utilizzare la ventilazione naturale. Per la costruzione delle rose dei venti, stati presi in considerazione i dati orari relativi alla velocità e alla direzione del vento durante il 2019, e sono state dapprima ricavati in primis dei diagrammi bimestrali (sulla base di analogie climatiche e quindi nel comportamento riguardo alla ventilazione come inicato dalle analisi) e di questi si è poi tenuto conto soltanto di tre fasce orarie durante la giornata, delle quali si è calcolata anche la temperatura esterna media. In questo modo è possibile visualizzare con precisione il comportamento del vento nei tre periodi della giornata (mattina, pomeriggio-sera e notte), per i diversi periodi stagionali, in modo da poter valutare con precisione le strategie di ventilazione possibili.

Irraggiamento solare Al fine di comprendere il posizionamento del sole durante l’arco dell’anno si è ricavato un diagramma solare sferico, in modo da determinare da quale direzione e con quale inclinazione i raggi solari colpiscano l’edificio. Dallo studio del grafico e dei dati è possibile definire l’altezza del sole nei vari periodi dell’anno; per le coordinate del sito in questione si segnala: • Una

altezza solare massima di 67° nel solstizio d’estate;

• Una

altezza solare minima di 20° nel solstizio d’inverno;

• Una

altezza solare media di 44° Durante l’intero anno;

• Una altezza solare media di 50° nel periodo febbraio-ottobre.

I dati si riferiscono al “mezzogiorno solare”, momento di altezza massima durante la giornata, che per queste coordinate geografiche avviene attorno alle ore 13. Si nota che il diagramma solare non tiene in considerazione la presenza di ostacoli in prossimità dell’edificio, che andrebbero

156

rilevati da una campagna in situ. Questo non è stato possibile a causa delle restrizioni agli spostamenti imposte dal DPCM 03/2020 per l’emergenza Coronavirus. Questa mancanza non è tuttavia rilevante per questa ricerca in quanto, oltre all’assenza di ostacoli rilevanti come descritto nel paragrafo successivo, l’analisi del percorso solare è stata utilizzata prevalentemente per il progetto del camino di ventilazione, posto in sommità dell’edificio e funzionante soprattutto nelle ore più calde.

Considerazioni A nord del blocco principale delle aule è presente il blocco della palestra ad una distanza di 22 metri. La palestra è allineata alla parte centrale del blocco delle aule e occupa circa il 50% della lunghezza e circa il 60% dell’altezza, per un totale di circa il 30% della superficie proiettata. A sud dell’edificio, ad una distanza di circa 100 metri, è situato il Doss Castion che si eleva di circa 20 metri rispetto al piano di calpestio del piazzale esterno. È presente un filare di alberi caducifoglie ad est dell’edificato e un importante albero sempreverde in prossimità della facciata a ovest.

7.4 LA SCUOLA SECONDARIA DELL’ARGENTARIO 7.4.1 RICERCA DOCUMENTALE La ricerca dei documenti è stata svolta presso l’Archivio e l’Ufficio Tecnico del Comune di Trento, proprietario e gestore dell’immobile. I documenti e le tavole originarie di progetto hanno permesso di identificare l’annodi realizzazione dell’opera, il 1983, e il committente orignario, l’Istituto trentino per l’edilizia abitativa (ITEA). La scuola si inserisce infatti in un ampio intervento a livello comunale di ediliza scolastica promosso appunto da ITEA, che ha permesso in quegli anni di grande popolamento delle periferie di Trento, la realizzazione di diversi complessi

157

scolastici nelle zone decentrate della città che presentano infatti le medesime caratteristiche costruttive. I documenti reperiti, affiancati dalle verifiche dello stato di fatto svolte in situ, sono serviti inoltre a realizzare un completo ridisegno dell’opera nelle sue diverse parti: è stato modellato infatti l’edificio mediante il software di modellazione BIM Autodesk Revit, concentrandosi sulle parti strutturali e architettoniche. La documentazione e i disegni sono stati digitalizzati e catalogati secondo le diverse funzioni e permettono una completa conoscenza dell’edificio. Di seguito si riporta un elenco dei documenti analizzati, differenziandoli tra quelli relativi al progetto originali e quelli dovuti a successivi studi o modifiche:

Documenti originali • Relazione

geologica e geotecnica

• Relazione

di indagine geognostica

• Calcoli

statici e analisi della formazione del terreno

• Progetto

dei micropali di fondazione

• Relazione

di calcolo delle strutture

• Relazione

tecnica dell’isolamento termico

• Tavole

di progetto delle strutture

• Tavole

di progetto architettonico

• Tavole

di progetto dell’impianto di termoventilazione

• Tavole

di dettaglio delle strutture trasparenti

Documenti aggiornati • Relazione • Studio

geologica con modellazione sismica - 2019

della risposta sismica locale - 2019

• Progetto

di retrofit energetico - 2017

• Relazione • Progetto

di calcolo della copertura della terrazza - 2009

della copertura della terrazza - 2009

158

Come si evince dai documenti recenti reperiti è in corso un progetto per l’adeguamento sismico dell’edificio ed è già stato realizzato un progetto di riqualificazione energetica, tuttavia ad oggi non ancora realizzato.

7.4.2 ANALISI DEL COMPLESSO L’analisi dell’edificio è stata svolta mediante lo studio dei disegni e le relazioni di progetto originali di cui si è parlato nei paragrafi precedenti e diversi sopralluoghi in situ, durante i quali sono stati svolti i rilievi fotografici e un’intervista alla vice-dirigente per ottenere i dati relativi agli aspetti didattici e riuscire a comprendere quali fossero le potenzialità e le maggiori criticità percepite dagli occupanti. Situato a Cognola, nella zona collinare ad est del Comune di Trento, l’edificio oggetto di studio di questa tesi, sorge in una zona a bassa densità abitativa a ridosso del Doss Castion, moderato rilievo boschivo dove si trova lo storico Castelér, a sud. Sul lato nord è presente invece la Scuola Primaria Bernardi, con la quale l’edificio della scuola media condivide diversi spazi tra cui la palestra, la mensa, spazi comuni esterni eccetera. La scuola, ben servita da mezzi pubblici e opportunamente collegata dal punto di vista ciclopedonale, beneficia di un contesto di servizi pubblici e privati qualificati. Tra queste possiamo trovare il centro civico di Cognola, la biblioteca pubblica e il centro sportivo del Calisio, nel raggio di pochi metri. La Scuola secondaria di primo grado dell’Argentario fa parte dell’Istituto Comprensivo Trento 2 “Johannes Amos Comenius” che comprende le scuole primarie E. Bernardi, R. Zandonai, R. Belenzani e la scuola speciale Casa Serena. Accoglie attualmente circa 390 alunni, divisi in 18 classi. L’ampio lotto di realizzazione si sviluppa in una zona prevalentemente pianeggiante a nord del Doss Castion. Gli spazi esterni sono per la maggior parte destinati a verde e comprendono servizi per lo sport, tra cui un campo da calcetto, uno da basket e una breve pista rettilinea per l’atletica. Sono presenti inoltre un piccolo anfiteatro all’aperto e diverse zone “relax” in forma

159

Fig 1.I

Titolo immagine o tabella saluti Riccardo cordiali

Ortofoto del complesso della Scuola Secondaria dellâ&#x20AC;&#x2122;Argentario

0/+1

AULE

BIBLIOTECA

LABORATORI

SEGRETERIA

DIRIGENZA

blocco aule

-1

MENSA

AUDITORIUM

PISCINA

PALESTRA

LABORATORI

DEPOSITO

Fig 1.I

LOCALI TECNICI

blocco servizi

-1/0

blocco palestra

Titolo immagine o tabella saluti Riccardo cordiali

di gazebo, panche e tavoli. A ridosso del prospetto sud è presente una terrazza coperta di 350 m2 adibita ai momenti di intervallo. Il complesso edificato è suddiviso in due blocchi principali: il “blocco aule” dove si svolgono la maggior parte delle attività didattiche e i servizi amministrativi e il “blocco palestra”. I due blocchi fuori terra, sono collegati tramite un piano interrato in cui sono presenti l’ampia mensa, l’auditorium, una piccola piscina ad uso di associazioni esterne, il locale caldaia, gli spogliatoi e infine uno spazioso magazzino ad uso dei Vigili del Fuoco, collocato nella zona est. L’oggetto di questo studio riguarderà prevalentemente il blocco delle aule considerato quello che presenta le maggiori criticità, come descritto nei successivi paragrafi. Di seguito si riportano alcuni dei dati generali relativi all’edificio.

localizzazione

Cognola, Comune di Trento

accesso

Via Ponte Alto, 2/1

anno

1982-1984

orientamento

Asse maggiore: nord-sud

superficie lotto

19.392 m2

superficie coperta (aule)

3.416 m2

superficie coperta (servizi)

3.755m2

utenti

390 studenti, divisi in 18 classi

personale

40 insegnanti

7.4.3 ANALISI DELL’ASSETTO ARCHITETTONICO In questo paragrafo vengono presentate le caratteristiche architettoniche della struttura nella sua interezza ed evidenziate le principali criticità, soffermandosi in particolare sul blocco principale, quello delle aule, oggetto principale di questo studio.

162

Gli spazi esterni Gli spazi esterni adibiti a verde risultano ben organizzati e non presentano particolari criticità, così come gli spazi destinati allo sport che tuttavia necessiterebbero di una manutenzione ordinaria. I percorsi sono ben definiti ma si rileva una scarsa riconoscibilità degli ingressi causata da una pavimentazione sin troppo omogenea e la mancanza di adeguate insegne.

Gli spazi secondari Il piano interrato, comprendente anche la zona della palestra, presenta alcune criticità per quanto riguarda i percorsi, in particolare quello che porta all’auditorium. La mensa affaccia su un patio esterno che, pur apportando una grande quantità di luce naturale all’ambiente, potrebbe essere maggiormente valorizzato e sfruttato come zona di ristoro esterna. La palestra risulta ben illuminata grazie alla presenza di aperture nella parte alta fuori terra e a soffitto.

Il blocco delle aule I prospetti esterni dell’edificio principale e quello della palestra sono quelli tipici delle costruzioni prefabbricate molto utilizzate in quegli anni nell’edilizia popolare per la loro economicità e rapidità di montaggio. I pannelli in calcestruzzo armato prefabbricato con finitura in ghiaino lavato risultano di bassa qualità architettonica e rendono il prospetto privo di un’identità propria; sono presenti tuttavia elementi architettonicamente interessanti come la finestratura a nastro e due blocchi vetrati a tutta altezza che “spezzano” la planarità del prospetto in tre parti. Il blocco delle aule si sviluppa longitudinalmente da est a ovest su due piani collegati da due corpi scala e il vano ascensore: risulta evidente la tradizionale tipologia di scuola “a blocco”, che riprende lo schema “a corridoio” in cui le aule sono disposte in maniera contigua, collegate da un elemento rettilineo centrale che funge da mero spazio distributivo. La pianta si può dire praticamente simmetrica su entrambi gli assi, aspetto fortemente legato alla natura stessa della costruzione prefabbricata. L’ampio spazio distributivo centrale risulta scarsamente illuminato da luce naturale e praticamente privo

163

±0

piano primo

AULA 692 m2

LABORATORIO ARTE 73 m2

LABORATORIO TECNICA 73 m2

SERVIZI 57 m2

AULA MUSICA 51 m2

RIPOSTIGLIO 38 m2

SERVIZI 60 m2

TECNICO INFORMATICO 20 m2

LOCALE FOTOCOPIE 20 m2

±0

piano terra

AULA 345 m2

AULA INFORMATICA 151 m2

SEGRETERIA 91 m2

BIBLIOTECA 77 m2

SALA INSEGNANTI 72 m2

INGRESSO 40 m2

SALA LETTURA 24 m2

BIDELLERIA 24 m2

VICEPRESIDENZA 20 m2

PRESIDIO BIDELLI 35 m2

AULA MUSICA 51 m2

PRESIDENZA 51 m2

di ogni funzione diversa da quella distributiva: sono presenti oltre ai vani scale e ascensore, due blocchi bagni e una piccola struttura adibita a servizio di bidelleria. Una criticità da osservare è la disorganizzazione spaziale che vede una mancanza di raggruppamento funzionale, in particolare per quanto riguarda gli spazi adibiti a segreteria ed amministrazione. Le aule sono di dimensioni adeguate e ben illuminate, tuttavia le zone disposte a sud necessiterebbero di un sistema di ombreggiamento adeguato sostituendo gli attuali tendaggi esterni ormai in condizioni obsolete. Gli spazi della didattica risultano però fin troppo rigidi e non adeguati alle moderne esigenze didattiche di cui si è parlato nei precedenti capitoli, vista la loro staticità e non-flessibilità degli arredi. Sulla base delle linee guida analizzate nei capitoli precedenti, si nota infine la mancanza del cosiddetto “spazio informale”, adibito cioè al ritrovo e alla socialità degli studenti durante i momenti di relax. Infine, la biblioteca risulta spaziosa ma, secondo quanto deriva dalle interviste al personale docente, poco fruita da parte degli studenti, si ipotizza per la mancanza di adeguati spazi adibiti allo studio individuale.

7.4.4 ANALISI DELLE CARATTERISTICHE COSTRUTTIVO-TECNOLOGICHE La scuola, realizzata agli inizi degli anni Ottanta, presenta caratteristiche costruttive e tecnologiche tipiche dell’epoca con conseguenti carenze dal punto di vista energetico. Si tratta prevalentemente di una struttura in calcestruzzo prefabbricato a telaio con tamponamenti in pannelli dello stesso materiale; le strutture controterra sono state realizzate invece in calcestruzzo gettato in opera. Il blocco principale è caratterizzato da una maglia regolare di pilastri rettangolari 60x50 cm con un passo di 7,20 m. Successivamente all’edificazione non sono stati fatti numerosi interventi di manutenzione e adeguamento e neppure dal punto di vista energetico non sono stati realizzati miglioramenti degni di nota. Si segnala soltanto l’installazione di pannelli solari

165

In ordine, dall’alto: 1. Il prospetto sud, sprovvisto di ombreggiamenti; 2. L’ingresso principale a nord; 3. La terrazza coperta esterna; 4. Il degrado della muratura; 5. Il degrado dei serramenti; 6. Il corpo scala; 7. L’interno di un’aula standard; 8. Il corridoio carente di illuminazione naturale; 9. Il lucernario in copertura.

sulla copertura della struttura in acciaio della terrazza soprastante l’auditorium, avvenuta nel 2009. Le criticità maggiori riguardano come detto l’aspetto energetico: i tamponamenti presentano uno strato interno in polistirolo espanso a bassa densità dello spessore di 6 cm che non è sufficiente per un adeguato isolamento dell’edificio mentre i serramenti sono realizzati in lamiera di alluminio non a taglio termico, causa quindi anch’essi di un’elevata dispersione. La climatizzazione invernale e la produzione di acqua calda sanitaria sono garantite mediante due generatori di calore tradizionale (fluido convettore acqua) ubicati nella centrale termica situata nella parte est del piano interrato. L’apporto di potenza termica per il periodo invernale, avviene nelle aule tramite radiatori installati a ridosso delle pareti esterne, inferiormente alle aperture. Un altro problema, che sarà particolarmente approfondito nel corso di questa ricerca, è la scarsa ventilazione degli ambienti, garantita soltanto da un impianto di trattamento aria obsoleto (installata nel 1984) privo di recuperatore di calore, aspetto che contribuisce all’ingente dispendio energetico. L’impianto si presenta infatti in non buone condizioni ed è messo in funzione molto raramente a causa della considerevole quantità di energia di cui necessita. I servizi igienici, due blocchi per piano alle estremità dei corridoi, risultano essere inadeguati per numero di toilette (6 per ogni blocco) e non adeguatamente fruibili da parte di utenti con disabilità motorie.

167

CAPITOLO

Una nuova architettura per la scuola In questo capitolo si illustrano le principali fasi riguardanti la riqualificazione architettonica della scuola di Cognola. Il progetto nasce dalla volontĂ di conferire allâ&#x20AC;&#x2122;edificio una nuova identitĂ , non soltanto dal punto di vista della forma, ma anche dal punto di vista ideologico, ripensando gli spazi sulla base dei nuovi principi pedagogici.

8.1 IL BENESSERE DELL’ABITARE La qualità degli ambienti interni è infatti da attribuirsi al connubio di qualità architettonica degli spazi e comfort degli occupanti: le due questioni non possono essere separate l’una dall’altra se si ha come obiettivo il benessere e lo stare bene degli studenti o in generale dei fruitori di un organismo architettonico:

“

L’architettura è davvero benessere. Penso che la gente voglia sentirsi bene in uno spazio… da un lato si tratta di un riparo, dall’altro si tratta anche di un piacere.

L’architettura è quindi intesa dall’architetto iracheno come un riparo, richiamando quindi il comfort della persona, e come un piacere, lo stare bene all’interno di uno spazio ben progettato. Il benessere della persona non può essere completamente appagato senza la coesistenza di entrambi questi fattori. Nella scelta delle strategie progettuali si è cercato dunque di mantenere un certo equilibrio tra questioni architettoniche, riferendosi quindi alla qualità degli spazi, e questioni tecniche legate soprattutto al comfort degli occupanti, considerando che questi due aspetti non possano e non debbano nè possano essere separati in un intervento di riqualificazione architettonica. Dalle analisi svolte sull’esistente riportate nei capitoli precedenti, sono state individuate criticità e potenzialità della scuola secondaria di primo grado “Johannes Amos Comenius” a Cognola. Sono state quindi delineate alcune opportunità progettuali che permettessero non soltanto di sopperire a mancanze o riparare situazioni critiche, ma anche e soprattutto di aumentare la qualità dell’edificio nel suo complesso: si è scelto di focalizzare l’attenzione sulle principali criticità rilevate, in modo da riuscire a rendere l’edificio architettonicamente più gradevole e tecnologicamente adeguato, mediante interventi minimi e non invasivi.

170

Zaha Hadid [1950 - 2016]

Uno dei punti cardine del progetto è stato infatti quello di ridurre al minimo la necessità di interventi edili “pesanti” che andassero a stravolgere la struttura prefabbricata, che per sua natura poco si presta a questo tipo di operazioni. Un intervento poco invasivo permette inoltre di mantenere bassi i costi complessivi oltre a favorire una calendarizzazione del cantiere che permetta di dare continuità, seppur in maniera ridotta, alla didattica. A tal fine non sono stati previsti interventi sulle strutture, a meno della sostituzione del corpo scala che però, trattandosi anch’esso di un elemento prefabbricato, si prevede una rapida sostituzione. Dal punto di vista architettonico e pedagogico ci si è basati sulle linee guida delineate della ricerca INDIRE, che concentrano l’attenzione sullo spazio dell’aula, rendendolo maggiormente flessibile e in continuità con gli altri spazi e su questi ultimi, trasformandoli da spazi subordinati a spazi complementari alla didattica. Nel progetto si è infatti deciso di conferire molta importanza agli spazi comuni, in modo da favorire una crescita dei ragazzi non soltanto come studenti ma anche come “cittadini”: le ricerche analizzate pongono al centro la crescita dello studente all’interno della comunità e lo sviluppo del senso civico. Lo spazio diventa in questo modo più “fluido” e si conferisce una grande importanza allo spazio del corridoio che non è più solo funzionale ma diventa la strada e la piazza principale dell’edificio in cui si sviluppano la maggior parte delle relazioni sociali. Inoltre le aule maggiormente “flessibili” come i laboratori, la biblioteca e la zona lettura, vengono in un certo senso inglobate nello spazio centrale tramite delle pareti vetrate che permettono uno scambio visivo e allo stesso tempo garantiscono il comfort acustico necessario. Questi concetti vengono ripresi dagli studi di Pearson, il quale riassume nei suoi scritti la necessità di un ambiente scolastico maggiormente libero e flessibile, in linea con i moderni metodi didattici:

171

DIS C U T E

C onfi gurazione un per la pres enta o- a- m z o individuali o d ione di lti i gru ppo lavor i .

E C onfi gura zione per la c ondiv is i e il c onf ro one, la d nto in p is c u len s s i ari on a. e

P R E S E N TA R

SPAZIO DI GRUPPO

zione etta rog i p r la f att E one pe di artediali. R A razi ione ltime gu zaz i mu liz ott d

Luogo in cui i gruppi di studenti si raccolgono e costruiscono la propria identità.

E la lettura, AR r OR ne pe c olto e lo AB razio e, l’as individuali. E L nfigu itaziono di prove C o s erc ment l’e olgi sv

tà A ttivi OR e per a ooperazione, B c n L A azio ione, OL figur boraz uppo. on olla i gr i c ori d av

Area che permette soluzioni flessibili per lo svolgimento di attività differenziate.

Co e nfi o p rea ro

INDIRE 1+4 spazi educativi per la scuola del terzo millennio 2013

concept di progetto

INESPRESSIVO . BASSA QUALITÀ ARCHITETTONICA . STANDARDIZZAZIONE

RICONOSCIBILITÀ . PROFONDITÀ . IDENTITÀ

RIGIDITÀ DEI PERCORSI . CORRIDOIO NON VISSUTO . IMPERMEABILITÀ

FLUIDITÀ DEI PERCORSI . CORRIDOIO-STRADA . SPAZI CONDIVISI

RIGIDITÀ . VISIONE UNIDIREZIONALE . CHIUSURA

FLESSIBILTÀ . DIFFERENTI APPROCCI PEDAGOGICI . APERTURA

Fig 1.I

Titolo immagine o tabella saluti Riccardo cordiali

identità

una nuova facciata Gli anonimi prospetti attuali necessitano un ripensamento, in modo da trasmettere all’esterno un’immagine nuova e moderna, in linea con le novità architettoniche interne. In questo modo l’intera struttura scolastica diviene strumento per trasmettere agli studenti e alla comunità i nuovi valori pedagogici della scuola contemporanea.

interventi secondari architettonici raggruppamento

creazione di hub funzionali in modo da raggruppare funzioni simili in un’unica zona dell’edificio

spazio individuale

creazione dello “spazio individuale” dove lo studente possa fare ricerche e compiti in autonomia

fruizione

uno spazio fluido

Il corridoio, da sempre spazio servente con funzioni distributive, diviene ora parte integrante della scuola, lo spazio principale di socialità e scambio. La comunità scolastica si incontra in questa “strada” anche al di fuori dell’orario delle lezioni. Al piano terra una nuova “piazza” in cui sono possibili esposizioni, piccole assemblee e proiezioni.

didattica

un’aula dinamica Lo spazio dell’aula deve rispondere alle nuove necessità didattiche e teorie pedagogiche. Attualmente pensata principalmente per le lezioni frontali, deve ora potersi facilmente trasformare e adattare, tramite arredi componibili, pareti mobili e tende. La monodirezionalità viene sostituita da una molteplicità di flussi di conoscenza, coinvolgendo sempre di più lo studente.

spazio informale

luogo dell’incontro informale e del riposo, per i momenti di pausa

tecnologici ventilazione naturale progetto per il ricambio dell’aria nelle aule tramite i flussi naturali (capitolo dedicato)

retrofit energetico

installazione di un cappotto termico per sopperire alle carenze prestazionali attuali

servizi igienici

adeguamento per numero e per l’accessibilità degli studenti diversamente abili

Eric Pearson [1972]

“

Piuttosto che offrire una soluzione convenzionale ed anonima con aule e corridoi, è stato intenzionalmente suddiviso lo spazio in una serie di aree di apprendimento complementari tra loro, ognuna delle quali aveva una specifica funzione e una valenza che invitava a svolgere una particolare attività”

Per quanto riguarda gli interventi ingegneristici e tecnologici si è deciso di intervenire sulle maggiori criticità espresse dalla vice dirigente ma focalizzando l’attenzione sul problema della scarsa ventilazione, che, come visto nel capitolo dedicato, è causa di differenti problemi e criticità. Il progetto riguardante la ventilazione naturale degli ambienti sarà approfondito nel capitolo dedicato.

