Strategie di ventilazione nell'edilizia scolastica per l'ottimizzazione della qualità dell'aria, del comfort termico e dei consumi energetici

The study deals with the analysis of different ventilation strategies in school buildings to improve indoor air quality and thermal comfort while saving energy. This thesis comes from a collaboration between Università Politecnica delle Marche and Provincia di Ancona that is the local authority responsible for the management of school buildings for higher education. On the whole stock of buildings it has previously intervened both in terms of accessibility for the disable people and in terms of safety measures. In recent years, however, has raised the issue of sustainability and in particular how to limit the wasting of energy. Most of them have been built before the '80s, in the absence of specific regulations for energy efficiency (DL 192 and 311). The adoption of the latest standards for energy efficiency has forced a reduction in the rate of infiltration of outside air and ventilation, thereby contributing to increase the internal concentrations of pollutants, worsening the air quality of indoor environments with the risk of generating Sick Building Syndrome. The issue is felt mostly in schools because of their density of occupation (from 4 to 10 times greater than a commercial building), the long periods of exposure and bigger sensitivity of the occupants. This should ensure environmental quality standards already higher than the Average: these considerations make the school building more attractive to this kind of investigation. These environments require rates of air which, if effectively applied with a natural ventilation system, are unlikely to be within the limit parameters of the law on energy point of view. Objectives of the thesis are: - to define an integrated methodology for the evaluation of in situ investigations of air quality and environmental comfort; - to assess qualitative and quantitative effectiveness of certain ventilation strategies, different for typology (natural ventilation / mechanical), kind of air distribution and of intake, applied to a real case; - to develop a methodology for optimizing the management of the chosen system, whose attention is always focused, rather than just on the energy savings, on the combination of comfort and consumption; - to develop a methodology for integrated design (or retrofit of existing) taking into account from the very beginning the systems and ventilation mainly; The study saw the analysis of a real case and the optimized design of the enlargement of the same building. The building analyzed is the ITIS Vito Volterra in Torrette of Ancona. The existing building has been analyzed with a winter monitoring session in which four different ventilation strategies were evaluated in a classroom and a spring-summer monitoring session in which two different rooms with ventilation strategies were compared with each other. The enlargement of the building was assessed using a model analyzed with different simulation software for thermodinamic evaluation in steady state and dynamic case, in which different parameters were analyzed from the comfort point of view, including ventilation, examining various strategies for the summer.

La ricerca affronta lo studio della ventilazione all’interno degli ambienti scolastici ai fini della qualità dell’aria, del comfort interno e del risparmio energetico. Questa tesi nasce da una collaborazione tra l’Università Politecnica delle Marche e la Provincia di Ancona, ovvero l’ente di gestione dell’edilizia scolastica per quanto riguarda la formazione superiore. Su tutto il patrimonio edilizio si è intervenuti in precedenza sia per quanto riguarda l’accessibilità per i diversamente abili che dal punto di vista della messa in sicurezza. Negli ultimi anni invece si è posto il problema della sostenibilità e in particolare come limitare lo spreco dei consumi. La maggior parte degli edifici gestiti sono stati realizzati prima degli anni ’80, in assenza cioè di normative specifiche per il risparmio energetico (D.l. 192 e 311). L’adozione delle più recenti normative sul risparmio energetico ha obbligato ad una riduzione del tasso di infiltrazione e ventilazione di aria esterna, contribuendo così ad aumentare le concentrazioni di inquinanti, peggiorando la qualità dell’aria interna degli ambienti con il rischio dell’insorgenza della Sick Building Syndrome. La problematica è ancora più sentita nelle scuole, ambienti che per la loro densità di occupazione (da 4 a 10 volte maggiore di un edificio commerciale), i tempi prolungati di esposizione e la sensibilità degli occupanti dovrebbero garantire standard di qualità ambientale già più elevati della media: queste considerazioni rendono l’edilizia scolastica la tipologia più interessante per questo tipo di indagini. Questi ambienti necessitano di tassi di ricambi d’aria che, se effettivamente applicati con un sistema di ventilazione naturale, difficilmente riusciranno a rientrare nei parametri limite delle normative energetiche (è noto infatti come la percentuale più alta dei consumi energetici sia dovuta alla ventilazione). Obiettivi della tesi sono quelli di: - definire una metodologia integrata di indagine per la valutazione in situ di qualità dell’aria e comfort ambientale; - valutare a livello qualitativo e quantitativo l’efficienza di alcune strategie di ventilazione diverse per tipologia (ventilazione naturale/meccanica), tipo di distribuzione dell’aria e tipo di immissione, applicate ad un caso concreto; - sviluppare una metodologia di ottimizzazione della gestione del sistema impiantistico scelto, la cui attenzione sia sempre orientata, più che al solo risparmio energetico, al binomio comfort-consumi; - sviluppare una metodologia di progettazione integrata (o retrofitting dell’esistente) che tenga conto fin dall’inizio non solo degli aspetti strutturali ma anche impiantistici ed in particolare della ventilazione; Lo studio ha visto l’analisi di un caso reale e la progettazione ottimizzata dell’ampliamento dello stesso. L’edificio in questione è l’ITIS Volterra di Torrette di Ancona e l’ampliamento previsto ospiterà la nuova sede dell’Istituto Nautico Elia. L’edificio esistente è stato analizzato con una sessione di monitoraggio invernale in cui quattro diverse strategie di ventilazione sono state valutate all’interno di un’aula ed una primaverile-estiva in cui due aule diverse per strategie di ventilazione sono state confrontate tra loro. L’ampliamento invece è stato valutato attraverso un prototipo analizzato con l’ausilio di software di simulazione termodinamica ed energetica a regime stazionario e dinamico in cui sono stati analizzati diversi parametri di comfort tra cui la ventilazione, studiando diverse strategie per il periodo estivo.