8.2 LE STRATEGIE PROGETTUALI Le strategie progettuali sono state dunque definite seguendo quattro fili conduttori, determinati sulla base delle considerazioni riportate in precedenza: la volontà di perseguire un intervento ad impatto minimo, la necessità di conferire all’edificio una nuova identità, l’aumento della qualità architettonica ed estetica degli spazi e la ricerca del comfort degli studenti.

Minimo impatto

Qualità

Comfort

Riconoscibilità

Nei paragrafi successivi si analizzeranno nel dettaglio le operazioni progettali e gli interventi previsti dal progetto e in che modo sono stati perseguiti gli obiettivi sopra riportati.

8.2.1 IL VOLTO NUOVO - RICONOSCIBILITÀ DEI PROSPETTI Un primo aspetto sul quale si è deciso di intervenire è la riconoscibilità dall’esterno: la valorizzazione e la caratterizzazione dei prospetti è infatti di primaria importanza sia per quanto riguarda la qualità architettonica, che come primaria caratteristica per creare un senso di appartenenza e socialità negli alunni.

175

Come dimostrano infatti le ricerche, la pedagogia e l’architettura interagiscono innanzitutto tramite le forme e l’estetica percepite dall’utente, il quale si sentirà più a proprio agio in ambienti gradevoli e che lo facciano sentire parte di un gruppo sociale. L’intervento mira quindi a conferire un’identità ai prospetti mediante la scelta di una colorazione adeguata delle superfici e la valorizzazione delle finestrature a nastro, conferendo loro un’importanza maggiore.

Un nuovo colore Si prevede una sostituzione completa dei serramenti, obsoleti dal punto di vista sia architettonico che tecnologico, non andando tuttavia ad intervenire sui fori esistenti. Per evitare l’eccessivo irraggiamento e illuminazione degli ambienti interni, e in prossimità dei pilastri, sono stati inseriti dei pannelli isolanti colorati tipo sandwich (lamiera-isolante-lamiera) che conferiscono una nuova identità alle facciate e rendono l’edificio riconoscibile e unico dall’esterno. Si è mantenuto in tutte le aule rapporto minimo tra superfici finestrate e superfici pavimentate, che secondo la normativa deve variare tra 1/5 e 1/7.

Le finestre a nastro Sono stati inoltre previsti degli imbotti in lamiera aggettante con il duplice obiettivo estetico e funzionale: nel primo caso conferiscono importanza alle finestre a nastro e le rendono un elemento importante della facciata mentre dal punto di vista tecnologico garantiscono, nel prospetto a sud dell’edificio, una schermatura adeguata dai raggi solari nei periodi più caldi. L’aggetto di 50 cm nella facciata a nord permette di schermare completamente i raggi solari nel momento di massima altezza del sole che è stata calcolata, come riportato nelle analisi del contesto, in 67°. Questo tipo di schermatura fissa permette di proteggere dai raggi diretti nei periodi estivi e allo stesso tempo lascia filtrare la luce nei periodi invernali in cui il sole si trova ad altezze molto ridotte.

176

ARGENTARIO

imbotte aggettante in lamiera // 200 mm

ingresso magazzino Vigili del fuoco

insegna in rilievo

scala 1 : 200

PROSPETTO NORD STATO DI PROGETTO

imbotte aggettante in lamiera // 200 mm

ingresso magazzino Vigili del fuoco

insegna in rilievo

scala 1 : 200

PROSPETTO NORD STATO DI PROGETTO

imbotte aggettante in lamiera // 500 mm

zona non interessata dall’intervento

lucernari

scala 1 : 200

PROSPETTO SUD STATO DI PROGETTO imbotte aggettante in lamiera // 500 mm

scala 1 : 200

PROSPETTO SUD STATO DI PROGETTO

lucernari

zona non interessata dall’intervento

zona non interessata dallâ&#x20AC;&#x2122;intervento

copertura terrazza esterna

parete vetrata

griglie di ventilazione

pannello sandwich

griglie di ventilazione

pannello sandwich

ARGENTARIO

imbotte aggettante in lamiera // 200 mm

ingresso magazzino Vigili del fuoco

insegna in rilievo

scala 1 : 200

PROSPETTO NORD STATO DI PROGETTO

imbotte aggettante in lamiera // 200 mm scala 1 : 200

PROSPETTO NORD STATO DI PROGETTO

ingresso magazzino Vigili del fuoco

insegna in rilievo

zona non interessata dallâ&#x20AC;&#x2122;intervento

parete vetrata

griglie di ventilazione

pannello sandwich

Gli ingressi Infine, sempre a livello di prospetto, si è scelto di mettere maggiormente in evidenza gli ingressi, mediante l’utilizzo di insegne che possano rendere più chiari i percorsi, specialmente a ospiti o genitori esterni. Gli interventi descritti, uniti all’applicazione di un isolamento a cappotto in facciata di cui si parlerà successivamente, permettono di conferire all’intero edificio una nuova identità dall’esterno in modo da accrescere il senso di collettività negli studenti ma anche nell’intera comunità.

8.2.2 GLI HUB FUNZIONALI La attuale disorganizzazione funzionale degli ambienti interni ha reso necessario un ripensamento distributivo degli stessi, in modo da evitare di avere spazi con funzioni omogenee molto distanti tra loro. Per questo motivo si è scelto di raggruppare gli ambienti con funzioni particolari in “hub funzionali”, che permettessero un’ottimizzazione dei percorsi e un’organizzazione maggiormente ottimizzata. In particolare sono stati raggruppati gli ambienti nei seguenti gruppi: • hub

esplorativo: comprende il laboratorio di arte, quello di

tecnica e quello di scienze; • hub

culturale: in cui sono raggruppate la biblioteca, la sala

lettura e la zona di apprendimento informale; • hub

amministrativo: raggruppa gli uffici della presidenza e vi-

ce-presidenza oltre alla segreteria e i vari uffici amministrativi.

8.2.3 LA PIAZZA DEGLI STUDENTI - VALORIZZAZIONE DEGLI SPAZI DISTRIBUTIVI Un secondo aspetto sottolineato più volte nelle Linee Guida del MIUR è la grande importanza conferita agli spazi comuni, in particolare la necessità di convertire gli spazi distributivi, tradizionalmente a connotazione funzionale, in spazi collettivi dove venga promossa la socialità tra gli studenti. Questo è reso possibile dall’installazione di arredi adeguati ma soprattutto dalla

181

palcoscenico

2,0 m

il piano rialzato posto allâ&#x20AC;&#x2122;ingresso funge da palco per esibizioni, assemblee o presentazioni

2,2 m

sedute

i volumi creano le zone di aggregazione sociale principale dellâ&#x20AC;&#x2122;edificio

servizi

questa configurazione crea degli spazi per il presidio dei bidelli e la zona dedicata alle fotocopie 2,6 m

wc disabili

le dimensioni del modulo consentono di ottenere degli ampi servizi igienici per gli studenti disabili

1,5 m

Descrizione delle diverse funzioni del modulo

creazione della cosiddetta Agorà, termine che nell’antica Grecia indicava la piazza principale della polis, in cui la popolazione svolgeva le principali attività sociali. Questo spazio mira infatti a diventare il punto centrale dell’edificio: MIUR Linee guida per la progettazione di nuovi edifici scolastici 2013

“

È il cuore funzionale e simbolico della scuola, è il centro di distribuzione dei percorsi orizzontali e verticali ed è connessa a tutte le attività pubbliche con le quali può all’occasione integrarsi e sovrapporsi.

In questa sorta di piazza interna si tengono dunque le principali attività collettive come riunioni, feste, dibattiti, ma anche rappresentazioni di progetti o ricerche, proiezioni di video didattici o film. Nelle zone perimetrali rispetto all’Agorà e lungo tutto il corridoio, potranno essere ricavati piccoli spazi per incontri occasionali e di socializzazione, favoriti da appositi arredi.

I moduli multifunzionali Lo spazio della “piazza” è stato ricavato lungo tutto il corridoio centrale, nel quale sono state inserite diverse funzioni, in modo da renderlo uno spazio fondamentale dell’edificio. Le nuove funzioni all’interno del corridoio sono state introdotte mediante il progetto di un elemento modulare in legno che viene declinato in base alle diverse necessità. Differenziando le altezze del modulo sono state infatti ricavate diverse funzioni: all’ingresso è stato posizionato un “palco” di fronte alla tribuna dei ragazzi di cui si parlerà in seguito; alle estremità del corridoio sono posizionati due servizi igienici ad uso degli utenti diversamente abili; in prossimità dei corpi scala il modulo è utilizzato come spazio a servizio della bidelleria; infine, combinando diversi moduli, sono state previste delle sedute per favorire la socialità. Questo elemento ricorrente permette innanzitutto di conferire una certa dinamicità al corridoio, fin’ora molto statico anche a causa della sua natura lineare e aumenta molto la frequentazione dello stesso.

183

±0

piano primo

AULA 593 m2

LABORATORIO ARTE 73 m2

LABORATORIO SCIENZE 73 m2

LABORATORIO TECNICA 57 m2

SPAZIO INFORMALE 51 m2

HUB ESPLORATIVO

SERVIZI 40 m2

SERVIZI PER DISABILI 24 m2

TECNICO INFORMATICO 24 m2

BIBLIOTECA 38 m2

SPAZIO INDIVIDUALE 20 m2

LOCALE FOTOCOPIE 20 m2

SALA INSEGNANTII 60 m2

AULA MUSICA 51 m2

LABORATORIO DI LINGUE 51 m2

PRESIDIO BIDELLI 35 m2

PALCO PRESENTAZIONI 35 m2

HUB CULTURALE

AULA COLLOQUI 20 m2

PRESIDIO BIDELLI 35 m2

PRESIDENZA 77 m2

VICEPRESIDENZA 72 m2

±0

piano terra

AULA 345 m2

AULA MULTIMEDIALE 151 m2

SEGRETERIA E UFFICI 91 m2

HUB AMMINISTRATIVO

SERVIZI 40 m2

SERVIZI PER DISABILI 24 m2

SERVIZI PERSONALE 24 m2

ACCOGLIENZA 20 m2

DEPOSITO 35 m2

Diagramma funzionale allo stato di progetto

facciata vetr

pannello sandwich

imbotte aggettante in lamiera // 200 mm pannello sandwich laboratori flessibili imbotte aggettante in lamiera // 200 mm

laboratori flessibili

pannelli fotovoltaici

audito pannelli fotovoltaici

elementi progettuali

SPACCATO ASSONOMETRICO STATO DI PROGETTO

elementi progettuali

SPACCATO ASSONOMETRICO STATO DI PROGETTO

auditorium

rata

arredo componibile

sedute della piazza

sala lettura

parete vetrata biblioteca tribuna dei ragazzi apprendimento informale

La tribuna dei ragazzi Un ulteriore intervento volto all’arricchimento funzionale dello spazio centrale dell’edificio è stato quello di sostituire i corpiscala esistenti, allo stato attuale composto da due rampe incrociate, con una rampa unica che permettesse di affiancare ai gradini delle sedute. Questo elemento è stato dunque chiamato la “tribuna dei ragazzi”, che, nella scala in prossimità dell’ingresso permette di assistere agli eventi che si svolgono sul palco citato in precedenza. il nuovo corpo scala La tribuna dei ragazzi

0,30 m

0,15 m

3,2 m 1,2 m

La sostituzione del vano scala si può dire essere l’intervento maggiormente invasivo dell’intero progetto; tuttavia si prevede una sostituzione non particolarmente difficoltosa, trattandosi di elementi prefabbricati montati in opera. D.M. 18 dicembre 1975 Norme tecniche aggiornate relative all’edilizia scolastica

Le dimensioni della rampa soddisfano la normativa in merito agli elementi distributivi verticali all’interno degli edifici scolastici che prevede un minimo di 1,20 m di larghezza e 0,5 cm per ogni alunno che ne usufruisce. Anche le dimensioni della pedata (30 cm) e dell’alzata (15 cm) soddisfano i requisiti minimi imposti dalla normativa (rispettivamente >30 cm e <16 cm).

Uno spazio luminoso Gli interventi descritti in precedenza aumentano e favoriscono notevolmente innanzitutto la fruizione della parte centrale dell’edificio, non più definibile semplicemente “corridoio”, e di conseguenza gli incontri e gli scambi sociali. Uno dei problemi maggiori dello spazio è però, come notato nel capitolo di analisi, la mancanza di un adeguata illumina-

187

zione naturale, che diventa necessario tanto più con l’utilizzo previsto dal progetto. L’illuminazione naturale è infatti fondamentale non solo per esigenze funzionali ma anche estetiche, in quanto rende molto più gradevole lo stare in uno spazio. A tal fine si è proceduto tramite la demolizione dei servizi igienici posti all’estremità del corridoio (che come sarà spiegato sono stati spostati in un altro punto dell’edificio) in modo da liberare la facciata per l’inserimento di una parete vetrata che permetta la massimizzazione dell’ingresso della luce dall’esterno. Al piano primo inoltre si prevede l’installazione di pareti vetrate anche tra lo spazio centrale e lo spazio dei laboratori e della biblioteca: quest’operazione ha il duplice obiettivo di rendere lo spazio maggiormente permeabile e fluido, annullando la staticità dell’edificio spesso citata e di permettere l’ingresso indiretto della luce nel corridoio tramite le aperture sulle facciate a nord e a sud dell’edificio.

8.2.4 UNO SPAZIO FLESSIBILE - IL RIPENSAMENTO DELL’AULA L’aula, nonostante la valorizzazione di tutti gli altri ambienti, rimane comunque lo spazio didattico principale, la “home base”, come la definiscono le Linee Guida del Ministero. Essa tuttavia è completamente trasformata rispetto alla tradizione, soprattutto per merito dell’evoluzione dei metodi didattici che non mirano più soltanto alle lezioni frontali, ma necessitano invece di spazi flessibilià dove svolgere attività differenziate.

Arredi configurabili Il concetto di flessibilità è spesso ripreso nelle diverse ricerche analizzate: dal punto di vista delle attività svolte, predisponendo arredi mobili, modulari e riconfigurabili, dal punto di vista spaziale. A tal fine si prevede l’utilizzo di banchi componibili che permettano la diversa disposizione a seconda delle necessità didattiche.

188

29 .7 22 .7

3.1

10 .0

E.6

-0.2

scala 1 : 100

-4.8

-0.

PIANTA PIANO TERRA STATO DI PROGETTO

D.1 D.2/4 D.3 D.5/6 D.7/8 D.9/10

portineria servizi disabili bidelleria servizi igienici servizi igienici personale spogliatoi personale

E.1 E.2/4 E.3 E.5 E.6

ingresso principale uscita di emergenza deposito rampe ingresso interrato rampa a verde 0 1 2

A.3 D.5

7.2

6.9

1.8 +0.3

D.2

C.5

C.1

2.0

3.3

C.2 1.8

Âą0.0

scala 1 : 100 scala 1 : 100

7.0

1.2

A.4

4.4

2.0

6.7

7.1

E.2 22.7

A.2

7.0

A.1

1.8

palcoscenico tribuna dei ragazzi sedute della piazza terrazza esterna coperta

5.2

C.1 C.2/3 C.4/5 C.6

7.0

segreteria presidenza vice-presidenza sala insegnanti

8 .0

B.1 B.2 B.3 B.4

aula standard aula multimediale laboratorio linguistico laboratorio musicale

6.7

A.1/2/3/4/ 5/6/7/8/9 A.10/11 A.12 A.13/14

PIANTA PIANO PIANTATERRA PIANO TERRA A.1/2/3/4/ aula standard aula standard 5/6/7/8/9 aula multimediale aula multimediale A.10/11 linguistico laboratorio laboratorio linguistico A.12 musicale laboratorio A.13/14 laboratorio musicale segreteria B.1 segreteria presidenza B.2 presidenza vice-presidenza B.3 vice-presidenza sala insegnanti B.4 sala insegnanti

C.1 C.2/3 C.4/5 C.6

palcoscenico palcoscenico tribuna C.1 dei ragazzi tribuna dei ragazzi C.2/3 sedute della piazza della piazza C.4/5 terrazza esternasedute coperta C.6 terrazza esterna coperta

D.1 D.2/4 D.3 D.5/6 D.7/8 D.9/10

portineria D.1 portineria servizi disabili D.2/4 servizi disabili bidelleria D.3 bidelleria servizi igienici igienici serviziD.5/6 igienici servizi personale servizi igienici personale D.7/8personale spogliatoi D.9/10 spogliatoi personale

E.1 E.2/4 E.3 E.5 E.6

ingresso principale ingresso principale uscita diE.1 emergenza E.2/4 uscita di emergenza deposito E.3 deposito rampe ingresso interrato rampa aE.5 verderampe ingresso interrato E.6 rampa a verde

D.1 A.10

A.11

A.12 E.3

E.1

B.1

-0.2

E.5 22 .7

7.3

7.0

5.4

7.0

B.1 B.2 B.3 B.4

14.4

8 .0

A.1/2/3/4/ 5/6/7/8/9 A.10/11 A.12 A.13/14

7.2

STATO DI PROGETTO STATO DI PROGETTO

3.1

1.7

74.4 14 .9

29 .7

2.9

1 0.0

3 .1

C.6

22 .7

E.6

-4.8

-0.2

D.9

1.7

7.0

A.7

A.8

6.9

7.1

7.2

D.6

D.10

2.9

A.6

1 0.2

9.8

A.5

7.1

4.4

D.4 5.3

C.3

C.4

22.7

D.3

6.7

2.2

E.4

3.8

Â±0.0 11.5

7.1

14.4

3.2

B.4

A.9

A.13

3.2

E.5 2 2. 8 74.4

3 .1

22 .7

A.14

7 .2

B.3

7.0

B.2

5.7

A 5

Pareti trasparenti e partizioni mobili La nuova concezione dell’aula deriva anche dalla mutazione del suo rapporto con gli altri ambienti della scuola: in alcuni casi, a seconda delle necessità, è opportuno prevedere infatti delle pareti vetrate che permettano una didattica “coinvolgente” e che non ha paura di “pareti trasparenti” che consentono la condivisione “oltre l’aula”. Nel progetto si è deciso di posizionare delle pareti vetrate nel punto centrale dell’edificio, dove sono posizionati l’hub culturale e quello esplorativo, ovvero dove si prevede una maggiore dinamicità. La trasparenza permette una fluidità visiva e concettuale tra il corridoio centrale e questi ambienti, oltre a aumentare notevolmente l’apporto di luce naturale nel corridoio. In alcuni casi si è previsto inoltre l’utilizzo di pareti divisorie mobili a soffietto che permettono di creare ambienti più ampi nel caso in cui ad esempio si necessiti un aula che possa accogliere più di una classe. Questa strategia è infatti stata adottata negli spazi in cui si prevede una maggiore collaborazione tra classi diverse o il coinvolgimento di un numero elevato di studenti, come ad esempio l’aula di musica e i laboratori.

Nuovi spazi didattici Lo sviluppo di nuovi metodi didattici implica, come già accennato più volte, la necessità di ripensare gli spazi esistenti ma anche di predisporne di nuovi. È stata quindi ripensata completamente la biblioteca, alla quale si ha ridato molta importanza innanzitutto spostandola in un punto centrale dell’edificio e rendendola quindi più attrattiva, utilizzando anche pareti vetrate che la rendono maggiormente accogliente. Nello stesso punto dell’edificio sono stati individuati inoltre due “spazi” al quale la ricerca INDIRE ha dato molta importanza: la sala lettura, lo spazio individuale, e lo spazio informale. Lo spazio individuale è quello in cui lo studente può ritirarsi per leggere, riflettere e studiare. Nel progetto si declina nelle

191

sedute in prossimità delle finestre, permettendo allo studente di “estraniarsi” osservando il panorama esterno. Lo spazio informale lo spazio offre sedute confortevoli e arredi soffici (divani, poltrone, cuscini, tappeti, pouf, ecc.). Gli studenti usano questi ambienti durante le pause di lezione e nel tempo libero per rilassarsi, riflettere, leggere, ascoltare musica o semplicemente per stare da soli e distrarsi usando i propri dispositivi elettronici.

8.2.5 UN AMBIENTE DI QUALITÀ - LA VENTILAZIONE NATURALE La qualità dello spazio architettonico non è tuttavia l’unico aspetto a determinare il benessere dell’utente: un ruolo chiave è svolto infatti dai fattori ambientali, che hanno importanti implicazioni sul comfort dell’occupante. L’edificio è infatti da considerare come un sistema complesso che interagisce con altri sotto-sistemi: il sistema genarale funziona in modo corretto e adeguato soltanto se anche tutti gli altri sono ottimizzati e relazionati rispetto agli aspetti di comfort e salubrità. Bluyssen M. L’edificio come un “sistema” 2014

Per questo motivo si è deciso di intervenire con un progetto di ventilazione naturale che miri al ricambio dell’aria delle aule per mantenere un adeguato livello di anidride carbonica. Come si è potuto rilevare dai documenti infatti, la ventilazione meccanica viene attivata molto raramente a causa dell’impiantistica obsoleta; ciò causa una grave mancanza di ricircolo d’aria all’interno degli ambienti didattici che, come riportato nel capitolo dedicato alla qualità dell’aria, ha diverse implicazioni.

192

2 2.7

3.1

scala 1 : 100

PIANTA PIANO TERRA STATO DI PROGETTO

A.3

palcoscenico tribuna dei ragazzi sedute della piazza terrazza esterna coperta

VUOTO SU PIANO TERRA

C.1

D.6

C.2

+3.6

7.2 scala 1 : 100

7.1

4.3

B.1 A.12

A.11

7.0

1/2/3/4/5/6/7 aula standard 8/9/10/11/12 A.1/2/3/4/5/6/7 8/9/10/11/12 aula standard A.13 laboratorio dâ&#x20AC;&#x2122;arte A.13 laboratorio dâ&#x20AC;&#x2122;arte A.14 laboratorio di scienze A.14 laboratorio di scienze A.15 laboratorio tecnico A.15 laboratorio tecnico A.16 biblioteca - zona relax A.16 biblioteca - zona relax A.17 sala lettura A.17 sala lettura

7. 2

STATO DI PROGETTO STATO DI PROGETTO

A.10

B.1 tecnico informatico B.1 tecnico informatico B.2 aula colloqui B.2 aula colloqui C.1/4 sedute della piazza C.1/4 sedute della piazza C.2/3 tribuna dei ragazzi C.2/3 tribuna dei ragazzi servizi disabili D.1/4 servizi igienici D.2/3 spazio copisteria bidelleria D.5 D.6

14.1

scala 1 : 100

PIANTA PIANO PRIMO PIANTA PIANO PRIMO

D.1/4 D.2/3 D.5 D.6

6.9

7.4

D.1

2.0

E.1

4.4

1.6

ingresso principale uscita di emergenza deposito rampe ingresso interrato rampa a verde

D.2

A.13

1.6

E.1 E.2/4 E.3 E.5 E.6

6.9

2.0

portineria servizi disabili bidelleria servizi igienici servizi igienici personale spogliatoi personale

7.1

2.5

D.1 D.2/4 D.3 D.5/6 D.7/8 D.9/10

7.2

7.4

A.2

7.0

8 .0

A.1

2 .1

C.1 C.2/3 C.4/5 C.6

segreteria presidenza vice-presidenza sala insegnanti

5.4

B.1 B.2 B.3 B.4

aula standard aula multimediale laboratorio linguistico laboratorio musicale

22.7

A.1/2/3/4/ 5/6/7/8/9 A.10/11 A.12 A.13/14

servizi disabili servizi igienici spazio copisteria bidelleria

E.1/2 scale di emergenza E.1/2 scale di emergenza

2 2.7

3.1

A.16

74.4

A.15

6.9

D.3

4.4

A.4

A.5

A.6

6.9

7.1

7.2

C.4

D.4

VUOTO SU PIANO TERRA

22.7

C.3

6.7

D.5

6.7

E.2

+3.6

2.1

2.2

8 .0

22 .7

2.1

7.2

3.1

7.0

A.14

7.4

22.8

6.9

4.3

7.1

7.2

A.1/2/ 8/9/

2 2.8 74.4

3.1

A.9

A.8

22 .7

A.7

8.0

A.17

7.0

7.4

B.2

scala 1 : 200

TAVOLA DI RAFFRONTO STATO DI FATTO - STATO DI PROGETTO

N N

0 0

1 1

2 2

5 5

10 10

scala 1 : 200

TAVOLA DI RAFFRONTO

scala 1 : 200 STATO DI FATTO - STATO DI PROGETTO

TAVOLA DI RAFFRONTO

STATO DI FATTO - STATO DI PROGETTO

Piano primo Piano primo Piano terra Piano terra muratura esistente armadi a muro esistenti muratura esistente demolizioni armadi a muro esistenti costruzioni demolizioni isolamento a cappotto costruzioni sostituzione serramento vetrata isolamento /aparete cappotto installazione parete vetrata sostituzione serramento / parete vetrata installazione parete vetrata

scala 1 : 200

TAVOLA DI RAFFRONTO STATO DI FATTO - STATO DI PROGETTO

scala 1 : 200

TAVOLA DI RAFFRONTO STATO DI FATTO - STATO DI PROGETTO

Piano primo Piano terra Piano primo muratura esistente armadi a muro esistenti demolizioni costruzioni isolamento a cappotto sostituzione serramento / parete vetrata installazione parete vetrata

Per l’approfondimento dell’intervento di ventilazione naturale si rimanda al capitolo successivo, in cui saranno analizzate le principali tecniche e strategie atte a favorire il ricambio d’aria nell’edificio tramite flussi generati da effetti fisici naturali.

8.2.6 INTERVENTI TECNOLOGICI Sulla base delle criticità tecnologiche e funzionali rilevate, sono stati previsti diversi interventi che mirano a risolvere le diverse problematiche.

Servizi igienici Si è deciso di aumentare il numero dei servizi igienici per piano, per adeguarli alle esigenze sottolineate dalla vice dirigente durante una delle interviste effettuate. I servizi igienici principali , attualmente posizionati alle due estremità dei corridoi, sono stati spostati in un punto più centrale in modo da liberare la facciata e rendere possibile l’installazione di facciate vetrate che favorissero l’ingresso di luce naturale. I servizi dedicati agli studenti diversamente abili sono sati posizionati all’interno del modulo di cui si è parlato in precedenza. Il numero di wc passa quindi da 12 per ciascun piano a 14; inoltre si è aggiunto un secondo servizio su ciascun piano, deidicato agli utenti diversamente abili.

Retrofit energetico Un’altra criticità sulla quale si è deciso di intervenire è quella energetica: viste le importanti dispersioni energetiche causate da tamponamenti e serramenti con scarsi valori prestazionali, si è prevede un intervento di sostituzione dei serramenti e posa del cappotto termico sulle pareti esterne. In questo modo sarà possibile ridurre notevolmente i consumi energetici tipici di queste tipologie di strutture concepite e costruite in quel periodo. Non si è ritenuto necessario approfondire l’aspetto di calcolo energetico, in quanto è stato già recentemente commissionato dal Comune di Trento un progetto di riqualificazione energetica dell’edificio, presentato nel novembre del 2017 e in attesa di realizzazione.

199

CAPITOLO

Il progetto della ventilazione della scuola In questo capitolo si descrivono le strategie e e gli interventi, previsti per l’implementazione di un sistema di ventilazione naturale dell’edificio, che consenta di mantenere una buona qualità dell’aria interna. Si analizzano in primis i progetti di riferimento, per poi analizzare il concept progettuale e la sua realizzazione. Infine, si descrive il funzionamento del sistema domotico.

9.1 VENTILAZIONE NATURALE: UN’OPPORTUNITÀ Le strategie di ventilazione naturale, a differenza di altri sistemi come ad esempio gli impianti meccanici, necessitano di un’attenta integrazione con l’architettura; non è infatti possibile “aggiungere” la ventilazione naturale ad un progetto bensì deve essere presa in considerazione sin dalle prime fasi. La resistenza al flusso all’interno dell’edificio dipende infatti dalla sua morfologia, altezza, orientamento degli spazi e finiture. Nella progettazione è dunque fondamentale una costante visione tridimensionale che permetta un costante raffronto tra movimenti orizzontali e verticali dell’aria. La progettazione di un sistema per la ventilazione naturale risulta dunque molto complessa dal punto di vista architettonico, anche a causa di un gap evidente tra le conoscenze ingegneristiche sui meccanismi di funzionamento e l’implementazione pratica delle stesse all’interno di un progetto. Le difficoltà sono però senz’altro da imputare anche alla complessità del funzionamento stesso della termodinamica: l’interazione tra i flussi di calore all’interno degli spazi è molto onerosa dal punto di vista dei calcoli, nonostante l’utilizzo di tecniche sempre più moderne di CFD (Computational Fluid Dynamics) per riuscire a simulare il comportamento dell’aria. La forte dipendenza dai fattori esterni è infine un altro ostacolo alla progettazione in quanto il clima e le condizioni atmosferiche del sito influiscono notevolmente sul raggiungimento degli obiettivi desiderati. La natura mutevole dei parametri ambientali esterni, che varia a seconda delle stagioni e talvolta addirittura delle singole giornate, rende quindi necessario sviluppare diverse strategie per ciascuna condizione: una modalità di funzionamento invernale, una estiva e, in molti casi, anche primaverile e autunnale. A tal proposito diversi studi hanno cercato di individuare i contesti maggiormente favorevoli all’implementazione della ventilazione naturale, al fine di supportare architetti e ingegneri a determinarne il potenziale e l’efficacia. Questo aspetto sarà ap-

202

I. Oropeza-Perez et al. Potential of Natural Ventilation in Temperate Countries: A Case Study of Denmark 2014

profondito nel prossimo paragrafo, in cui sarà analizzato l’utilizzo di un software apposito per determinare le potenzialità di un sistema di ventilazione nel contesto della scuola di Cognola.

9.2 RIFERIMENTI PROGETTUALI Dopo aver analizzato lo stato dell’arte nell’ambito di ventilazione naturale degli edifici scolastici, ricavandone le schede progettuali presenti nell’Appendice A, si è proceduto cercando di individuare quali di queste fossero più adatte all’edificio oggetto di studio. Si è ritenuto infine opportuno ricercare dei progetti virtuosi che fossero riusciti ad implementare al meglio le diverse strategie: i progetti descritti nelle pagine seguenti sono quindi il risultato di questa ricerca, selezionati in quanto rappresentano delle eccellenze progettuali negli ambiti di interesse.

9.2.1 JIM PATTISON CENTRE OF EXCELLENCE - OKANAGAN COLLEGE Luogo_

Penticton - Canada Progettisti_ CEI Architecture [ora HDR] Anno_ 2011 Dimensioni_ 6780 m2 Tipologia_ istruzione e ricerca Il Jim Pattison Centre of Excellence in Sustainable Building Technologies and Renewable Energy Conservation, nel campus dell’Okanagan College della British Columbia University, in Canada, è un esempio dell’integrazione tra progettazione e innovazioni sostenibili. Concepito per la formazione di professionisti nell’ambito della sostenibilità architettonica, la struttura è stata progettata per diventare essa stessa parte dell’offerta educativa. All’aspetto didattico è infatti data molta importanza: l’insegnamento va oltre alle singole aule e l’intera struttura diventa essa stessa un “living laboratory” nel quale studiare gli aspetti so-

203

stenibili dell’edificio e le tecnologie per le energie alternative o rinnovabili. A tal fine i sistemi strutturali, meccanici ed elettrici sono lasciati a vista, in modo da incentivare la curiosità e la ricerca degli studenti; il tetto è reso accessibile per poter studiare da vicino il funzionamento di camini solari, turbine a vento e impianto fotovoltaico. Inoltre i dati ambientali dell’edificio racolti dai vari sensori sono completamente consultabili su una piattaforma online. Diagramma concettuale dei flussi di ventilazione naturale

L’edificio diventa dunque parte integrante dell’insegnamento, una sorta di libro aperto dal quale poter trarre una miriade di informazioni pratiche, letteralmente il “terzo insegnante” teorizzato da Loris Malaguzzi. Progettato e costruito seguendo gli standard di Living Building Challenge, il più rigoroso programma in ambito di sostenibilità, l’edificio presenta una molteplicità di soluzioni che permettono di raggiungere il consumo zero. Ciò è possibile grazie al perfetto connubio tra elementi tecnologici e architettonici appositamente studiati per collaborare tra loro mantenendo un certo equilibrio senza che , come spesso accade, l’uno sovrasti l’altro:

“

[...] the best example of a well integrated passive design solution in which the architecture was not over-burdened with technology. A common sense approach to envelope design, heating, ventilation and daylighting is supplemented by innovative water and waste treatment systems.

204

Canadian Green Building Awards Jury Comments 2012

Di seguito si riportano le strategie archiettoniche e tecnologiche che si è ritenuto di maggior interesse per questa ricerca e per particolarità.

Riduzione energetica Sulla copertura sono installati pannelli solari per il riscaldamento a pavimento; il raffreddamento è garantito da una pompa di caolre geotermica. L’impianto fotovoltaico, che produce 300 kWh/anno è stato insolitamente posizionato in orizzontale, riducendo del 10% l’efficienza, ma permettendo di installare il 40% in più dei pannelli. Le stime di progetto hanno quantificato un consumo dell’edificio in 62,6 kWh/m2, a fronte dei 345,3 kWh/ m2 di un edificio tradizionale di dimensioni simili. In copertura sono presenti anche i camini solari dei quali si farà un approfondimento in seguito.

Conservazione dell’ambiente e dell’ecosistema Al fine di ridurre l’effetto isola di calore, il 10% dell’area della copertura è stata adibita a tetto verde, mentre una membrana alto-riflettente ricopre ne ricopre il 72%. Sul tetto verde accessibile è stata piantata una flora locale, creando così un habitat ideale per la fauna locale, come ad esempio la Sandhill Skipper, una farfalla ad alto rischio di estinzione.

Qualità dell’ambiente interno Uno degli obiettivi chiave della progettazione è stato quello di creare un ambiente di lavoro salubre per studenti, insegnanti e visitatori. Per il benessere luminoso e termico sono state installate delle griglie di ventilazione a pavimento che favoriscano il passaggio di luce naturale e la ventilazione incrociata tra i vari ambienti. Un’ottimale ventilazione per garantire un’adeguata qualità dell’aria e un naturale raffrescamento o raffreddamento, è favorita da led colorati sulle finestre che indicano quando è necessario aprirle o chiuderle, a seconda di quanto suggerito da un sistema di monitoraggio. Questo al fine di mantenere una

205

maggior semplicità impiantistica e dei sistemi operativi informatici. Per il benessere luminoso, nelle aree dove non è possibile disporre di luce naturale è stato progettato un sistema di led a parete, che simula la riflessione solare sulle superfici.

Riduzione dell’impatto della costruzione Per il perseguimento della certificazione Living Building Challenge, è stata condotta una ricerca dei materiali da costruzione nelle vicinanze del sito, riducendo così l’impatto ambientale causato dai trasporti, limitando a 500 km il raggio di reperimento di materiali ad alta densità, 1000 km quelli a media e 2000 km dei materiali leggeri. Da segnalare è l’installazione di interruttori wireless nel sistema elettrico: questi pulsanti, tutt’oggi molto innovativi, si auto-alimentano ad ogni pressione, convertendo l’energia cinetica in energia per trasmettere il segnale wireless. Questo permette un risparmio notevole, non tanto dal punto di vista energetico, quanto nella possibilità di ridurre al minimo il cablaggio, quindi i materiali e le lavorazioni.

I camini solari Dalla copertura sono evidenti i camini solari, che permettono la ventilazione naturale. Si tratta di 5 camini di 14 metri di altezza totale e una sezione interna di circa 1,8x3 metri, che garantiscono, in condizioni di picco, un ricambio d’aria di 1000 l/s ciascuno. I periodi ottimali di funzionamento dei camini sono le “mezze stagioni” e la mattina e la sera dei periodi estivi. La ventilazione è possibile grazie all’orientamento dei camini lungo l’asse nord-sud dei venti prevalenti, e all’uso di pannelli vetrati in basso, per riscaldare l’aria ed innescare l’effetto termodinamico. L’utilizzo delle pannellature vetrate incrementa notevolmente il flusso, soprattutto nel periodo estivo, come è possibile vedere dai grafici che indicano le performance dei camini. Quando le temperature rigide invernali e quelle troppo elevate estive rendono controproducente per i consumi l’uso della

206

ventilazione, l’edificio funzionerà in “modalità chiusa”. Per ridurre i costi e semplificare i sistemi operativi dell’edificio, tutte le finestre si aprono e chiudono manualmente: la modalità di chiusura viene indicata con un sistema di led rossi o verdi a seconda dell’esigenza. Incremento della portata d’aria dei camini con/senza lucernario nelle differenti stagioni

In modalità chiusa, la ventilazione fornisce livelli accettabili di aria fresca mediante la “ventilazione a dislocamento” (displacement ventilation) attraverso le griglie a pavimento. La ventilazione è favorita dai soffitti alti e innescata dal “dislocatore”.

9.2.2 HARVARD HOUSEZERO Luogo_

Cambridge - USA Progettisti_ Snøhetta Anno_ 2018 Dimensioni_ 430 m2 Tipologia_ istruzione e ricerca Il caso studio in questione è, come quello precedente, il risultato di una ricerca universitaria sulla sostenibilità nell’architettura; si tratta infatti del Harvard Center for Green Buildings and Cities (CGBC) della Harvard Graduate School of Design (GSD).

207

In ordine, dallâ&#x20AC;&#x2122;alto: Jim Pattison Centre of Excellence (Canada) Edificio 2226 (Austria) Harvard Housezero (USA) iGuzzini Headquarters (Italia)

Anche in questo caso si tratta di un “laboratorio vivente”, in cui sono state messe in pratica molteplici tecnologie e soluzioni innovative ideate dall’istituto. Il progetto ha previsto la ristrutturazione di una tradizionale casa monofamiliare americana degli anni ‘40, rendendola, come si intuisce dal nome, indipendente dal punto di vista energetico -non dispone di impianti di climatizzazione o riscaldamento-, e a zero emissioni di anidride carbonica, considerando anche il processo costruttivo. Inoltre risulta completamente illuminata da luce naturale durante il giorno grazie alla buona esposizione, alle partizioni interne trasparenti e ai colori chiari delle finiture. Un aspetto progettuale estremamente innovativo è la capacità dell’edificio di “adattarsi” in modo automatico alle condizioni esterne, in modo da garantire il comfort degli occupanti. Ciò è reso possibile grazie ai 285 sensori che forniscono giornalmente circa 17 milioni di dati, che una volta elaborati da un software, permettono all’edificio di adeguarsi a condizioni interne o esterne: temperatura dell’aria esterna o pioggia, temperatura interna o livelli di CO2. Uno degli aspetti che sfrutta maggiormente questa automazione e la ventilazione, che avviene al 100% in modo naturale. È infatti il software ad aprire o chiudere le finestre, al fine di garantire il massimo comfort, sulla base dei dati rilevati dai sensori. Il movimento d’aria avviene principalmente tramite ventilazione incrociata, ma è presente anche un camino per il ricambio della meeting room posta nel seminterrato. Un’ultima caratteristica progettuale presa in considerazione nell’analisi del riferimento, è l’utilizzo di cornici in lamiera per rifinire gli imbotti delle finestre. Questi elementi, oltre a caratterizzare nella forma e nell’estetica il prospetto, vengono utilizzati per la schermatura dai raggi solari: l’estrusione verso l’esterno è infatti variabile in pianta e in alzato a seconda dell’esposizione della facciata. Non si esclude inoltre, ma a tal proposito non si sono trovate prove che lo certifichino, che siano stati utilizzati

209

Jim Pattison Centre of Excellence CEI Architecture_2011_Canada

-10% +40%

rendimento numero di pannelli

RIDUZIONE ISOLA DI CALORE

PANNELLI SOLARI ORIZZONTALI

10%

tetto verde

72%

membrana alto-riflettente

camini solari

1000 l/s

ciascuno, in condizine di punta

2226 Building

Baumschlager Eberle Architekten_2013_Austria

materiali e tecnologie

“tradizionali”

muri in laterizio

76cm

no pannelli isolanti

AUTOMAZIONE

ILLUMINAZIONE NATURALE

(T, UR, CO2) 24 sensori

10’

rapporto superfici trasparenti-opache

16%

intervallo di registrazione dati serramenti

automatizzati

Harvard Housezero Snøhetta_2018_Stati Uniti

285 17

milioni

sensori (T, UR, CO2, ...)

imbotti

aggettanti in lamiera

di dati giornalieri serramenti

automatizzati

ARCHITETTONICI SCHERMATURE SOLARI DEFLETTORI

“

HouseZero’s flexible, data-driven infrastructure will allow us to further research that demystifies building behavior, and design the next generation of ultra-efficient structures. Ali Malkawi, direttore CGBC

come deflettori per permettere un maggiore flusso d’aria verso l’interno, creando differenze di pressione.

9.2.3 EDIFICIO 2226 Luogo_

Lustenau - Austria Baumschlager Eberle Architekten Anno_ 2013 Dimensioni_ 540 m2 Progettisti_

Tipologia_

edificio per uffici

Il nome di questo edificio si riferisce alle temperature di comfort universale, pari a 22-26 gradi Celsius, rispettivamente nella stagione fredda e in quella calda. Il progetto mira infatti a mantenere alti livelli di comfort ambientale senza l’utilizzo di sistemi meccanici di ventilazione, raffreddamento o riscaldamento, un intento molto ambizioso considerando la rigidità dei climi austriaci durante l’inverno. Il concept si basa su due strategie: la messa in pratica di quello che era (all’epoca della costruzione) lo stato dell’arte degli edifici ad alta efficienza e l’integrazione dell’automazione nell’architettura. La costruzione, di dimensioni esterne di 24x24x24 metri, si presenta molto compatta e i prospetti molto regolari, con aperture vetrate che si sviluppano in verticale, garantendo un illuminazione interna omogenea durante tutto il giorno. I serramenti sono inoltre molto arretrati rispetto alla facciata in modo da ridurre i carichi termici estivi dovuti all’irraggiamento solare. Un aspetto estremamente interessante è la semplicità costruttiva e l’utilizzo di materiali piuttosto tradizionali, per dimostrare come la natura non debba necessariamente essere sostituita dalla tecnologia per far funzionare edifici di questo genere. Un esempio è l’utilizzo di blocchi in laterizio per le murature esterne: una doppia cortina che misura in totale 76 centimetri, senza prevedere l’utilizzo di pannelli isolanti. L’intero sistema funziona tramite l’automazione di diversi processi: la ventilazione è infatti controllata, tramite l’apertura

211

automatica delle finestre, che avviene monitorando costantemente temperatura interna ed esterna, umidità e livelli di diossido di carbonio. Ogni stanza dell’edificio è dotata infatti di un sensore (GIRA SK01, accuratezza: 0,3K, 3% UR, 50 ppm CO2) posto sulla parete interna ad un’altezza di 1,1 metri da terra che misura questi parametri, attivando l’apertura delle finestre non appena venga superato la concentrazione massima di CO2 o la temperatura interna predefinite. In inverno il meccanismo guidato dalla CO2 viene disattivato per evitare un’eccessiva perdita di calore; tuttavia si mantiene un tasso di cambio d’aria orario minimo (n=0,1 /h) per mantenere un buon livello di IAQ. I risultati ottenuti dimostrano che l’intento dei progettisti è stato pienamente raggiunto. L’edificio infatti risponde pienamente alle aspettative dal punto di vista del comfort igrotermico e della qualità dell’aria. Ciò è la dimostrazione che per realizzare edifici efficienti dal punto di vista energetico non siano necessarie tecnologie costruttive complesse. I dati relativi all’anidride carbonica testimoniano come la concentrazione rimanga per la maggior parte del tempo al di sotto degli 800 ppm, aumentando negli uffici da 8-10 persone ma senza mai superare 1000 ppm, il limite per una buona qualità dell’aria.

9.2.4 IGUZZINI HEADQUARTERS Luogo_

Recanati - Italia MCA - Mario Cucinella Architects Anno_ 2002 Dimensioni_ 2320 m2 Tipologia_ edificio per uffici Progettisti_

Lo studio guidato dall’architetto Cucinella è da sempre conosciuto per una grande attenzione nell’impiego delle tecnologie più innovative, integrate con la sostenibilità ambientale, l’etica nei comportamenti e l’impatto sociale positivo. L’ampliamento della sede iGuzzini, completato nel 2002, può essere considerato una sorta di manifesto di questa filosofia, trattandosi

212

di uno dei primi progetti dello studio e incarnando appieno i principi di sostenibilità. L’intervento prevede lo sviluppo di quattro piani fuori terra, attorno ad un’ampia corte interna vetrata posta al centro, che permette la ventilazione e l’illuminazione di tutti gli spazi più centrali dell’edificio. Nel progetto sono state implementate diverse strategie architettoniche e ambientali volte al risparmio energetico: l’intero edificio è protetto dall’irraggiamento solare grazie a una copertura metallica con lamelle frangisole in alluminio, che sul fronte sud si estende a sbalzo per garantire l’ombreggiamento ideale. L’atrio centrale ha la funzione di raccogliere l’aria calda e viziata proveniente dagli uffici, per poi essere espulsa attraverso le griglie di ventilazione poste ai lati dei lucernari in copertura. In questo modo viene mantenuta un’adeguata temperatura e una buona qualità dell’aria all’interno degli uffici. Diagramma concettuale dei flussi di ventilazione naturale

L’edificio, a differenza di quelli analizzati in precedenza, è un esempio di ventilazione mista: il flusso naturale avviene tramite l’ingresso dalle finestre perimetrali l’espulsione attraverso le griglie poste sui lucernari in sommità. Il principio dell’”atrio traspirante”, che, come nel caso del camino solare, sfrutta il moto ascensionale naturale generato dai gradienti di pressione.

213

Quando la temperatura interna è fuori da determinati range, avviene il passaggio alla ventilazione meccanica, con l’attivazione di un sistema di ventilconvettori. Il sistema è completamente automatizzato e gli occupanti possono definire in ogni stanza una temperatura nel range di ±3°C rispetto a quelle definite a livello generale, al fine di garantire il proprio comfort. L’insoddisfazione degli utenti ha portato durante il corso degli anni alla ricerca dei corretti parametri per l’automazione delle aperture e dell’accensione dei sistemi meccanici, senza però giungere a risultati soddisfacenti. Per questo motivo l’edificio funziona sempre in modalità meccanica, ad esclusione delle stagioni primaverili e autunnali che, come si è visto negli esempi precedenti, sono quelle ideali per il funzionamento della ventilazione termodinamica. Il monitoraggio continuo dell’edificio ha portato alla conclusione che, nonostante i valori di comfort (misurati attraverso il Predicted Mean Vote) non siano stati sempre soddisfacenti, siano stati raggiunti buoni livelli per quanto riguarda i livelli di CO2.

9.3 L’ARCHITETTURA DELLA VENTILAZIONE Le strategie accennate nei paragrafi precedenti, saranno meglio descritte nelle pagine seguenti e declinate all’interno del progetto, dimostrando come e in quale misura contribuiscano alla resa finale del sistema di ventilazione dell’edificio. Il funzionamento generale è stato suddiviso in due sottosistemi sulla base del principale effetto fisico che lo caratterizza: il sistema “aula-corridoio”, in cui si sfrutta la ventilazione incrociata al fine di condurre l’aria nel secondo sistema, quello del camino, in cui il movimento avviene prevalentemente per effetti termodinamici.

214

corpo scale antincendio vetrate di illuminazione fisse preesistenti nuovo corpo del camino solare di ventilazione corpi di illuminazione espulsione dellâ&#x20AC;&#x2122;aria

blocco auditorium seminterrato tettoria con pannelli solari cortile esterno immissione dellâ&#x20AC;&#x2122;aria dalle aperture in facciata

9.3.1 STRATEGIE E CONCEPT La strategia generale che si è voluto adottare nell’edificio oggetto di studio è rappresentata nell’assonometria nella pagina seguente. Il corpo delle aule si sviluppa in maniera longitudinale da est a ovest: questo permette, oltre al massimo irraggiamento solare della facciata più estesa a sud, anche la possibilità di sfruttare i venti naturali immettendoli nell’edificio, provenienti principalmente da nord-est e nord-ovest. L’ingresso dell’aria nell’edificio avviene quindi principalmente attraverso le finestre poste sui prospetti nord e sud dell’edificio, sui quali si affacciano aule, laboratori e uffici. I flussi interni all’edificio, che saranno in seguito opportunamente spiegati, conducono all’espulsione mediante i due corpi simmetrici posti in copertura di colore giallo nella rappresentazione. I due volumi, che sfruttano dei lucernari esistenti ma con la sola funzione di illuminazione, sono stati pensati come dei camini solari di ventilazione. Tali camini, come sarà approfondito nelle pagine seguenti, hanno la principale funzione di espellere l’aria inquinata dagli ambienti esterni durante il giorno, mentre sono utilizzati, nei periodi più caldi, per l’immissione di aria all’interno durante la notte per favorire il raffrescamento passivo notturno. Nello studio del funzionamento dettagliato del sistema di ventilazione, sono state individuate le principali strategie implementabili nell’edificio, ciascuna delle quali, in varia misura, favoriscono ed innescano il movimento dell’aria, sfruttando differenti principi fisici naturali. Tali strategie sono state riassunte nei diagrammi presenti nella pagina seguente. Si nota come ciascuno di questi accorgimenti contribuisca al movimento complessivo dell’aria all’interno dell’edificio e l’effetto finale venga considerevolmente aumentato mediante un’oculata combinazione degli stessi.

217

localizzazione delle aperture la ventilazione incrociata tra le finestre e le griglie sullâ&#x20AC;&#x2122;atrio, avviene nella parte alta dellâ&#x20AC;&#x2122;aula in modo che il flusso non influisca negativamente sul comfort termico degli occupanti

+deflettori

VENTO

CO2

per catturare anche i venti non perfettamente perpendicolari alle aperture (NE/NO) sono utilizzati degli elementi deflettori; in questo caso studio degli imbotti aggettanti delle finestre

automazione lâ&#x20AC;&#x2122;apertura/chiusura di finestre e lamelle avviene automaticamente tramite attuatori comandati a seconda dei livelli di CO2 rilevati dai sensori nelle aule

recuperatore di calore sistema per il recupero di calore a parete, da utilizzare nei periodi piĂš freddi in cui la ventilazione implicherebbe una dispersione energetica eccessiva

effetto camino solare l’irraggiamento solare riscalda l’aria presente nel corpo che quindi si alleggerisce sale verso l’alto richiamando altra aria dalle zone inferiori

VENTO

effetto depressione l’apertura sulla parete sottovento del corpo, favorisce l’uscita dell’aria a causa della depressione generata sulla parete stessa

torre del vento le aperture parallele in sommità del corpo favoriscono l’innsesco di una ventilazione incrociata, richiamando altra aria dalle zone inferiori dell’edificio

catturatore del vento se la Text è inferiore rispetto alla Tint, l’aria in ingresso dal corpo innesca un flusso discendente; ciò è molto utile per il raffrescamento passivo notturno degli ambienti

9.3.2 IL SISTEMA AULA-CORRIDOIO L’aula rappresenta senza dubbio il punto focale del progetto di ventilazione: è infatti il luogo in cui gli studenti trascorrono la maggior parte del loro tempo a scuola, ha molto spesso un affollamento considerevole e di conseguenza quello che maggiormente necessita e potrebbe beneficiare, di una ventilazione adeguata. Come è emerso dai capitoli precedenti nelle aule si raggiungono molto spesso concentrazioni molto elevate di CO2, il che implica, oltre agli effetti diretti dovuti ad alti livelli di questa so-

stanza, anche la presenza di altri inquinanti anche più nocivi. Per questo motivo risulta evidente come sia necessario, all’interno di questi spazi, un adeguato ricambio d’aria, per evitare l’esposizione di studenti e insegnanti ad aria di qualità scadente o elementi tossici. All’interno delle aule si è quindi optato per favorire la generazione di un flusso favorito dall’effetto di ventilazione incrociata tra le finestre e le griglie di ventilazione presenti sulla parete ad esse parallele, confinante con il corridoio. L’aria viene innanzitutto incanalata all’interno dell’edificio tramite i sopraluce delle finestre con apertura a vasistas opportunamente automatizzata, posti ad un’altezza di 2,20 metri. La posizione delle aperture è stata opportunamente posta ad un’altezza elevata all’interno dell’aula, in modo da evitare che la corrente generata vada a colpire direttamente gli studenti compromettendone il comfort. L’aria viziata presente all’interno dell’aula, a causa della bassa densità, si sposta verso l’alto e viene trasportata dal flusso proveniente dall’esterno, verso le pile di ventilazione poste sulla parete. Tra l’aula e il corridoio è stato infatti previsto l’inserimento di canali opportunamente rivestiti di materiale fonoassorbente, in modo da ridurre al minimo il disturbo acustico in entrata ma anche in uscita. Tali apparecchi della lunghezza di 120 cm, sono stati inseriti in un ulteriore controsoffitto, fino a raggiungere l’ingresso nel camino di ventilazione.

220

finestra triplo vetro // 1100 mm

veneziana integrata

sopraluce automatizzato // 550 mm

attuatore a catena

imbotte in zinco titanio // 1 mm

supporto in acciaio a C

supporto in acciaio a L

â&#x2014;&#x2020; travi in c.a. tipo doppia T // 460 mm

pluviale di scarico

travi in legno // 100-260 mm

listelli in legno // 55x30 mm

assitto in legno // 25 mm

pannello in lana di roccia // 16 mm

canale di gronda

scossalina in lamiera zincata

67Â°

CO2

intonaco per cappotto // 15 mm

SEZIONE PROSPETTO // ATRIO

VENTILAZIONE DELLE AULE

scala 1 : 20

◆ = preesistenze

sensore di CO2

◆ pilastro in cls // 500x600 mm

◆ parete attrezzata // 500 mm

pila di ventilazione // 320 mm

pannello lamiera-EPS // 130 mm

◆ controsoffitto in fibra // 50 mm

recuperatore di calore

◆ laterizio // 120 mm

◆ pannello in polistirolo // 60 mm

◆ pannello in cls // 130 mm

pannello in lana di roccia // 150 mm

CO2

In caso le condizioni climatiche esterne non garantiscano un’adeguato movimento dell’aria dall’aula al corridoio, si è ritenuto necessario inserire nei canali di ventilazione delle ventole di aspirazione che favoriscano tale flusso. Il funzionamento dell’effetto incrociato aula-corridoio è stato qualitativamente validato considerando i due aspetti geomeU. Passe & F. Battaglia, Designing for Natural Ventilation, An Architect’s Guide, 2015

trici principali raccomandati da diverse linee guida: • L’altezza

dello spazio deve essere maggiore di 2,5 metri, me-

glio se 2,7. Il caso in questione presenta un’altezza di interpiano di 3 metri, considerevolmente oltre il limite consigliato; • La

profondità dell’ambiente, inteso come la distanza tra le

aperture parallele, deve essere inferiore a 5 volte l’altezza. Nel caso in esame la profondità è di 7 metri, meno della metà dei 15 metri (hxd=5x3=15) suggeriti come limite massimo. La ventilazione è, come detto in precedenza, governata principalmente da sensori di diossido di carbonio, i quali, mediante attuatori, comandano l’apertura e la chiusura dei serramenti. Questo aspetto sarà approfondito in seguito.

9.3.3 IL CAMINO DI VENTILAZIONE Una volta raggiunto il corriodio, il flusso di aria viene immesso nel camino di ventilazione. Questo elemento è prevalentemente non-materico, infatti a livello dei due piani si tratta di un volume immaginario generato dal flusso, che sfocia però in una costruzione in copertura, dell’altezza di circa 3 metri. Il camino si sviluppa in totale per un’altezza di circa 10 metri, sfruttando due aperture già presenti nel solaio del primo piano ed in quello di copertura.

Concept Il disegno iniziale dell’elemento apicale in copertura è stato guidato da alcuni limiti e necessità. In primis si è deciso di considerare come limite superiore di elevazione quello dei due corpi vetrati preesistenti nell’edificio, per ridurre al minimo l’impatto paesaggistico. Simultaneamente a questo limite in altezza, si è dovuto considerare l’altez-

223

za minima, sopra alle griglie dell’ultimo piano, suggerita dalle linee guida, per evitare la generazione di flussi inversi indesiderati. L’altezza consigliata è pari ad almeno quella di un piano oltre la copertura. Aspetti considerati per un corretto disegno del camino di ventilazione, seguendo le linee guida

hmax

camino hmin = hinterpiano

Al fine di massimizzare il volume d’aria riscaldata per irraggiamento solare all’interno del camino, in modo da favorirne l’espulsione e richiamare altra aria dalle zone inferiori dell’edificio sono stati inseriti due lucernari in copertura. Le superfici trasparenti permettono inoltre l’introduzione di luce naturale hmax

nei corridoi, migliorando la condizione precedente evitando

camino l’irraggiamento diretto.

Simultaneamente è stato necessario evitare l’irraggiamento hmin = hinterpiano

diretto delle griglie di ventilazione delle aule, che causereb+40%

be una forte riduzione del flusso. Per questo motivo i lucernari 67°

sono stati opportunamente tende avvolgibili 1.8 m3 ombreggiati da 2.5 m3 automatizzate.

Al fine di massimizzare il volume di aria all’interno del camino mediante irraggiamento, evitando tuttavia un Al fine di massimizzare il volume di aria all’interno del camino irraggiamento diretto sulle griglie si è optato per inclinare mediante irraggiamento, tuttavia un irraggiamento la parete a nordevitando verso l’esterno.

diretto sulle griglie si èmodo, optato inoltre per inclinare parete a In questo anche in condizioni di massimalaaltezza solare (67°) è possibile avere un maggior volume d’aria mantenendo aperto l’ombreggiante B, pur evitando l’irraggiamento diretto delle griglie.

nord verso l’esterno. riscaldato

L’inclinazione della parete nord per la massimizzazione del volume d’aria riscaldato per irraggiamento

Nel diagramma si evidenzia l’aumento del volume (calcolato per profondità unitaria) del 40%.

+40%

1.8 m3

67°

2.5 m3

In questo Al modo, anche in condizioni di massima altezza solafine di massimizzare il volume di aria all’interno del camino mediante tuttavia un riscaldato re (67°) è possibile avereirraggiamento, un maggiorevitando volume d’aria irraggiamento diretto sulle griglie si è optato per inclinare

mantenendo aperto B, pur evitando l’irraggiala parete a nordl’ombreggiante verso l’esterno. mento diretto delle griglie. In questo modo, anche Nel

in condizioni di massima altezza solare (67°) è possibile avere un maggior volume d’aria riscaldatosimantenendo l’ombreggiante B, pur (calcolato diagramma evidenzia aperto l’aumento del volume evitando l’irraggiamento diretto delle griglie.

per profondità unitaria) del 40%.

Nel diagramma si evidenzia l’aumento del volume (calcolato per profondità unitaria) del 40%.

224

scala 1 : 20

CAMINO SOLARE DI VENTILAZIONE scala 1 : 20

FUNZIONAMENTO IN SITUAZIONE A [Text>Tint]

CAMINO SOLARE DI VENTILAZIONE

1 [T _ extL’aria FUNZIONAMENTO IN SITUAZIONE A >Tint] viziata presente nelle aule viene espulsa nell’atrio attraverso i canali di ventilazione (rivestiti in materiale fonoassorbente per limitare il disturbo acustico proveniente dal corridoio 1 _ L’aria viziata presente nelle aule viene espulsa verso l’aula) e vienenell’atrio immessa nel camino. attraverso i canali di ventilazione (rivestiti in materiale fonoassor_ Per effetto l’aria calda sale verso l’alto, a bente per limitare il disturbo acustico2proveniente daltermodinamico, corridoio causa della minore densità. verso l’aula) e viene immessa nel camino. _ L’irraggiamento solare 2 _ Per effetto termodinamico, l’aria3 calda sale verso l’alto, a attraverso il lucernario, riscalda l’aria

nel camino favorendone l’ascesa e richiamando quindi altra aria dai livelli inferiori (aule e corridoio). 3 _ L’irraggiamento solare attraverso il lucernario, riscalda l’aria 4 _ Nelle ore in cuialtra l’altezza nel camino favorendone l’ascesa e richiamando quindi aria solare è maggiore di 40° un attuatore dai livelli inferiori (aule e corridoio). chiude la tenda A di sinistra, per impedire che l’irraggiamento vada a colpire direttamente la griglia AG, riscaldandone l’aria e 4 _ Nelle ore in cui l’altezza solare è maggiore di 40° un attuatore diminuendo quindi il movimento dell’aria. chiude la tenda A di sinistra, per impedire che l’irraggiamento _ Nelli periodi più l’aria caldi,eil sensore di temperatura BS chiude la vada a colpire direttamente la griglia5AG, riscaldandone tenda ombreggiante B sopra il lucernario, mediante degli diminuendo quindi il movimento dell’aria. attuatori, per evitare un surriscaldamento eccessivo degli 5 _ Nelli periodi più caldi, il sensore diambienti temperatura BS chiude la esterni. tenda ombreggiante B sopra il lucernario, mediante degli 6 _ Le lamelle di ventilazione attuatori, per evitare un surriscaldamento eccessivo degli vengono aperte, in modo tale che il vento proveniente da nord favorisca l’espulsione dell’aria ambienti esterni. innescando la ventilazione incrociata. 6 _ Le lamelle di ventilazione vengono aperte, in modo tale che 7 _ L’aria viene espulsa attraverso le aperture. Una ventola di il vento proveniente da nord favorisca l’espulsione dell’aria innescando la ventilazione incrociata. aspirazione, complanare alle lamelle di ventilazione, viene attivata nel caso, in giornate nuvolose o con calma di vento, gli 7 _ L’aria viene espulsa attraverso leeffetti aperture. Una non ventola di naturali fossero sufficienti a garantire un flusso aspirazione, complanare alle lamelle di ventilazione, viene adeguato. attivata nel caso, in giornate nuvolose o con calma di vento, gli effetti naturali non fossero sufficienti a garantire un flusso adeguato. causa della minore densità.

DIREZIONE VENTO

cassonetto tenda coibentato tenda ombreggiante avvolgibile

supporto lucernario lucernario autoportante trave lamellare // 120x200 mm

3 4

lamelle di aerazione mobili cilindro pneumatico motore attuatore a pistone

laminato in zinco titanio // 0,5 mm pannello in lana di roccia // 14 mm pannello strutturale XLAM // 150 mm intercapedine per impianti // 30 mm pannello in cartongesso // 12 mm

laminato in zinco titanio // 1 mm pannello in lana di roccia // 16 mm

assitto in legno // 25 mm listelli in legno // 55x30 mm struttura in legno // 100-260 mm

travi in c.a.tipo doppia T // 460 mm ◆

40°

pannello fonoassorbente // 50 mm ◆ pila di ventilazione // 320 mm pannello fonoassorbente // 50 mm 1

pannello in cartongesso // 12 mm

preesistenze = ◆

I sistemi oscuranti impediscono inoltre, nei periodi più caldi, di aumentare in maniera eccessiva la temperatura negli ambienti interni, aspetto che causerebbe discomfort termico. L’inclinazione della parete nord, che per coerenza compositiva è stata applicata anche a tutte le altre, riduce notevolmente il pericolo di ingresso di acqua piovana dalle lamelle in caso di forti piogge inclinate.

Funzionamento del camino Il camino di ventilazione funziona prevalentemente tramite l’innesco di effetti termodinamici: la presenza in altezza di un gradiente di temperatura, e dunque di pressione, genera il movimento ascensionale dell’aria verso l’alto. Per aumentare questo effetto si è ricorso al meccanismo del camino solare, il quale sfrutta il calore generato in sommità dai raggi solari, per aumentare il gradiente e quindi il flusso. Quello descritto è però soltanto il principale tipo di funzionamento del camino: sono stati infatti previsti tre diversi meccanismi di funzionamento, per fare in modo che il sistema reagisca in maniera ottimale alle condizioni climatiche esterne ed alle necessità interne. Le diverse tipologie di funzionamento, meglio descritte nell’apposito diagramma, sono: • Funzionamento

a “ventilazione incrociata”;

• Funzionamento

per “depressione sottovento”;

• Funzionamento

per “raffrescamento notturno”.

Le diverse configurazioni sono rese possibile mediante l’utilizzo di aperture mediante lamelle mobili sia sul lato nord che su quello sud, le quali possono essere aperte e chiuse a seconda della specifica esigenza. Opportuni sensori di temperatura, interna ed esterna, di velocità del vento esterno e di diossido di carbonio all’interno delle aule, governano il funzionamento automatizzato del sistema. Sulle stesse pareti nord e sud del camino, si è ritenuto opportuno posizionare delle ventole di aspirazione, complanari alle lamelle, da attivarsi nel caso in cui gli effetti naturali non siano sufficienti per garantire un adeguato ricambio di aria all’interno

227

DIREZIONE VENTO

open

IAQ open

Situazione A // ventilazione incrociata

Text > Tint le lamelle, aperte su entrambi i lati, favoriscono la generazione della ventilazione incrociata in sommità al camino. il vento esterno proveniente da nord entra nel camino, ed uscendo da sud, aumenta il flusso di aria, richiamandone altra dalle zone inferiori dell’edificio. in caso di calma di vento o clima nuvoloso, sono attivate le ventole di aspirazione per favorire il flusso.

DIREZIONE VENTO

closed

IAQ

open

Situazione B // depressione sottovento

Text < Tint le lamelle sono chiuse a nord, per evitare che il vento entri e, a causa della maggiore densità dell’aria (Text<Tint), generi flussi inversi non desiderati, scendendo verso il basso. la ventilazione è favorita dall’effetto depressione sulla parete a sud sottovento, che richiama l’aria interna dall’esterno.

DIREZIONE VENTO

open closed

comfort termico Situazione C // night cooling

Text < Tint le lamelle sono chiuse a sud, in modo che l’aria fresca proveniente da nord, entri nell’edificio e a causa della densità maggiore, scenda all’interno dell’edificio favorendo il raffrescamento notturno degli ambienti. in questa condizione il camino funge da “torre di captazione” ad immissione discendente

dell’edificio, per esempio a causa di calma di vento o giornata nuvolosa.

9.3.4 CONSIDERAZIONI Le soluzioni proposte sfruttano principalmente effetti naturali. Tuttavia si è deciso di implementare nel progetto delle soluzioni meccaniche (ventole di aspirazione), che contribuiscano a generare i flussi necessari alla ventilazione negli ambienti. Il sistema può quindi considerarsi “ibrido”. L’efficienza dei sistemi di ventilazione naturali risente infatti in maniera considerevole delle condizioni climatiche estere, per loro natura mutevoli e imprevedibili, soprattutto a livello microscopico, ovvero alla scala dell’edificio. Il funzionamento in modalità ibrida è stato quindi introdotto per motivi di “sicurezza”: dagli esempi di ventilazione naturale “pura”, risalenti soprattutto ai primi anni Duemila, si sono rivelati spesso problematici, in quanto difficilmente sono state effettivamente raggiunte le prestazioni attese dal progetto. L’edificio iGuzzini di Cucinella, descritto in precedenza, ne è una dimostrazione tangibile: è stato possibile raggiungere livelli di comfort accettabili soltanto dopo importanti e ripetuti accorgimenti progettuali avvenuti durante la fase operativa dell’edificio, con tutti i problemi di funzionalità e costi che ciò comporta. L’esempio riportato, seppur si tratti di un’architettura molto importante dal punto di vista della ventilazione e della sostenibilità ambientale, dimostra quindi la necessità di includere nel progetto soluzioni impiantistiche, pur utilizzandole come strumento supplementare al sistema di ventilazione naturale. Questa scelta permette di evitare notevoli problemi di funzionamento futuri dovuti all’aleatorietà del clima esterno, le cui variabili sono difficilmente prevedibili in maniera completa in fase progettuale.

229

scala 1 : 50

SEZIONE PROSPETTICA A-A 1 _ Un sensore rileva i livelli di CO2 presenti nell’aula e regola l’apertura e la chiusura delle finestre e del camino. 2 _ Degli attuatori, comandati da sensori di CO2 e temperatura esterna, aprono i sopraluce delle finestre e le lamelle di ventilazione del camino.

DIREZIONE VENTO

3 _ L’aria inquinata presente all’interno dell’aula sale verso l’alto a causa della sua bassa densità; in questo modo viene condotta verso le griglie di aerazione grazie alla ventilazione incrociata generata.

4 _ L’aria proveniente dall’aula passa attraverso i canali di ventilazione fonoassorbenti, si dirige verso l’atrio e raggiunge il camino di ventilazione.

2 5

5 _ Il vento in ingresso da nord genera una corrente incrociata, richiamando altra aria dagli ambienti sottostanti.

2 6

6 _ L’aria dell’edificio viene infine espulsa in attraverso le lamelle mobili poste in sommità al camino.

2 1 3

CO2

9.4 AUTOMAZIONE E GAMIFICATION Come accennato in precedenza, l’intero sistema di ventilazione funziona in maniera automatizzata, sfruttando un sistema informatico apposito che utilizza come input primario i dati provenienti dai sensori di CO2 all’interno delle aule: prima di raggiungere i livelli critici di diossido di carbonio all’interno dell’ambiente, vengono infatti attivate le procedure per il ricambio d’aria, che coinvolgono tutte le strategie descritte in precedenza. Degli attuatori provvedono, a seconda dei dati forniti dai sensori di “secondo livello”, ovvero di temperatura interna ed esterna, velocità dell’aria esterna e velocità interna, ad aprire i sopraluce, le lamelle in sommità del camino e, a seconda dei dati rilevati, ad attivare le ventole di aspirazione.

9.4.1 EDUCAZIONE ALLE GOOD PRACTICE Studi recenti hanno tuttavia rivolto l’attenzione sul ruolo degli occupanti nel mantenimento di adeguati livelli di qualità dell’aria interna negli edifici scolastici: è emerso che il comportamento degli utenti imapatta in maniera considerevole sull’IAQ. Tali risultati hanno reso necessaria un riflessione sull’importanza di promuovere la formazione innanzitutto degli insegnanti sui temi della qualità dell’aria, le conseguenze di questo indicatore e sui comportamenti da tenere per raggiungere alti livelli qualitativi. A loro volta gli insegnanti avranno il compito di educare e sensibilizzare gli studenti sul tema. La conoscenza delle good practice da parte degli utenti, come ad esempio l’apertura delle finestre durante l’ora di pranzo per non impattare sul confort termico degli occupanti, può contribuire ad incrementare la qualità dell’aria interna alle aule in modo considerevole, tanto più se affiancate ad un progetto di ventilazione naturale pensato ad hoc, come in questo caso. Si prevede quindi un periodo iniziale di formazione del personale docente ed amministrativo attraverso una rete di seminari aperti anche ai genitori, in modo da sensibilizzare l’intera

231

째C %

CO2 째C

stazione meteorologica sensore CO2 sensore temperatura

4 째C

tenda ombreggiante lamelle mobili ventola aspirante sopraluce vasistas

째C

quadro elettrico gateway sensori controller attuatori

alimentazione elettrica

server centrale

CO2

trasmissione dati wireless comando wireless per attuatori trasmissione cablata comandi cablati alimentazione cablata

STRUTTURA

SENSORE

ATTUATORE

SCHEMA CONCETTUALE

sistema domotico per la ventilazione

comunità sul tema. Successivamente sarà compito degli insegnanti formare gli studenti tramite gli strumenti didattici ritenuti più opportuni. Diversi studi e progetti, come ad esempio il già citato GAIA (Green Awareness in Action), hanno rilevato come, al fine di aumentare la consapevolezza e le azioni corrette su questi temi, sia molto efficace la pratica della gamification. L’obiettivo è dunque quello di educare alle corrette abitudini rendendo le stesse un gioco; in questo modo è possibile inrementrare G. Y. Hong & M. Masood, Effects of Gamification on Lower Secondary School Students’ Motivation and Engagement, 2014

notevolmente l’apprendimento delle good practice. Gli studi dimostrano che l’utilizzo del gioco come metodo educativo incrementa notevolmente la motivazione e il coinvolgimento in determinati ambiti. La presenza sempre più massiccia delle moderne tecnologie all’interno degli ambienti scolastici, questione posta al centro nelle ricerche sulle scuole del futuro, gioca un ruolo fondamentale: la dinamicità, la flessibilità e l’adattabilità delle tecnologie è infatti alla base dell’efficiacia dei metodi educativi tramite la gamification. L’ampiezza della questione, utilizzata sempre più spesso non soltanto in ambito scolastico ma anche all’interno di contesti aziendali, implica necessariamente un approfondimento in studi futuri.

9.4.2 ARCHITETTURA DELL’IMPIANTO DOMOTICO È opportuno notare che, le good practice a opera di studenti ed insegnanti possano favorire soltanto una parta dei meccanismi di ventilazione naturale: gli utenti hanno infatto soltanto la facoltà di agire sull’apertura o la chiusura delle finestre, innescando una ventilazione “a singolo lato”, che richiede tempi molto maggiori della ventilazione incrociata per un ricambio d’aria efficace. Inoltre, affidando la ventilazione interamente all’utenza, si corre il rischio che non sempre vengano seguite le regole e si tenda a trascurare la questione. È stato quindi previsto un sistema di automazione, in grado di svolgere, attraverso calcoli informatici, le azioni necessarie per

233

innescare i flussi naturali all’interno dell’edificio in maniera ottimale. Il sistema di automazione per la ventilazione dell’edificio segue la medesima struttura concettuale descritta per il sistema a supporto del Facility Management; la differenza sostanziale sta nel tool layer, al quale è adibito in questo caso il compito di controllo attivo (attraverso la messa in funzione degli attuatori). Struttura del sistema domotico

DATA

INFORMATION

ANALYTIC

TOOL

SENSOR NETWORK

SERVER CENTRALE

SOFTWARE INFORMATICO

MANOVRA ATTUATORI

layer

Il sistema domotico si basa principalmente su tecnologie wireless, che, secondo quanto scritto nel capitolo dedicato, hanno una serie di vantaggi rispetto all’utilizzo di apparecchiature cablate. L’utilizzo di sensori e attuatori che comunicano col sistema centrale senza l’utilizzo di cablaggio, permette infatti una semplificazione notevole nell’installazione, da favorire soprattutto in un intervento di riqualificazione come il caso in questione. Le apparecchiature andranno comunque alimentate, cercando di sfruttare l’impiantistica elettrica già presente nell’edificio o, quando ciò non sarà possibile, prevedendo l’installazione a batteria. Il sistema si basa, come accennato, su un server centrale, che, opportunamente programmato, è in grado di valutare, sulla base dei dati provenienti dai sensori, quale sia la strategia di funzionamento per la ventilazione da attivare, mettendo in funzione le apparecchiature. Nella pagina precedente è descritto il funzionamento schematico del sistema domotico e vengono illustrati brevemente gli apparecchi e le tecnologie da implementare per il funzionamento ottimale della ventilazione.

234

9.4.3 L’ALGORITMO DI FUNZIONAMENTO Per comprendere in maniera dettagliata il sistema domotico, si è resa necessaria la definizione dell’algoritmo che ne descrivesse il funzionamento. A tal scopo si è scelto di utilizzare lo strumento del diagramma di flusso, una rappresentazione grafica delle operazioni da eseguire per l’esecuzione di un algoritmo. Si tratta di uno strumento estremamente efficace, utilizzato in ambito informatico per definire i punti chiave di un software o di un qualsiasi processo. Il diagramma di flusso, meglio conosciuto nell’inglese flowchart, consente di graficizzare ogni singolo passaggio tramite simboli standard. Esso consente di descrivere tramite un linguaggio grafico le operazioni da compiere, rappresentate tramite forme geometriche, ciascuna con il proprio significato, e la sequenza nella quale devono essere compiute. Nel caso dell’algoritmo descritto per questo sistema sono state utilizzati i seguenti blocchi, ciascuno rappresentato da una forma e corrispondente a un determinato significato e funzione: • Blocco

iniziale: rappresentato da un rettangolo con spigoli

arrotondati, è utilizzato per definire l’inizio e la fine del processo; • Blocco

di controllo: rappresentato da un rombo, è quello

maggiormente utilizzato in quanto pone un quesito al quale si potrà rispondere solo positivamente o negativamente; • Blocco

di azione: rappresentato da un rettangolo, definisce

una sorta di risultato, ovvero quello che sarà necessario eseguire; • Blocco

di sotto-programma: rappresentato da un rettangolo

con due linee verticale ai lati, è utilizzato per definire quelle che sono azioni più complesse che andranno studiate in un diagramma a sé stante; • Blocco

strategia: rappresentato da un ovale è un blocco non

convenzionale, inserito in questo caso al fine di indicare quale principio di funzionamento fosse necessario utilizzare; è infatti sempre seguito dal blocco azioni che lo definiscono.

235

Si è scelto di non inserire delle variabili numeriche per quanto riguarda le temperature, in quanto si ritiene che per farlo sia necessario condurre ulteriori ricerche e calcoli. Per rendere più chiaro il funzionamento dell’algoritmo si riportano in seguito alcuni scenari ipotetici possibili che variano a seconda del periodo della giornata e delle condizioni interne ed esterne all’edificio.

Una notte di mezza estate Il primo blocco verifica proprio il periodo della giornata in cui ci si trova: in questo scenario è notte, quindi si è fuori dall’orario di lezione. In seguito si chiede se la temperatura esterna sia maggiore di quella interna, in caso positivo è chiaro che non sia possibile il raffrescamento immettendo aria dall’esterno, quindi si ha un ritorno all’inizio. Proseguendo si verifica che la temperatura esterna sia maggiore di un certo limite in modo da evitare un eccessivo raffreddamento dell’edificio, soprattutto nelle stagioni primaverili ed estive. Infine si verifica che la temperatura interna sia maggiore di un certo valore, per capire se sia effettivamente necessario raffrescare l’edificio. La conclusione di questo processo indica le azioni da svolgere per attivare il sistema di night cooling.

Una giornata invernale In questo caso ci si trova in orario di lezione e si prosegue quindi verso destra. Si verifica che i livelli di CO2 siano sopra quelli

consigliati, in caso contrario non sono necessarie azioni e quin-

di si ricomincia. Si ha ora una verifica sulla temperatura esterna che, essendo inverno è molto bassa ed è inferiore del valore x. In queste condizioni quindi, la ventilazione naturale è da evitare, in quanto comporterebbe elevate dispersioni energetiche. Essendo quindi al di fuori dell’intervallo di temperatura, si ha l’attivazione del sistema di recupero di calore, che comporta la ventilazione delle aule tramite degli scambiatori di calore posti sopra le finestre che garantiscono adeguati ricambi d’aria recuperando il calore, quindi l’energia, dall’aria in uscita. Questo sistema funziona anche nelle giornate estive in cui la temperatura risulti troppo elevata.

236

Tint > y

YES

caso C NIGHT COOLING

YES

CO2 > 1000 ppm

sopraluce finestre lamelle nord OPEN

YES

Text > x

YES

Text > Tint

in orario di lezione h 8-16

START

YES

x < Text < Tint +3Â°C

NO NO

attivazione sistema con recuperatore di calore

decisione process processo specifico strategia utilizzata

DIAGRAMMA DI FLUSSO algoritmo di funzionamento del sistema domotico

YES

sopraluce finestre lamelle sud OPEN

caso B NATURALE

check

y < Tcam < z

YES

Tcamin > z

YES

gestione tende ombreggianti

vel.vento > x

sopraluce finestre lamelle sud OPEN

caso B IBRIDO

ventole aula-corridoio aspiratore camino ON

YES

Text > Tint

CO2 < 1000 ppm

YES

vel.vento > x

sopraluce finestre lamelle sud lamelle nord OPEN

caso A IBRIDO

ventole aula-corridoio aspiratore camino ON

manutenzione necessaria

YES

y < Tcam < z

Tcamin > z

YES

gestione tende ombreggianti

check

YES

caso A NATURALE

sopraluce finestre lamelle sud lamelle nord OPEN

revisione parametri del software

Una giornata autunnale In questo caso ci si trova in orario scolastico, i livelli di CO2 sono

maggiori di 1000 ppm e la temperatura esterna ricade nell’intervallo indicato. Nelle prime ore della giornata la temperatura esterna risulta minore di quella interna, si prosegue quindi verso l’alto. Si verifica che la velocità del vento sia sufficiente per innescare moti interni all’edificio. Essendo la risposta positiva si prosegue verso l’alto a verificare che la temperatura all’interno del camino sia quella ideale per generare il gradiente di pressione necessario al movimento ascensionale dell’aria. Essendo mattina, il sole non ha ancora riscaldato adeguatamente il camino attraverso i lucernari in copertura, di conseguenza la temperatura del camino risulta essere inferiore di y. La verifica successiva è necessaria nel caso in cui, al contrario, la temperatura del camino fosse troppo elevata e inducesse quindi flussi inversi: in quel caso si lavora sul sistema di ombreggiamento per abbassarla. In questo caso si prosegue però verso l’attivazione del “caso B ibrido”, ovvero del sistema che sfrutta gli effetti di depressione sulla facciata sottovento. In seguito si verifica nuovamente se i livelli di anidride carbonica si sono abbassati come voluto: la verifica è positiva e si ricomincia quindi il processo dal principio. In caso contrario si sarebbe reso necessario un intervento di “riparazione”: a livello di manutenzione del sistema (ad esempio il malfunzionamento di qualche attuatore) o di parametri impostati nel software.

9.4.4 MONITORAGGIO DELLA CO2 Il sistema domotico si basa in principio sulla misurazione dei livelli di diossido di carbonio all’interno delle aule: un livello eccessivo mette infatti in moto l’intero sistema. Questo parametro è infatti, come spiegato nel capitolo relativo all’IAQ, utilizzato come indicatore della qualità dell’aria all’interno di uno spazio: alte concentrazioni di CO2 indicano una

scarsa qualità dell’aria e di conseguenza un’elevata probabilità che siano presenti altri inquinanti, taluni molto nocivi.

239

Nella maggior parte dei casi il parametro misurato è quello relativo all’anidride carbonica, in quanto la rilevazione risulta relativamente semplice e non richiede strumentazioni eccessivamente sofisticate. La scelta di un rilevatore di diossido di carbonio, va effettuata tenendo in considerazione diverse caratteristiche, in relazione alle esigenze di misurazione: • Tipologia • I

(da banco o da parete);

parametri misurati oltre alla CO2 (temperatura e umidità re-

lativa); • Accuratezza • Range

della misura (±30÷50 ppm);

di misurazione (0÷5000/10000 ppm).

Molto importante per una corretta misurazione dei dati è inoltre il posizionamento del sensore all’interno dell’ambiente, che può influenzare in maniera considerevole il valore misurato e Appl. Sci. 2018, 8, 1086 potenzialmente

“invalidare” la misura.

6 of 18

Appl.Sci. Sci.2018, 2018,8,8,xxFOR FORPEER PEER REVIEW REVIEW Appl.

6 6ofof1818

K.M. Chang et al., Criteri per un posizionamento ottimale dei sensori in un ambiente scolastico 2018

Figure 3. Layout ofexperimental experimental research environment. Figure 3. 3. Layout research environment. Figure Layoutof of experimental research environment.

Al fine di evitare errori nella misurazione o dati non significativi, e ottenere delle rilevazioni ottimali, gli studi mostrano la necessità di: • Posizionare

il sensore ad una distanza adeguata dalle apertu-

G. Pei et al., Effect of sensor position on the performance of CO2-based demand controlled ventilation, 2019

re (porte o finestre) in quanto la misura risentirebbe in maniera eccessiva delle condizioni esterne;

(a) (b) (a) (b) Figure 4. (a) Diagram of environmental data body-feeling range; (b) diagram of cutting plane grid. Figure 4. (a) Diagram of environmental data body-feeling range; (b) diagram of cutting plane grid. Figure 4. (a) Diagram of environmental data body-feeling range; (b) diagram of cutting plane grid.

240

• Posizionare

il sensore ad un’altezza compresa tra gli 0,8 e 1,3

metri dal pavimento, ovvero il livello che influenza maggiormente il comfort di una persona seduta; • Nel

caso si rilevi anche la temperatura e l’umidità, ad esem-

pio per il calcolo del comfort termo-igrometrico, è necessario posizionare il sensore ad una distanza adeguata da fonti di calore artificiali (lampade o computer) e non a diretto contatto con l’irraggiamento solare.

9.4.5 DOMOTICA E FACILITY MANAGEMENT Nel prossimo capitolo, dedicato al Facility Management, sarà descritta l’integrazione tra il sistema domotico appena descritto e le questioni relative alla gestione dell’edificio. L’importanza della gestione dei sistemi di ventilazione è molto S. Batterman et al., Ventilation Rates in Recently Constructed U.S. School Classrooms, 2017

importante, soprattutto in presenza di elementi meccanici. Una ricerca ha infatti dimostrato come, per esempio, le operazioni di manutenzione e pulizia dei sistemi, oltre che il sopracitato comportamento degli occupanti, siano gli elementi che maggiormente influenzano una buona qualità dell’aria.

241

CAPITOLO

La gestione della qualità dell’aria interna In quest’ultimo capitolo viene elaborato un metodo per l’integrazione dei sistemi sensoristici all’interno del modello BIM per la gestione della qualità dell’aria interna. La valutazione e il controllo della qualità dell’aria sono di fondamentale importanza visti gli effetti che alti livelli di anidride carbonica possono provocare sulla produttività e la salute degli occupanti.

10.1 PERFORMANCE DELL’EDIFICIO La misura e il monitoraggio delle performance dell’edificio è uno degli strumenti chiave utilizzati nel Facility Management. I sistemi di gestione degli edifici sono progettati per dirci quanta energia e acqua utilizziamo, come consumiamo le nostre risorse e quanto bene gestiamo il comfort e la sicurezza sul posto di lavoro. Queste informazioni sono fondamentali non soltanto per comprendere l’efficienza dell’edificio che impatta sui costi di gestione, ma anche sull’efficacia e l’importanza della gestione, quindi del processo stesso di Facilty Management. Questa disciplina è infatti molto spesso considerata dalle aziende soltanto come un costo che, non impattando direttamente sul core business aziendale, si fatica a giustificare. La capacità di determinare le performance dell’edificio supporta infatti il gestore nel raggiungimento di diversi obiettivi, in primis proprio la redazione di report di efficienza. Inoltre aiutano a gestire in modo accurato la manutenzione, a garantire adeguati livelli di comfort degli occupanti e ad assicurare il raggiungimento di obiettivi di sostenibilità richiesti ad esempio per l’ottenimento di certificazioni (Leed, Breeam, WELL, ...). Negli ultimi anni il concetto di performance si è spostato sempre di più da questioni impiantistiche e tecnologiche, a quelle riguardanti la qualità ambientale e la sostenibilità. In questo senso si può affermare che il concetto di efficienza dell’edificio è sempre più collegato alle condizioni degli utenti che lo abitano. L’attenzione maggiore è rivolta quindi sempre più verso i concetti di qualità, salute, comfort, sicurezza e socialità.

10.1.1 METODI DI VALUTAZIONE La maggiore difficoltà nel misurare questi dati ha imposto la necessità di confrontarsi con nuovi metodi di valutazione: mentre prima ci si poteva basare su dati oggettivi come per esempio il rendimento di un impianto, ora ci si deve confrontare con dati molto meno controllabili. Non è un caso infatti che molto

244

Wahab et al.

spesso si utilizzino strumenti come i questionari per rilevare i livelli di comfort dell’edificio, un dato molto soggettivo.

Post Occupancy Evaluation Il metodo della Post Occupancy Evaluation (POE), sviluppato negli anni sessanta, è utilizzato per misurare le performance dell’edifcio dopo un determinato periodo di utilizzo o, come dice il nome, “occupazione”. Negli anni novanta viene sviluppato il metodo nominato Building Performance Evaluation (BPE), considerato un aggiornamento del metodo POE. Sebbene nella fine degli anni novanta l’attenzione di questi metodi fosse focalizzata soprattutto sulle performance tecniche dell’edificio, essi si occupano anche di aspetti legati alle dimensioni sociali e psicologiche dell’abitare.

Key Performance Indicators Un altro metodo per valutare le performance dell’edificio consiste nel calcolo di Key Performance Indicators (KPIs), che misurano l’efficienza dell’edificio in modo indiretto, traducendo parametri non quantificabili, come gli aspetti psicologici o percettivi, in valutazioni numeriche. La valutazione delle performance tramite KPIs può potenzialmente avvenire considerando qualsiasi parametro dell’edificio; questa varietà ha imposto la necessità di dividerli per “categorie di performance”, che misurano diversi ambiti dell’organismo edilizio e dei suoi utenti. Bortolini et al. Categorie di indicatori 2018

245

Categoria di Performance

Esempi di indicatori

Tecniche

Layout dei sistemi di evacuazione Codizioni strutturali (n° difetti, gravità)

Funzionali

Adeguatezza degli spazi (persone/m2) Qualità dell’aria (livelli CO2)

Comportamentali

Comfort termico

Estetiche

Condizioni della facciata (difetti intonaco, fessure)

Ambientali

Produzione di rifiuti (kg/anno) Consumi energetici (kWh/m2/anno)

In alcuni casi vengono sfruttati i requisiti richiesti dagli standard di certificazione come LEED, BREEAM o WELL come strumenti per la valutazione delle performance. Questi si riferiscono tuttavia a “crediti” prevalentemente di tipo qualitativo e non sempre appropriati.

10.1.2 IL PERFORMANCE INFORMATION MODEL Il processo di integrazione delle performance dell’edificio all’interno del modello BIM e la loro correlazione con le operazioni di Facility Management, è stato descritto in una recente Sustainability 2019, 11, x FOR PEER REVIEW

11 of 26

ricerca inThecui viene introdotto il concetto di Performance Informethodology is underpinned by a performance information model (PIM), which links facility management information mationenvironment Model(CDE) (PIM). (Figure 2).

systems, FM workflow repository and BIM’s common data

The methodology addresses the interoperability issue with the latest IFC 4 × 2 data schema.

Novelties the11,schema the entities IfcFacility and IfcFacilityPart along with IfcBuildingStorey Sustainabilityin 2019, 7007 11 of 25 La ricerca utilizza il like PIM per visualizzare e immagazzinare i dati and IfcSpace provide for detailed spatial breakdown of built facilities which can support location

like IfcActionRequest for maintenance maintenance work orders orders through through the IfcProjectOrder entity, which which le relativilike alle performance dell’edificio, al the fine di supportare IfcActionRequest for work IfcProjectOrder entity,

context information in the FM systems. The IFC schema can support also organizational requirements

supports different different maintenance maintenance types types (corrective, (corrective, condition condition based, based, planned planned corrective, corrective, scheduled). scheduled). supports

The IFC IFC schema schema couldNello support assessment assessment of environmental environmental conditions with the the use use of ofè theutilizzata property The could support of conditions with the property operazioni di FM. studio la qualità ambientale Pset_Condition, which or condition condition of of aa physically physically existent existent object object like like IfcElement IfcElement Pset_Condition, which determines determines the the state state or

(i.e., IfcSensor), IfcSensor), at at aa particular point in in time. Therefore, our our methodology methodology is is intended intended to to resource resource to to (i.e., particular point time. Therefore, come indicatore di performance principale, viene calcolata traBIM technologies for building performance assessment and facility maintenance information. Also,

BIM technologies for building performance assessment and facility maintenance information. Also, Business process modelling notation (BPMN) is considered for the FM workflow automation.

Business process modelling notation (BPMN) is considered for the FM workflow automation. mite un KPI correlata a methodology degli elementi tecnici impiantistici, A pilot pilote implementation of the the methodology has been been conducted conducted in aa use use o case, A implementation of has in case, which which includes includes surgery rooms rooms of of aa healthcare healthcare facility. facility. The The case case study study concerns concerns the theenvironmental environmental quality qualityassessment, assessment, surgery

in modo da facilitare l’identificazione delle eventuali operazioconsidered as aa major major performance performance feature to to be be monitored monitored in in such an an environment. environment. To easier easier control considered as feature such To control and quantify quantify this this performance performance feature feature aa new new KPI KPI has been defined. Evaluation of of the the environmental environmental and has been defined. Evaluation

performance indicator indicator is is related related to technical technical and and equipment equipment conditions, conditions, consequently consequently it it can can facilitate facilitate ni di manutenzione necessarie. performance to the identification identification of the of maintenance maintenance works works eventually eventually needed. needed.

Marmo et al. Organizzazione degli elementi del PIM

Figure Figure 2. 2. Organization Organization of of performance performance information information model model (PIM) (PIM) elements. elements.

Lo sviluppo del PIM inizia con la determinazione dei parame2. Methodology Methodology for for Developing Developing aa Performance Performance Information Information Model Model (PIM) (PIM) 2.

In the modeling thethe BIM-aided BPABPA takestakes place. The PIM In the context contextofofthe themaintenance maintenanceinformation information modeling BIM-aided place. The

is achieved by the is achieved byfollowing the e following workflow: di performance che devono ritri da PIM monitorare i workflow: requisiti Identify building performances to be monitored and FM information requirements. To achieve

Identify building performances to be monitored and FM information requirements. To achieve

deep understanding understanding of of the the required required information information to to be be gathered gathered and managed through through BIM BIM we we aa deep managed spettare. Questa operazione va facilities svolta inandbase alle esigenze acquired and management, in in particular specification on acquired and studied: studied: Tender Tenderspecifications specificationsabout aboutfacilities management, particular specification

on O&M management and surgery units environmental condition assessment; reports on the dei proprietari o and dei fruitori finali dell’edificio. In seguito questi process andprocess results; adjustment plans; organizational documentsdocuments on risk assessment. The collected monitoring results; adjustment plans; organizational on risk assessment. The O&M management and surgery units environmental condition assessment; reports on the monitoring

data regard a public the province of Salerno, South ofSouth Italy. of Interviews and focus groups collected data regardhospital a public in hospital in the province of Salerno, Italy. Interviews and focus

were conducted among the FM personnel and the the prevention andand safety team. parametri sono, come detto, collegati agli elementi tecnici o groups were conducted among the FM personnel and prevention safety team.The The interviews interviews were carried These were carried out out in in person person and and involved involved two two different different Italian Italian public public healthcare healthcare authorities. authorities. These interviews resulted resultedin indeeper deeperunderstanding understanding information needed to control performances interviews of:of: thethe information needed to control performances and and conditions; processes and systems to obtain and gather those information; the means by conditions; processes and systems in useintouse obtain and gather those information; the means by which which to communicate the results. Furthermore, the contractors, we achieved studied to communicate the results. Furthermore, aimedaimed by thebycontractors, we achieved and and studied the the CMMS database, in particular historyofofcorrective correctivemaintenance maintenanceintervention, intervention, planned planned and and CMMS database, in particular thethe history preventive maintenance maintenance tasks tasks and and schedule, This process process of of information preventive schedule, register register of of work work orders. orders. This information enrichment led led to to the the definition definition of of the information requirements, requirements, aa crucial crucial knowledge knowledge enrichment the stakeholder’s stakeholder’s information to inform the BIM model efficiently. Databases used in this research protect patients’ privacy. They regard only maintenance and monitoring activities and patient-related information were not collected. Analyzed data are the outcome of maintenance activities carried out according to the Italian regulation, furthermore processes and environments analyzed in this paper were not modified for the scope of

246

impiantistici che possono influenzare. In seguito sono definiti i BIM uses che si intendono perseguire nel processo (visualizzazione, data-storing, supporto dei piani di manutenzione, ...). Infine vengono inseriti i dati all’interno del modello tramite parametri condivisi.

10.2 L’ANALISI DEI DATI Il costante monitoraggio e stoccaggio dei dati relativi ai livelli di CO2 all’interno delle aule tramite i sensori, oltre a consentire

un funzionamento efficiente del sistema di ventilazione trami-

te l’algoritmo domotico, permette di effettuare diverse analisi e considerazioni sulle performance dell’edificio, in termini di qualità dell’aria ed efficacia della ventilazione. La fase analitica infatti, come si è scritto nel capitolo dedicato al FM, è un passaggio fondamentale per ottenere un’informazione utile e quindi un valore dai dati raccolti: solo mediante un processo di data analisys è possibile comprendere appieno il comportamento e le performance dell’organismo edilizio e agire di conseguenza. In questo lavoro di tesi si è deciso di orientare la valutazione della performance dell’edificio non verso questioni tecnologico-impiantistiche, bensì nei riguardi della qualità ambientale e il comfort degli occupanti: in particolare si è rivolta l’attenzione alla qualità dell’aria (IAQ) in relazione ai livelli di diossido di carbonio. Gli obiettivi delle analisi svolte si sviluppano su tre livelli differenti: • analisi

sul valore limite (indicatore di controllo)

• analisi

sui valori di range (indicatore di qualità)

• analisi

sulla ventilazione (indice normativo ICONE)

10.2.1 GLI INDICATORI DI PERFORMANCE La misura delle performance prevede l’utilizzo dei dati relativi ai livelli di anidride carbonica al fine di ottenere degli indicatori di efficienza.

247

Si è ritenuta necessaria la differenziazione tra le diverse analisi alle quali si è accennato in precedenza, in modo da ottenere diverse tipologie di informazioni che potranno essere utilizzate a supporto di differenti processi decisionali e strategici. Nell’ambito di questa ricerca si è focalizzata l’attenzione sull’importanza assunta dal FM nel raggiungimento degli obiettivi di sostenibilità di un’organizzazione: in particolare si è cercato di facilitare la redazione di report di efficienza nei riguardi del comfort ambientale. La presente ricerca propone dunque il calcolo di tre KPI per la misura delle condizioni ambientali: per i primi due si tratta di una formulazione creata sulla base delle ricerche effettuate, mentre il terzo indicatore è stato ripreso dalla normativa per la valutazione della ventilazione degli edifici pubblici, sistema utilizzato in Francia. La ricerca propone lo svolgimento delle analisi a cadenza annuale, considerato un periodo sufficientemente ampio per fornire informazioni attendibili. La volontà di considerare il comfort degli studenti come obiettivo principale dell’analisi e la forte dipendenza dei livelli di CO2 dalla presenza di persone

nell’ambiente, porta inoltre a considerare soltanto i dati relativi

ai periodi di effettiva occupazione, per evitare di falsare i risultati.

Analisi sul valore limite - ECI1 Il primo indicatore utilizzato prende in considerazione il livello di concentrazione di diossido di carbonio consigliato per il benessere e la qualità dell’aria all’interno delle aule, pari a 1000 ppm, valore che è stato ampiamente discusso nel capitolo sulla qualità dell’aria interna. Questo indicatore risulta utile per valutare in quale misura il livello di CO2 raccomandato, viene

correttamente mantenuto durante il periodo di occupazione dell’aula. Trattandosi di un indicatore definibile “di verifica”, si è ritenuto opportuno basare il calcolo su un sistema bianario 1/0, in cui 1 significa che il parametro misurato è superiore a quello raccomandato, e 0 che la misurazione è al di sotto dei 1000 ppm.

248

Si propone dunque il calcolo del primo enviromental condition index (ECI1) mediante la seguente formula:

in cui: • ECI1

= è l’indicatore di performance riferito all’aula k. Varia da

0 (scenario migliore) a 1 (scenario peggiore). A titolo esemplificativo: se l’indicatore risulta uguale a 0,8 significa che l’80% delle misurazioni è risultata maggiore del limite consigliato di 1000 ppm;

• Pi

= è il valore associato a ciascuna misurazione. È valutato su

una scala binaria: Pi è uguale a 0 se il valore limite non è stato

superato; in caso contrario è pari a 1; • n

= è il numero totale delle misurazioni nell’arco di un anno,

nei periodi di occupazione delle aule (dal lunedì al venerdì, dalle ore 8 alle ore 17).

Analisi sui valori di range - ECI2 Questo indicatore è utilizzato per un’analisi maggiormente approfondita dei livelli di anidride carbonica, in modo da riuscire a fornire un dato più accurato. Infatti, come si è scritto nei capitoli dedicati, seppur in molti casi la normativa indichi soltanto il limite massimo di 1000 ppm come unico parametro, in letteratura (EN 13779-2011) è stata proposta questa classificazione, sulla base di range di valori: • <

400 ppm : qualità dell’aria eccellente (aria esterna in condi-

zioni standard) (A); • 400-600

ppm : qualità dell’aria buona (B);

• 600-1000 • >

ppm : qualità dell’aria mediocre (C);

1000 ppm : qualità dell’aria bassa (D).

Sulla base delle ricerche svolte si è scelto di aggiungere un ulteriore livello, che le ricerche analizzate (Allen et al.) indicano come soglia sopra la quale si manifestano i primi effetti di diminuzione delle performance cognitive:

249

• >

1400 ppm : qualità dell’aria pessima (E).

Questo indicatore permette quindi di comprendere meglio come viene mantenuta qualità dell’aria all’interno dell’edificio, fornendo un valore percentuale per ogni fascia della classificazione sopracitata. A tal fine è stata associata una lettera per ogni fascia di valori, che va dalla lettera A della qualità massima alla E del caso peggiore. Il risultato di questa analisi fornisce dunque cinque valori percentuali (uno per ogni classe di qualità), che permettono di avere una visione più precisa sulla qualità dell’aria respirata nei periodi di utilizzo delle aule. Si propone dunque il calcolo del secondo enviromental condition index (ECI2) mediante la seguente formula, per ciascuna

fascia di qualità:

nella quale: • ECI2,j

= è l’indicatore di performance riferito all’aula k e alla

fascia di valori j (da A a E). Il risultato è un valore percentuale. La sommatoria dei diversi indicatori porta alla totalità dei valori (100%):

• Pi

= è il valore associato a ciascuna misurazione. Anche in

questo caso è valutato su una scala binaria: Pi è uguale a 1 se il valore è interno alla fascia, in caso contrario è pari a 0;

• nj

= è il numero totale delle misurazioni nell’arco di un anno

all’interno della fascia di valori considerata, nei periodi di occupazione delle aule (dal lunedì al venerdì, dalle ore 8 alle ore 17).

Analisi sulla ventilazione - ICONE L’”indice di confinamento” ICONE, tradotto dal francese “indice de cofinement”, è stato proposto nel 2007 dal Centre Scien-

250

tifique et Technique du Bâtiment (CSTB), un organismo di ricerca e innovazione francese. Questo indicatore, che permette di determinare l’adeguatezza della ventilazione all’interno di una stanza, è stato utilizzato in Francia nelle scuole e nei centri per l’infanzia come strumento per migliorare le condizioni di ventilazione delle aule negli edifici esistenti. L’indice di confinamento ICONE viene calcolato tenendo conto dell’intensità del “contenimento” e della sua frequenza. Si ottiene tramite la seguente formula:

In cui: • f1

= funzione delle misure comprese tra 1000 e 1700 ppm

• f2

= funzione delle misure superiori a 1700 ppm (n2):

(n1):

• n0:

numero di misure tra 0 e 1000 ppm;

• n1:

numero di misure tra 1000 e 1700 ppm;

• n2:

numero di misure superiori a 1700 ppm.

Il risultato dell’indice ICONE varia da un minimo di 0 (nessun confinamento) a un massimo di 5 (confinamento estremo): un valore molto alto (4 o 5) riflette un’alta densità di occupazione associata ad un insufficiente ricambio d’aria nell’aula. Decretè 2012/14 (Francia) Relazione tra l’indice di confinamento ICONE ottenuto e il livello di confinamento

251

Valore grezzo

Valore considerato

Natura confinamento

ICONE < 0,5

Nullo

0,5 ≤ ICONE < 1,5

Lieve

1,5≤ ICONE < 2,5

Medio

2,5 ≤ ICONE < 3,5

Elevato

3,5 ≤ ICONE < 4,5

Molto elevato

ICONE ≥ 4,5

Estremo

Tale valore fornisce una visione quantitativa e immediata della qualità della ventilazione all’interno di un ambiente permettendo di individuare la necessità di eventuali interventi e oltre che di rendere agevole il raffronto tra le prestazioni di edifici differenti, all’interno di un medesimo asset.

10.3 IL REPORT DELLE PERFORMANCE La realizzazione di progetti di qualità impone un controllo della stessa non solo durante la fase operativa della costruzione, per questo motivo è necessario definire degli standard in grado di verificare il corretto funzionamento dell’edificio. Nel caso studio del progetto sulla scuola secondaria di Cognola si è indagato sulle modalità per quantificare le performance della ventilazione e la qualità dell’aria tramite gli indicatori illustrati in precedenza. La gestione della qualità avviene infatti mediante alcuni step fondamentali: 1. Misurare 2. Monitorare 3. Dichiarare 4. Ottimizzare Le operazioni di misura e monitoraggio devono essere quindi facilmente comunicabili, in modo tale da favorire la fase finale di ottimizzazione, ovvero quella del decision making. Per questo motivo gli indicatori scelti devono essere adatti alla comunicazione, facilmente documentabili e calcolabili, in modo da poter essere compresi non soltanto dagli addetti ai lavori, ma anche dal cliente e, non per ultimo, dall’utente finale.

252

Con queste prerogative assume dunque molta importanza la redazione di report informativi riguardanti il mantenimento di determinati standard qualitativi, uno strumento ad oggi utilizzato prevalentemente dai grandi asset privati che, attraverso i cosiddetti “report di sostenibilità” o “bilanci sociali” a cadenza annuale, riassumono i risultati di carattere non economico ai diversi stakeholder coinvolti: Pelzeter et al., Reporting Sustainability in Facility Management, 2014

“

Communication on sustainability gains increasing importance not only for image reasons but also for the motivation of all stakeholders involved (especially FM staff) and for meeting the expectations of a public that wants more and more transparency in any respect of business activities.

Da questa visione si evince dunque l’ampiezza e le diverse motivazioni di interesse del pubblico al quale è rivolto il report, rappresentato dai “clienti” della società di FM (suddivisi a loro volta in client (appaltatore), customer (cliente), e utente finale, e dal FM stesso. Di seguito si è cercato di sintetizzare una serie di obiettivi: • Immagine:

la volontà dell’azienda di incrementare e dimo-

strare attraverso azioni di marketing il proprio volto green; • Autoregolamentazione:

la possibilità, per i FM, di compren-

dere l’efficacia del proprio operato; • Trasparenza:

l’importanza di informare i diversi soggetti coin-

volti riguardo questioni che esulano da quelle finanziarie ma nei confronti delle quali vi è una sempre più crescente attenzione e sensibilità; • Processi

decisionali: come accennato in precedenza, il pro-

cesso decisionale passa attraverso questo report, riuscendo a coinvolgere anche soggetti esterni al team di FM nelle decisioni; • Compravendita:

la possibilità di “dimostrare” la qualità dell’e-

dificio attraverso indicatori chiari e confrontabili, permette di accrescere il valore dell’immobile e la credibilità dell’azienda.

253

La natura di questi report, fa comprendere quanto uno strumento informativo del genere possa portare diversi vantaggi e benefici se utilizzato nell’ambito degli edifici pubblici, in particolare quelli scolastici. La comunicazione riguardo le performance, in questo lavoro di tesi orientate verso il comfort dovuto alla qualità dell’aria interna, interessa infatti innanzitutto la popolazione, in particolare i genitori: trattandosi infatti di un’utenza in età sotto tutela parentale è evidente la necessità di informare e comunicare alla comunità su temi che riguardano la salute dei ragazzi. In secondo luogo i rapporti di performance possono risultare un importante strumento di controllo dell’amministrazione pubblica nei confronti della gestione degli immobile, per comprendere se l’azienda incaricata sta o meno svolgendo correttamente il proprio incarico. Tale metodo di controllo si declina infine, all’interno del team di FM, in uno strumento di auto-valutazione del proprio operato. L’utilità su vari livelli dei report di performance si può dunque riassumere sotto tre diversi aspetti: comunicazione, controllo e valutazione.

10.4 IMPLEMENTAZIONE NEL CASO STUDIO La fase di ricerca svolta ha portato infine all’implementazione del processo all’interno del caso studio della scuola di Cognola. Nel capitolo seguente si riporta quindi il processo operativo messo in atto, analizzando le singole fasi che hanno permesso di integrare il sistema sensoristico con il modello BIM per agevolare la redazione di report di performance a supporto del Facility Management.

254

Marchiori A. Dati ambientali relativi alla campagna di raccolta a Mesiano 2019

10.4.1 LA STRUTTURA INFORMATIVA Il primo step è stato quello di prevedere il flusso delle informazioni che permettesse l’integrazione dei dati provenienti dal sistema sensoristico con quelli presenti nel modello BIM.

DATA layer

INFOR MA TION layer

ANALY TIC layer

TOOL layer

COM MUNI CATION layer

A tal fine si è preso a riferimento lo studio analizzato nel capitolo dedicato al FM, al quale è stato aggiunto un livello: il communication layer. Il livello relativo alla comunicazione è stato infatti ritenuto fondamentale per questo studio, in quanto il fine ultimo della ricerca è stato quello di dimostrare l’utilità dell’integrazione dei dati (sensori e BIM) per supportare la redazione da parte del FM di un report di performance, che deve essere efficacemente comunicabile a tutti gli stakeholder coinvolti. In riferimento all’associazione tra i vari layer e la piramide DIKW (data, information, knowledge, wisdom) della quale si è parlato nel capitolo 10, si è attrbuito al communication layer il concetto di “divulgation”. Per questa ricerca infatti la divulgazione delle informazioni e delle analisi si è ritenuta un punto chiave: mai come in questo periodo in cui il bombardamento di dati è incessante, è necessario saperli comunicare in modo adeguato a tutti i soggetti coinvolti.

10.4.2 DATA E INFORMATION LAYER Per quanto riguarda il network di sensori progettato, si rimanda ai capitoli relativi al FM, in cui sono state approfondite le potenzialità dell’utilizzo della sensoristica IoT e al capitolo riguardante il progetto della ventilazione naturale concretamente il progetto del sistema sensoristico. Le misure imposte dal D.P.C.M. 11 marzo 2020 a causa dell’emergenza epidemiologica da COVID-19, hanno impedito la misura diretta dei livelli di diossido di carbonio presenti nelle

256

Framework del sistema informativo: BIM e IoT per la divulgazione delle performance

aule della Scuola Secondaria di Cognola, come prevedeva l’intenzione iniziale di questo lavoro di tesi. Caso studio: monitoraggio dell’aria indoor nel Polo di Mesiano (DICAM)

Trattandosi di un aula priva di affacci diretti verso l’esterno, il problema della scarsa Per ovviare a questa mancanza si è optato per l’utilizzo dei dati illuminazione è stato risolto mediante l’impiego di camini di luce (o tunnel solari), integrati

Marchiori A. La qualità dell’aria in edifici universitari: un’esperienza di monitoraggio presso il Polo di Mesiano 2019

ambientali di un altra tesi che dihaottenere previsto naturalmente adricavati un sistema nell’ambito di illuminazione artificiale, che hanno permesso una il monitoraggio di alcune aule presso il Dipartimento di Ingeluce diffusa e non invasiva, andando così a rimediare alla mancanza di luce naturale dovuta all’assenza di superfici finestrate.

Il monitoraggio dell’indoor air è avvenuto, persono mezzo dello strumento EnerAir 7.0, dal gneria di Mesiano a quality Trento. I dati stati dunque utilizzati 17 al 26 febbraio 2017, periodo in cui l’aula veniva impiegata per lo svolgimento di appelli

ad’esame scopo dimostrativo e non rappresentano le condizioni reali e perciò non occupata in maniera continuativa durante l’arco della giornata. dell’edificio oggetto di studio. L’indice di affollamento determinato per l’aula

T3 è di circa 1,48 m2/studente che non

raggiunge la soglia indicata come ottimale dal D.M. 18.12.1975 (1,96 m2/studente) ma che può

Sono stati presisoddisfacente. in considerazione i dati relativi al monitoragconsiderarsi comunque gio dell’Aula 1D, situata al primo piano dell’edificio di Mesiano. 6.4.3 Aula 1D

Questa è stata scelta in quanto presenta caratteristiche molto L’aula 1D, come si evince dalla denominazione stessa, è situata al piano primo, in posizione

simili alle aule presenti nella scuola di Cognola, sia per posiziosud-est del blocco principale dell’edificio ed esposta su due lati (sud ed est). Presenta una

di e pianta rettangolare con orientazione nord-sud, superficie internaorientata è di 62 m e laavolumetria ne che per dimensione. L’aula la1D è infatti sud-est 2

205 m ; è in grado di contenere un totale di 46 posti a sedere più una postazione per disabili, 3

presenta unadipianta rettangolare di 62 m2 (contro i 50 m2 delle disponendo quindi 4,36 m /studente. 3

aule di Cognola. Anchenell’edificio in questo caso la disposizione delle file di banchi per gli studenti è su un unico livello e sono rivolti verso la lavagna posta sulla parete nord della stanza, dove si trova anche l’ingresso.

Marchiori A. Pianta e fotografia dell’aula 1D, nell’edificio di Mesiano (TN) 2019

Figura 6.6: Pianta e scorcio aula 1D.

SiLanota tuttavia una marcata differenza nell’indice di affollascelta è ricaduta su quest’aula in quanto di recente rifacimento, la ristrutturazione risale 2 all’anno 2012, frutto della suddivisione un'unicamgrande stanza in nel due aule distinte ed mento tra le due aule, pari adi 1,32 /studente caso di Me-

indipendenti. Il rinnovamento ha coinvolto anche il sistema di illuminazione, dotato ora di

siano, i 2,22 m2/studente nella di Cognola. Un’alcomandicontro per la gestione settoriale dei punti luce, e di scuola condizionamento, costituito da un

impianto con ventilconvettori, posti aideriva piedi delle finestre, in grado didiriscaldare/raffrescare tra differenza importante dalla quantità CO2 prodotta l’aria ambiente opportunamente filtrata. Il ricambio d’aria è garantito da ben 5 finestre, sui lati

Persily et al. Carbon dioxide generation rates for building occupants, 2017

da uno studente universitario adulto (18-30 anni) pari ad una 80

media di 3,9 cm3/s, rispetto a quella di un bambino (9-11 anni) pari ad una media di 2,5 cm3/s. Le rilevazioni dei parametri di qualità dell’aria sono avvenute nel periodo tra il 27 febbraio e l’8 marzo 2017, in cui l’aula è stata utilizzata per le attività di didattica frontale. Oltre ai livelli di CO2, sono stati monitorati anche i parametri relativi a tem-

peratura, umidità relativa, pressione atmosferica e i livelli di altri inquinanti (aldeidi, CO, toluene, ecc.) tramite lo strumento

257

EnerAir v7.0 ad intervalli regolari di 15 minuti per un totale di 894 misurazioni. Ai fini dimostrativi del processo, in questo studio sono stati analizzati i dati relativi al periodo di effettiva fruizione dell’aula (8/10 giorni, escludendo le giornate di sabato e domenica).

10.4.3 ANALYTIC LAYER Tramite un foglio Excel sono stati infine calcolati gli indici di performance di cui si è parlato in precedenza. Questi sono stati calcolati tramite il filtraggio dei dati in base al giorno della settimana e alle fasce orari, in modo da considerare soltanto i giorni e gli orari di lezione. Questa suddivisione ha evidenziato come la qualità dell’aria all’interno dell’aula sia fortemente influenzata dall’occupazione della stessa. Nei periodi notturni e nei giorni festivi i KPIs indicano infatti una qualità dell’aria molto buona, rendendo quindi una misurazione generale poco significativa. Nella tabella seguente si riportano i risultati degli indici ottenuti:

intervallo dati

intero

lun-ven, ore 8-16

numero misurazioni

894

250

ECI 1

0,36

0,69

0,00

0,51

0,25

0,13

0,06

0,07

0,08

0,29

0,61

ECI 2

ICONE

Risulta evidente che l’indice generale sia notevolmente migliore rispetto a quello calcolato filtrando le misurazioni. Nei periodi di utilizzo ed occupazione dell’aula si nota infatti che gli indici evidenziano una qualità dell’aria estremamente bassa, segno della mancanza di un’adeguata ventilazione dell’ambiente.

258

Script realizzato in Dynamo per il passaggio dei dati da Excel a Revit

10.4.4 TOOL LAYER - PIM I risultati delle analisi hanno fornito una serie di dati che sono stati inseriti come parametri condivisi all’interno del modello BIM, tramite uno script Dynamo, in modo da ottenere il Performance Information Model (PIM). Per importare in maniera automatizzata gli indici calcolati all’interno del modello BIM sono stati innanzitutto creati dei parametri condivisi all’interno del modello, che sono stati in seguito assegnati all’elemento “Space” di Revit. Creazione dei parametri condivisi nel modello BIM

In seguito è stato creato uno script (riportato nella pagina seguente) all’interno del software di programmazione visuale Dynamo, che permette di importare i dati degli indici presenti all’interno del foglio di calcolo e impostarli automaticamente come parametro nel modello BIM. In questo modo si ottiene il Performance Information Modeling che contiene, oltre a tutti i dati già presenti all’interno del modello, anche quelli relativi alle performance di qualità dell’aria. Il modello BIM è quindi utilizzato come hub informativo, ovvero come collettore unico di tutte le informazioni relative ad un edificio. Questo permette di ottenere un flusso diretto e semi-automatizzato tra i dati ottenuti dai sensori e il modello BIM che porta diversi vantaggi.

La visualizzazione diretta Diverse ricerche (Chang et al., 2018) hanno dimostrato che la visualizzazione del dato all’interno del modello aumenti notevolmente la capacità di comprenderlo: la possibilità di

260

Aula standard

A 104

A 105

A 106

ECI1 = 0.69

ECI1 = 0.23

Pianta tematica dei diversi livelli di ECI1 nelle auleECI1 = 0.85

Aula standard

A 104

A 105

A 106

ECI1 = 0.85

ECI1 = 0.69

ECI1 = 0.23

LEGENDA ECI1 less than 0.2 0.2 - 0.4 0.4 - 0.6 0.6 - 0.8 0.8 - 1.0

contestualizzare il dato all’interno dell’edificio e di rapportarlo direttamente al contesto in cui è stato rilevato, permette di velocizzare il processo progettuale o decisionale. L’importanza della graficizzazione del dato sta aumentando sempre di più in tutti gli ambiti, in quanto facilita il processo associativo alla base di quello decisionale. Fonte: https://lab24.ilsole24ore.com/ Visualizzazione grafica per regione dei contagi da COVID-19 2020

Sono state quindi create delle visualizzazioni di pianta dell’edificio che evidenziassero, attraverso una scala cromatica, il livello dei diversi indici, come è possibile vedere nella pagina a finaco. Gli indici calcolati sulla base dei dati ottenuti dalle misurazioni a Mesiano sono stati inseriti in un’aula (A 105) della scuola di Cognola a fini dimostrativi, mentre nelle altre aule sono stati impostati manualmente a scopo dimostrativo.

La valutazione e il problem solving La capacità di arricchire il modello BIM con dati ambientali “dinamici” provenienti dall’edificio nella sua fase operativa permette di velocizzare il processo di comprensione e scelta.

262

L’integrazione di questi dati con quelli che già compongono il modello BIM (come quelli geometrici o relativi a simulazioni energetiche o programmi di manutenzione) aiuta ad avere una visione ampia ma allo stesso tempo circoscritta del problema. La possibilità di poter maneggiare dati ed informazioni anche di diversa natura, all’interno di un unico ambiente, facilita la “ricostruzione” del problema, processo determinante nel problem solving. È facile intuire come l’intero processo sia tanto più efficace quanti più dati vengono aggiunti. Nel caso della valutazione delle performance sulla base della qualità ambientale, si ipotizza quindi, per eventuali sviluppi dello studio, l’integrazione dei parametri relativi agli altri fattori di comfort, come quello termo-igrometrico, acustico e luminoso. In questo modo è possibile ottenere una visione sulla qualità dell’ambientale interna a 360 gradi. A tal fine la creazione di un PIM, del quale si è parlato in maniera approfondita nei capitoli precedenti, semplifica notevolmente l’intento di unificare diversi indicatori relativi al comfort, all’interno del modello BIM. Una volta integrato il modello dei dati necessari, oltre ai vantaggi generali descritti in precedenza, sono stati individuati svariati possibili utilizzi del Performance Information Model da parte del Facility Manager, che vanno a ricoprire diversi ambiti e finalità che ricadono soprattutto nelle mansioni relative al controllo della sostenibilità dell’edificio: • redazione

di report di efficienza, destinati prevalentemente

alla proprietà; • ottenimento

delle certificazioni (LEED, BREEAM, WELL, …);

• manutenzione,

in particolare a quella di tipo correttivo/emer-

genziale; • verifiche

prestazionali richieste dalla normativa;

• verifiche

prestazionali presenti nel contratto;

263

ECI2

600 1k

A105 50,2 m2 122,4 m3 4,97 m2 finestrati 21 studenti

1.4 k

ECI1=0,69

PIANO

PIANO GOOD AIR -0.2 0.2 - 0.4 0.4 - 0.6 0.6 - 0.8AIR GOOD +-0.2 0.8

ECI1

AULA

ECI1

ppm

BAD 0.2 - 0.4AIR 0.4 - 0.6 0.6 - 0.8 + 0.8

= 344,4 m2

58,4% 58,4%

PRIMO 12 aule 590,2 m2 262 studenti

6/10 6/10

BAD AIR

bambini, studiano in aule con aria di ottima qualità

COMPARAZIONE TRA

ASSET

Scuola Secondaria dell’Argentario (Cognola)

= 3.89 COMPARAZIONEICONE TRA ASSET

A. Manzoni 0 Scuola Secondaria dell’Argentario (Cognola) 1

Pedrolli

ICONEArgentario = 3.89

3 4 A. Manzoni 50 1

Pedrolli G. Pascoli

2 3

Argentario Bronzetti

4 5

G. Bresadola G. Pascoli

Bronzetti G. Bresadola

• comparazione

delle performance tra diversi edifici dello stes-

so asset.

10.4.5 COMMUNICATION LAYER L’ultima fase del processo che si è deciso di introdurre nel framework informativo è quella che riguarda una parte fondamentale nel data analysis ovvero la comunicazione dei dati e dei risultati delle indagini svolte. A tal fine, come mostrato negli elaborati grafici nella pagina precedente, sono stati studiate vaire tipologie di rappresentazioni che aiutassero a descrivere i risultati delle analisi non soltanto agli addetti ai lavori, ma anche a stakeholder esterni che risulta necessario informare, tramite i report di cui si è parlato nei paragrafi a inizio capitolo. Gli elaborati grafici sono stati prodotti utilizzando i dati già presenti all’interno del modello BIM, come ad esempio quelli geometrici e relativi all’occupazione delle aule, con gli indicatori di performance calcolati. I dati sulla CO2 relativi alla singola aula si

riferiscono a quelli dello studio svolto a Mesiano di cui si è precedentemente parlato; per quanto riguarda invece le altre aule si è deciso di utilizzare dati e indicatori fittizi al fine di mostrare le potenzialità del processo. Risulta evidente che tanto più si riesca a popolare il modello BIM di dati, quanto più sia possibile ottenere informazioni e rappresentazioni accurate e significative. È possibile ad esempio inserire i dati relativi ai materiali, alle condizioni ambientali o alle manutenzioni. Ciò può infatti aiutare, per esempio, a comprendere la natura e la causa di performance disattese o dati incongruenti.

265

EXCURSUS

La ventilazione degli ambienti nel post-Covid In questo breve inciso si è cercato di contestualizzare questo lavoro di tesi all’interno della nuova realtà imposta dalla pandemia del Covid-19, che ci impone necessariamente dei cambiamenti nello stile di vita e il ripensamento degli spazi indoor, per tornare nuovamente a considerare l’architettura come luogo sicuro, in cui sentirsi protetti anche da un nemico invisibile.

Nel mese di gennaio 2020 il virus SARS-CoV-2 ha dato inizio ad una pandemia di portata mondiale, che ha causato e sta causando, al momento in cui si scrive, centinaia di migliaia di decessi e milioni di infetti. Partito da un mercato di Wuhan in Cina, il virus ha successivamente colpito duramente le regioni del nord Italia, per poi diffondersi a macchia d’olio in tutto il mondo a causa dell’alto tasso di contagiosità.

La malattia causata dal virus, denominata Covid-19 o più comunemente Coronavirus, è infatti molto contagiosa e attacca duramente il sistema respiratorio provocando una serie di sintomi descritti come simil-influenzali come febbre, tosse, dolore muscolare, stanchezza e, nei casi più gravi, polmonite e altri, che possono portare alla morte. La trasmissione del virus avviene principalmente per via aerea, per questo motivo, in tutti gli Stati colpiti dalla pandemia, è stato necessario imporre la chiusura di tutte le attività e limitare al minimo i rapporti sociali vietando di uscire dalle proprie abitazioni. Nelle fasi iniziali della pandemia le prime attività ad essere chiuse sono state infatti scuole ed università, trattandosi di luoghi in cui, per loro conformazione e organizzazione, risulta molto complesso limitare i contatti e garantire il distanziamento. Proprio per questo, nel momento in cui si scrive, al centro del dibattito il problema legato alla riapertura delle scuole nel prossimo mese di settembre 2020, che dovrà avvenire in sicurezza cercando di ridurre al minimo la possibilità di contagio. Il forte legame tra la diffusione del virus e la qualità degli ambienti interni, in particolare all’interno di spazi affollati come sono le aule scolastiche, è una delle questioni sulle quali si sta focalizzando maggiormente l’attenzione, proponendo inter-

268

venti che possano garantire, oltre al distanziamento, un corretto ricambio dell’aria. Il modo più efficace di ridurre la carica virale in uno spazio confinato consiste infatti nel mantenere un alto tasso di ricambio d’aria, come spiega il professor Andrea Gasparella della Facoltà di Scienze e Tecnologie della Libera Università di Bolzano:

“ Agorà, UNIBZ, IUAV, UNIPD, UNITN Il cambiamento è nell’aria. Che aria tira nelle scuole? Ripensare e trasformare i luoghi della formazione 2020

La prevenzione del contagio passa attraverso il controllo della concentrazione e della distribuzione della carica virale che, sia pure con proprie specificità, non è radicalmente diverso da quello di molti altri contaminanti indoor. Il corretto ricambio d’aria può limitare infatti il livello di CO2 e contenere la concentrazione della carica virale nell’ambiente confinato allo stesso tempo.

La considerazione di Gasparella si rifà alla ricerca Il cambiamento è nell’aria, che indaga la qualità dell’aria negli edifici scolastici promosso proprio dalla Libera Università di Bolzano con la collaborazione altri istituti. La ricerca, iniziata nel settembre 2019 -prima dell’emergenza sanitaria- e concluso a giugno 2020, assume oggi una rilevanza e una attualità tutta particolare. Il tema della qualità dell’aria interna assume grande rilevanza nel periodo post-emergenza, la cosiddetta Fase 3 di “convivenza” col virus, accendendo i riflettori sul problema della qualità dell’aria nelle scuola che spesso, in passato, è stato trascurato o messo in secondo piano. Per contenere la diffusione dell’epidemia è fondamentale infatti garantire un buon livello salubrità e qualità dell’aria indoor degli ambienti per tutelare la salute degli occupanti. Come si è studiato nei capitoli precedenti infatti gli inquinanti causano in primo luogo discomfort all’interno degli ambienti e, se costantemente presenti, sono possono portare a problematiche molto più serie come allergie e problemi respiratori. In particolare le polveri sottili (PM2.5 - PM10) sono la prima causa,

secondo l’OMS, di malattie respiratorie gravi, causando ogni anno diversi morti. La particolarità di questi inquinanti è che agiscono da “trasportatore”, permettendo ad altre sostanze

269

presenti nell’aria di entrare nel nostro organismo a livello polmonare. In questo modo anche le cellule virali vengono trasportate nei polmoni infettando l’organismo.

A conferma dell’importanza della qualità dell’aria per contrastare la diffusione del virus, si è espresso anche l’Istituto Superiore di Sanità (ISS), che ha pubblicato un rapporto contenente una serie di raccomandazioni da seguire in relazione al contenimento del rischio di contagio da COVID-19 nei luoghi chiusi. Il rapporto ha evidenziato che la qualità dell’aria indoor assume un ruolo di grande importanza nella protezione, tutela e prevenzione della salute dei cittadini e dei lavoratori:

“

Nei diversi edifici e ambienti in cui si svolgono una molteplicità di attività e funzioni [...] è utile promuovere processi che permettano di acquisire comportamenti e misure di prevenzione della salute. In generale, in ogni condizione, adeguate norme comportamentali rivestono un ruolo importante nel miglioramento della qualità dell’aria indoor e, in relazione al contenimento o rallentamento della trasmissione del SARS-CoV-2, nei diversi gli ambienti, assumono un particolare significato e rilievo.

270

Rapporto ISS COVID-19 n. 5/2020 Indicazioni ad interim per la prevenzione e gestione degli ambienti indoor in relazione alla trasmissione dell’infezione da virus SARS-CoV-2

CONCLUSIONE Nella prima parte di questa ricerca si è cercato di indagare la possibilità e le modalità di riqualificazione di un edificio scolastico prefabbricato dei primi anni Ottanta. La scelta della scuola dell’Argentario a Cognola è derivata dal fatto che si tratti di un edificio che, per tipologia, modalità costruttiva, dimensioni e forme si avvicini parecchio ad una molteplicità di strutture educative del territorio, che presentano problematiche affini. Il progetto di riqualificazione tenta dunque di dimostrare che, tramite interventi non invasivi, limitati e puntuali, sia possibile migliorare notevolmente questa tipologia di edifici scolastici. Uno dei primi aspetti sui quali ci si è focalizzati è stato quello riguardante la riconoscibilità e l’identità della struttura, importante tanto per gli studenti quanto per l’intera comunità, per il valore simbolico e democratico che deve tornare a ricoprire. Anche gli interventi sugli interni hanno riguardato principalmente aspetti concettuali del vivere la scuola, vista non più soltanto come luogo dell’apprendimento “formale” -ovvero quello impartito nelle tradizionali lezioni frontali- ma soprattutto come spazio comunitario, dove sviluppare senso di collettività e socialità. A tal fine si è lavorato in particolare sullo spazio centrale dell’edificio che, alla mera funzione distributiva, viene arricchito di funzioni ed attività, divenendo una sorta di piazza dello studente. Parallelamente è stato sviluppato un progetto di ventilazione naturale per riuscire a migliorare la qualità dell’aria interna divenuta, a causa dell’emergenza causata dalla pandemia del Covid-19 scoppiata durante la scrittura di questo lavoro di tesi, una questione centrale nel dibattito politico riguardante la riqualificazione del patrimonio edilizio scolastico italiano. Anche in questo caso si è volutamente evitato di intaccare la struttura esistente o comunque stravolgere l’impianto architettonico dell’edificio, in modo da rendere il progetto più facilmente realizzabile e replicabile su fabbricati simili.

272

Per una buona riuscita del sistema di ventilazione naturale si è cercato infatti, dopo aver opportunamente analizzato i venti e il clima del sito, di prevedere diverse soluzioni di funzionamento attivate tramite un impianto di automazione. Il sistema si basa infatti su un insieme di sensori di CO2 e temperatura che metto-

no in funzione una serie di attuatori a seconda delle condizioni, mediante un algoritmo di funzionamento domotico. Il sistema di sensori di diossido di carbonio all’interno delle aule è stato utilizzato inoltre come elemento centrale nell’ultima parte della ricerca, in cui si è focalizzata l’attenzione sulle fasi di Facility Management. Le difficoltà nel prevedere con precisione i flussi naturali dell’aria, considerando la miriade di variabili in gioco, rende necessaria una costante gestione del sistema, verificandone periodicamente l’efficacia. Per questo si è proposto un flusso informativo che permetta l’implementazione dei dati ambientali raccolti all’interno del modello BIM, sotto forma di indicatori di performance, al fine di facilitare il controllo, il monitoraggio e la comunicazione delle performance relative alla qualità dell’aria. Le ricerche analizzate hanno infatti confermato la tendenza sempre più crescente di considerare le performance dell’edificio non più soltanto, come si faceva in passato, in relazione agli elementi tecnici ed impiantistici, bensì riferendosi al comfort degli occupanti. Questo cambio di rotta è giustificato, oltre che da ovvie ragioni etiche, dall’incidenza del costo dello staff sulle

D.J. Clements-Croome, T. Yang Intelligent and Responsive Buildings Roadmap 2018

spese totali delle aziende, che ammonta al 90%. Considerando puramente l’aspetto economico è dunque chiaro che, ottimizzare al massimo la produttività e la salute dei dipendenti possa avere importanti ricadute positive sul budget, soprattutto sui grandi numeri. L’augurio è che questo lavoro di tesi possa dare un contributo al tema della riqualificazione del patrimonio edilizio scolastico italiano, sul quale da tempo si discute ma continua ad essere una problematica molto significativa nel Paese, soprattutto a fronte delle tragiche notizie di cronaca che ciclicamente fanno

273

riemergere l’emergenza ma vengono troppo spesso e troppo rapidamente dimenticate. Tra i vari problemi che affliggono il patrimonio edilizio scolastico italiano, si è cercato di porre in primo piano quello riguardante la qualità e la salubrità dell’aria interna, un tema che, per via della sua intangibilità e delle difficoltà di valutarne le conseguenze nel breve periodo, è stato per lungo tempo trascurato nonostante abbia importanti implicazioni sulla salute, come l’emergenza globale dovuta al Covid-19 ha bruscamente e inesorabilmente reso noto. Ma se la pandemia ha fatto emergere -tra gli altri- questo problema “indicandoci la luna”, l’auspicio finale è che la politica e i professionisti non si limitono ottusamente a “guardare il dito” proponendo soluzioni tanto banali quanto disumanizzanti -vedasi l’idea delle “gabbie” in plexiglas-, ma che si possa cogliere l’occasione per riflettere su soluzioni più lungimiranti che vadano, tramite una progettazione oculata, a garantire un ambiente costruito salubre e di qualità.

“

Storicamente, le pandemie hanno sempre costretto gli esseri umani a rompere con il passato e a immaginare il loro mondo da capo. Questa non è diversa. È un portale, un cancello tra un mondo e l’altro. Possiamo scegliere di attraversarlo trascinandoci dietro le carcasse del nostro odio, dei nostri pregiudizi, la nostra avidità, le nostre banche dati, le nostre vecchie idee, i nostri fiumi morti e cieli fumosi. Oppure possiamo attraversarlo con un bagaglio più leggero, pronti a immaginare un mondo diverso. E a lottare per averlo.

274

Arundhati Roy L’altra pandemia in «Internazionale» n. 1353 aprile 2020

RINGRAZIAMENTI A conclusione di questo lavoro e di questo percorso, vorrei dedicare queste poche righe a tutte le persone che in qualche modo hanno contribuito a farmi arrivare fin qui. In primis, ringrazio i miei due relatori, Costantini e Albatici, per avermi accompagnato nello sviluppo e la realizzazione di que-

sto elaborato. Un sentito grazie va in particolare al Professor Albatici, una guida sempre disponibile e puntuale nel consigliarmi e indirizzarmi nella giusta direzione, che ha contribuito ad accrescere le mie conoscenze e competenze. Un ringraziamento speciale va ai miei correlatori Fabrizio e Nicola, per l’interesse e le dritte indispensabili durante tutti que-

sti mesi, dalla fase iniziale di definizione dei temi sino agli ultimi dettagli sulla presentazione. Vorrei ringraziare inoltre tutte le altre persone che in qualche modo mi hanno supportato in questo lavoro, in particolare mio zio Giorgio, per la grande disponibilità e il tempo dedicatomi, ma anche lo staff dell’Ufficio Tecnico Comunale di Trento

oltre che la Professoressa Demattè, vicedirigente della scuola dell’Argentario.

Un grazie di cuore va però senz’altro ai miei genitori, Emilio e Donatella che mi sono sempre stati accanto e hanno creduto in

me anche nei momenti più difficili. Vi ringrazio per avermi fatto diventare la persona che sono oggi e sono felice di avervi potuto dedicare questo elaborato, simbolo della conclusione di questo importante percorso e punto di partenza per un nuovo inizio. Ringrazio Sara, fedele complice di infanzia che molto mi ha

insegnato, Marina, per l’incondizionata generosità sempre dimostratami, e Claudia, persona che più di tutti ha indiret-

tamente contribuito alla riuscita di questa tesi sopportandomi e facendomi compagnia in questi mesi di quarantena. Siete i pilastri sui quali posso e potrò per sempre contare. Un grande grazie anche a Michael, per aver sempre tifato per me, e a Chri-

275

stian, compagno di giochi sin dai tempi dell’asilo; “cognati” ma soprattutto amici.

Grazie infinite all’Eli che, nonostante abbia incontrato solo pochi mesi fa, è come se mi conoscesse da una vita e riesce sempre a spronarmi per superare anche gli ostacoli più ostici. Grazie per l’affetto e la serenità che ogni giorno mi regali, grazie perché ci sei e perchè mi sei sempre vicina pur nei miei numerosi difetti. Grazie a Jack col quale sono entrato nel mondo dei grandi e da

lì è stato sempre al mio fianco, allo Ste per essere stato sempre presente nei momenti più importanti, e a Sgarbi per dimostrar-

mi sempre che un’amicizia sincera non ha bisogno di tante parole. Amici di una vita, compagni di avventure e disavventure, sui quali so che potrò sempre contare vicini o lontani che siano. Grazie per i momenti felici passati, per quelli più duri superati, per tutto quello che è stato e che sarà. Grazie a Calle e Gaggia per i consigli che, soprattutto in questi

ultimi mesi, mi hanno in più di un caso salvato la vita, a Zani col quale ho avuto il piacere di condividere praticamente tutte le

gioie e i dolori di questo lungo percorso e a Giordi, che con la

sua spensieratezza mi ha sempre regalato un sorriso. Ringrazio anche il Grillo, per il quale, nonostante mezza Europa ci separi, sentirò sempre un forte legame. Grazie ragazzi, avete riempito questi anni di momenti e storie che non dimenticherò mai. Grazie agli amici vigolani che mi hanno visto e aiutato a crescere in tutti questi anni. Grazie a Jessica, confidente fidata e

sincera, Alesiet, Lelo, Nick, Lillo, Angela, Alesiot, Davide e tutti

gli altri compagni di avventure e feste memorabili. Vi ringrazio per avermi dato, ciascuno a suo modo, un insegnamento o una parola di incoraggiamento. Grazie a tutti gli amici di Mesiano e dintorni: Matte, Pergher,

Astrid, Claudia, Frankie, Anna, Cristina, la Perlina, il Castoro,

tutti gli IZ e i compagni di imprese alle Facoltiadi. Sono contento di avervi incontrato lungo questo percorso e considero

tutti un valida scusa per finire fuoricorso (papà, capirai anche tu appena avrai occasione di conoscerli).

276

Un grande grazie va inoltre a tutto lo staff dell’Alpenrose, che considero ormai come una seconda famiglia, per avermi fatto crescere sia dal punto di vista lavorativo che umano. Grazie dunque al grande capo, Martin, a Luciano, Patrick, Max, Gian-

claudio, Jacopì, Tamara, Ginevra e tutte le altre persone con cui ho avuto almeno una volta il piacere di lavorare e, ben più di una volta, festeggiare insieme. Infine, mi sembra doveroso ringraziare la cara Mesiano, tanto candida dall’esterno quanto tenebrosa una volta entrati. Grazie per avermi insegnato a restare sveglio la notte e ad abbronzarmi durante il giorno, a passare le ore in coda per un “pasto lesto” e a lottare per un tavolo in terrazza. Mi hai dato tanto e non potrò mai dimenticarlo, ma ora ho bisogno di qualcosa di più. Spero potremo rimanere comunque amici.

. Grazie a tutti

277

APPENDICE A

Ventilazione naturale nelle scuole: i casi studio virtuosi Nell’appendice si riportano i progetti studiati nell’ambito della ventilazione naturale nelle scuole: si è optato di riferirsi a casi che rispondessero a criteri di: tipologia, vicinanza geografica (clima) e comparabilità dimensionale. L’ultimo caso è stato incluso solo come spunto, per la sua particolarità. * l’indicazione dell’area climatica è puramente indicativa e si basa sulla classificazione dei climi di Köppen (1918)

Okanagan College 2011

Penticton, Canada temperato oceanico [Cfb] *

CEI Architecture università - nuova costruzione 6780 m2 il progetto mira a essere un living lab: si tratta di un’istituto di formazione specializzata nell’ambito della progettazione sostenibile che integra la struttura stessa nel programma didattico lasciando volontariamente l’impiantistica a vista e le tecnologie facilmente accessibili, in modo da poter essere meglio comprese e studiate dagli studenti. Inoltre i dati ambientali dell’edificio sono visionabili da tutti permettendo analisi e ricerche

la ventilazione naturale è garantita dal passaggio dell’aria attraverso le aperture in facciata, che viene incanalata poi nella zona comune tramite condotti incassati nel controsoffitto (per ridurre i problemi di acustica) per poi essere espulsa dai 5 camini solari di 14 metri di altezza, che garantiscono una portata di 1000 l/s ciascuno in condizioni di punta. L’apertura/chiusura delle finestre è manuale ma sono presenti led per suggerire all’utenza quando e come agire

camino solare // semi-automazione // living lab // displacement ventilation

280

_ luogo _ area climatica

_ progettista _ tipologia _ dimensioni _ descrizione generale

_ strategie di ventilazione

_ temi

Liceo Orsini di Imola 2008

luogo

Imola, Italia

area climatica

caldo oceanico [Cfa]

progettista

ArkLab

tipologia

scuola superiore - nuova costruzione

dimensioni

descrizione generale

L’edificio è stato progettato e realizzato secondo i canoni della bioclimatica, partendo sin dalle prime fasi di analisi dell’orientamento solare che ha determinato il posizionamento dei locali: le aule sono posizionate a sud (per un massimo irraggiamento) mentre gli uffici a nord. Sono presenti diverse tecnologie per ottenere questo obiettivo, vengono infatti sfruttati sistemi naturali, meccanici e ibridi, a seconda delle necessità.

strategie di ventilazione

la ventilazione diurna avviene attraverso sistemi meccanici, mentre i sistemi naturali sono utilizzati per il raffrescamento notturno dell’edificio: essa avviene tramite griglie in facciata e tra le aule e l’atrio vetrato, infine il flusso termina in un torrino di estrazione. La fase di progettazione si è basata su simulazioni CFD per verificare l’effettivo funzionamento del sistema. Nelle simulazioni si è ad esempio calcolata l’altezza ideale della torre per evitare flussi contrari negli ambienti all’ultimo piano

temi

raffrescamento notturno // progettazione CFD // orientamento edificio

281

St Luke’s CE Primary School 2009

Wolverhampton, Regno Unito temperato oceanico [Cfb] *

Architype scuola elementare - nuova costruzione 2600 m2 L’edificio è stato il pirmo nel Regno Unito a raggiungere il punteggio di BREEAM “Excellent”. A partire dalla forma e dall’orientamento dell’edificio, i progettisti hanno posto le basi per un intero sistema di riscaldamento e raffreddamento passivo dell’edificio, nonché per un’ottima illuminazione naturale. Nelle zone comuni, si è optato per l’utilizzo di lucernari esposti a nord, che evitano la luce diretta e generano effetti luminosi

l’elevata inclinazione del tetto favorisce l’effetto termodinamico: l’aria fresca entra attraverso le finestre sulle facciate e viene espulsa tramite le aperture sul tetto presenti in ogni aula e i lucernari nel corridoio. L’apertura delle finestre inferiori avviene manualmente, mentre quelle superiori vengono aperte in automatico a seconda delle necessità. Per favorire ulteriormente la ventilazione sono stati progettate delle prese d’aria sulle pareti esterne laterali che possono essere aperte manualmente quando necessario.

semi-automazione // atrio ventilato // effetto camino // luce naturale // legno

282

_ luogo _ area climatica

_ progettista _ tipologia _ dimensioni _ descrizione generale

_ strategie di ventilazione

_ temi

Davenies School 2015

luogo

Buckingamshire, Regno Unito

area climatica

temperato oceanico [Cfb] *

progettista

DSDHA

tipologia

scuola elementare - nuova costruzione

dimensioni

descrizione generale

un aspetto interessante è l’approccio olistico all’apprendimento della scuola, basato sul coinvolgimento dei bambini con la natura e sulla massimizzazione della loro connessione con il verde che li circonda. L’edificio è infatti un tutt’uno con l’esterno e l’intento è di utilizzare proprio la natura a scopo pedagogico. Questo obiettivo è raggiunto tramite l’utilizzo di materiali autoctoni basso emissivi -principalemente legno-, e le ampie vetrate presenti sui prospetti

strategie di ventilazione

al fine di migliorare l’efficienza energetica dell’edificio e raggiungere bassi livelli di emissioni di CO2, si è cercato di massimizzare la ventilazione naturale, che avviene tramite pozzi di ventilazione presenti all’interno dei ripostigli situati sul retro delle aule. Questi forniscono aria fresca agli ambienti, generando un gradienti termici nell’aria, che viene espulsa tramite l’ampia apertura in sommità dell’atrio, ricavata nel punto più elevato del tetto a doppia falda

temi

pozzi di ventilazione // effetto camino // natura pedagogica // legno

283

Volksschule Mariagrün 2014

Graz, Austria temperato continentale [Dfb] *

Architekturwerk Berktold Kalb scuola elementare - nuova costruzione 8 classi l’architettura si inserisce in un contesto completamente immerso nel verde, cercando quasi di mimetizzarsi utilizzando tre tipi differenti di legno autoctono: l’abete rosso per la struttura e un misto di abete bianco e larice per il rivestimento della facciata. Le pareti scorrevoli tra le aule e la sala comune centrale creano spazi aperti dal design diverso, che sono più simili a un ampio soggiorno che a una scuola. Non sono presenti pannelli fotovoltaici a causa della forte ombreggiatura degli alberi circostanti Il sistema di ventilazione è controllato per ogni aula: si tratta di un sistema ibrido (0,38 Wh/m3) che permette il recupero del calore con un efficienza dell’85%. L‘aria fresca viene immessa al piano terra, attraverso le aperture, viene poi aspirata dalle aule verso il vano scale che presenta una grande apertura superiore; salendo per effetto termodinamico viene quindi espulsa passando attraverso il sistema di recupero di calore.

ventilazione ibrida // vano scale // natura pedagogica // legno

284

_ luogo _ area climatica

_ progettista _ tipologia _ dimensioni _ descrizione generale

_ strategie di ventilazione

_ temi

Marlborough Primary School 2017

luogo

Londra, Regno Unito

area climatica

temperato oceanico [Cfb] *

progettista

Dixon Jones

tipologia

scuola elementare - rigenerazione urbana

dimensioni

4095 m2

descrizione generale

il progetto fa parte di un ampia strategia di rigenerazione urbana sul in un quartiere periferico di Londra: la scuola sostituisce un edificio vittoriano del 1878. L’edificio assume un ruolo civico espressivo con una ricca tavolozza di materiali che fonde perfettamente moderni dettagli robusti con il contesto storico locale: la facciata in mattoni riprende infatti gli edifici circostanti, caratteristici dell’epoca.

strategie di ventilazione

l’edificio adotta un approccio passivo a bassa energia per ridurre al minimo i costi di gestione e la manutenzione futura. Le aule sono naturalmente ventilate e disposte a fianco delle terrazze sul tetto a cascata. Generose altezze dal pavimento al soffitto promuovono la ventilazione passiva su un solo lato e consentono alla luce del giorno di penetrare in profondità nel piano per ridurre la dipendenza dall’illuminazione interna. La ventilazione dell’atrio è favorita dallo spazio a tutta altezza con una vetrata in sommità.

temi

contesto urbano // single-sided ventilation // tetto a cascata // mattoni a vista

285

Monkseaton High School 2010

Tyne and Wear, Regno Unito temperato oceanico [Cfb] *

Devereux Architects scuola superiore - nuova costruzione 7 classi / 4 piani l’imponente edificio presenta una forma molto inusuale per una scuola: la struttura in acciaoo, le linee curve e le ampie superfici vetrate ricordano infatti le fattezze di uno stadio. La struttura ospita infatti nell’atrio un due palestre ed una zona digitale. La quantità di luce naturale, nonostante non rappresenti un grosso problema a quelle latitudini, è schermata con dei brise soleil per i momenti di massimo irraggiamento

l’edificio può essere considerato una best practice dell’azienda Breathing Building, specializzata nella ventilazione naturale degli edifici. Il sistema è ibrido ma l’apporto di energia è ridotto al minimo: vengono introdotte delle ventole per aumentare il flusso quando necessario. L’aria passa attraverso appositi apparecchi (che evitano l’inquinamento acustico e la perdita di calore) dall’esterno all’aula e all’atrio e da lì nei camini di espulsione (gli elementi colorati in copertura). Il sistema è controllato con sensori di T e CO2

ventilazione ibrida // atrio ventilato // materiali moderni // apparecchi

286

_ luogo _ area climatica

_ progettista _ tipologia _ dimensioni _ descrizione generale

_ strategie di ventilazione

_ temi

Kingsmead Primary School 2004

luogo

Kingsmead, Regno Unito

area climatica

temperato oceanico [Cfb] *

progettista

White Design

tipologia

scuola elementare - nuova costruzione

dimensioni

7 classi / 210 studenti

descrizione generale

il progetto è frutto della partecipazione tra amministrazione pubblica, progettista e costruttore, che hanno lavorato insieme nella redazione di Re-thinking Education, delle linee guida per un approccio sostenibile alla progettazione e la costruzione di edifici scolastici. La struttura in legno lamellare curvo, crea una forma concava nel punto centrale dell’edificio, dove si sviluppano gli spazi comuni

strategie di ventilazione

i punti chiave nella progettazione sono stati l’illuminazione la ventilazione naturale dell’edificio. L’apertura automatizzata delle finestre in facciata (alla base e in sommità) e in copertura, mediante l’utilizzo di un BMS, permette il raffrescamento e il ricambio d’aria. Il flusso avviene coniugando gli effetti della ventilazione incrociata all’effetto camino: tutti gli ambienti sono infatti provvisti di un’apertura in sommità che permette l’espulsione dell’aria

temi

atrio ventilato // ventilazione incrociata // automazione // BMS // legno

287

Gando Secondary School 2013

Gando, Burkina Faso clima delle savane [Aw] *

Kéré Architecture scuola superiore - nuova costruzione //

_ luogo _ area climatica

_ progettista _ tipologia _ dimensioni

realizzato con materiali locali riciclabili, l’edificio rappresenta più di una semplice scuola: al suo interno, infatti, i ragazzi verranno coinvolti in attività di inserimento nella società lavorativa, tramite laboratori e attività organizzate in orario extrascolastico. In questo modo, il luogo della scuola diventa anche centro di aggregazione e recupero, aspetti prioritari in un’area povera e poco attrezzata come quella di Gando

_ descrizione generale

completamente naturale, a bassa tecnologia e costo, funziona con canali sotterranei interrati: la ricca vegetazione vicina pre-filtra l’aria in arrivo, questa si muove attraverso i canali per ottenere un effetto di raffreddamento all’interno degli edifici, entrando attraverso i fori nel pavimento. L’aria calda in classe sale attraverso le aperture nel soffitto nello spazio tra il soffitto e il rivestimento del tetto. L’ampio sbalzo del tetto consente al vento di circolare liberamente nello spazio tra soffitto e tetto, fornendo un rapido scambio d’aria

_ strategie di ventilazione

low-tech // materiali riciclabili // raffrescamento geotermico

288

_ temi

APPENDICE B

Contesto progettuale: studio dei venti prevalenti Nell’appendice si riportano le rose dei venti del sito relative all’anno 2019, in base ai dati della stazione delle Laste (TN). Si è scelto di determinare i venti prevalenti nell’intervallo dell’intero anno e nei mesi in cui è potenzialmente utilizzabile la ventilazione naturale, in base all’analisi descritta nel capitolo apposito. I mesi sono stati accoppiati in base alle affinità climatiche; sono state inoltre calcolate le rose in base a tre intervalli orari durante la giornata.

venti prevalenti

Rosa dei venti annuale periodo

totale dati

01.01.2019 - 31.12.2019 _

8730 - intervallo orario

velocitĂ media

calma di vento

_ 7,89 %

1,80 m/s

8% 12% 16% 20%

velocitĂ del vento [m/s]

stazione meteoreologica

0,5 - 2,10

Trento - Laste (T 0129)

2,10 - 3,60

46.071801 N

3,60 - 5,70

11.135703 E

5,70 - 8,80

312 m s.l.m.

8,80 - 11,10

distanza sito: 680 m / -78 m s.l.m.

290

venti prevalenti

Marzo - Aprile periodo

totale dati

01.03.2019 - 30.04.2019 _

1464 - intervallo orario

velocitĂ media

calma di vento

_ 4,03 %

1,99 m/s

8% 12% 16% 20%

velocitĂ del vento [m/s]

0,5 - 2,10 2,10 - 3,60 3,60 - 5,70 5,70 - 8,80 8,80 - 11,10

291

marzo

- aprile

mattina periodo orario

01.03.2019 - 30.04.2019

totale dati

06:00 - 13:00 _

velocità media E

temp. media

488 - intervallo orario _

calma di vento

1,71 m/s 10,9 °C

_ 4,92 %

16% 24% 32% 40%

marzo

- aprile

pomeriggio - sera periodo orario

01.03.2019 - 30.04.2019

totale dati

14:00 - 21:00 _

velocità media E

temp. media

488 - intervallo orario _

calma di vento

2,42 m/s 13,9 °C

_ 2,46 %

16% 24% 32% 40%

marzo

- aprile

notte periodo orario

01.03.2019 - 30.04.2019

totale dati

22:00 - 05:00 _

velocità media E

temp. media

calma di vento 16% 24% 32% 40%

292

488 - intervallo orario _

1,85 m/s 8,7 °C

_ 4,71 %

venti prevalenti

Maggio - Giugno periodo

totale dati

01.05.2019 - 30.06.2019 _

1464 - intervallo orario

velocitĂ media

calma di vento

_ 4,99 %

2,20 m/s

8% 12% 16% 20%

velocitĂ del vento [m/s]

0,5 - 2,10 2,10 - 3,60 3,60 - 5,70 5,70 - 8,80 8,80 - 11,10

293

- giugno

maggio

mattina periodo orario

01.05.2019 - 30.06.2019

totale dati

06:00 - 13:00 _

velocità media E

temp. media

488 - intervallo orario _

calma di vento

1,83 m/s 19,4 °C

_ 4,92 %

16% 24% 32% 40%

- giugno

maggio

pomeriggio - sera periodo orario

01.05.2019 - 30.06.2019

totale dati

14:00 - 21:00 _

velocità media E

temp. media

488 - intervallo orario _

calma di vento

2,59 m/s 21,5 °C

_ 2,66 %

16% 24% 32% 40%

- giugno

maggio

notte periodo orario

01.05.2019 - 30.06.2019

totale dati

22:00 - 05:00 _

velocità media E

temp. media

calma di vento 16% 24% 32% 40%

294

488 - intervallo orario _

2,19 m/s 16,2 °C

_ 7,38 %

venti prevalenti

Luglio - Agosto periodo

totale dati

01.07.2019 - 31.08.2019 _

1488 - intervallo orario

velocitĂ media

calma di vento

_ 6,79 %

2,01 m/s

5% 10% 15% 20%

velocitĂ del vento [m/s]

0,5 - 2,10 2,10 - 3,60 3,60 - 5,70 5,70 - 8,80 8,80 - 11,10

295

luglio

- agosto

mattina periodo orario

01.07.2019 - 31.08.2019

totale dati

06:00 - 13:00 _

velocità media E

temp. media

496 - intervallo orario _

calma di vento

1,58 m/s 23,6 °C

_ 6,45 %

16% 24% 32% 40%

luglio

- agosto

pomeriggio - sera periodo orario

01.07.2019 - 31.08.2019

totale dati

14:00 - 21:00 _

velocità media E

temp. media

496- intervallo orario _

calma di vento

2,38 m/s 25,7 °C

_ 3,63 %

16% 24% 32% 40%

luglio

- agosto

notte periodo orario

01.07.2019 - 31.08.2019

totale dati

22:00 - 05:00 _

velocità media E

temp. media

calma di vento 16% 24% 32% 40%

296

496 - intervallo orario _

2,06 m/s 20,1 °C

_ 10,28 %

venti prevalenti

Settembre - Ottobre periodo

totale dati

01.09.2019 - 31.10.2019 _

1464 - intervallo orario

velocitĂ media

calma di vento

_ 11,07 %

1,57 m/s

8% 12% 16% 20%

velocitĂ del vento [m/s]

0,5 - 2,10 2,10 - 3,60 3,60 - 5,70 5,70 - 8,80 8,80 - 11,10

297

settembre

- ottobre

mattina periodo orario

01.09.2019 - 31.10.2019

06:00 - 13:00

totale dati

velocità media E

temp. media

488 - intervallo orario _

calma di vento

1,46 m/s 16,2 °C

_ 9,22 %

16% 24% 32% 40%

settembre

- ottobre

pomeriggio - sera periodo orario

01.09.2019 - 31.10.2019

14:00 - 21:00

totale dati

velocità media E

temp. media

488 - intervallo orario _

calma di vento

1,69 m/s 18,3 °C

_ 9,02 %

16% 24% 32% 40%

settembre

notte periodo orario

- ottobre

01.09.2019 - 31.10.2019

totale dati

22:00 - 05:00 _

velocità media E

temp. media

calma di vento 16% 24% 32% 40%

298

488 - intervallo orario _

1,57 m/s 14,4 °C

_ 14,96 %