Eco-sostenibilità ed efficienza energetica per la scuola primaria

Sistemi costruttivi e tecnologie impiantistiche a bassissimo impatto ambientale sono al centro del progetto per un nuovo edificio scolastico NZEB, già in corso di realizzazione, che utilizzerà principalmente energia rinnovabile.

Promosso dal Comune di Riccione (Rimini), il progetto la nuova Scuola Primaria “Catullo” è stato sviluppato secondo i principi della rigenerazione urbana soste­nibile, per realizzare un edificio orientato al modello pedagogico di Gianfranco Zavalloni, promotore di una scuola creativa attenta all’ecologia pratica, alle abilità manuali, alle lin­gue locali e alla multi-culturalità.

La costruzione sarà completata entro l’inizio del prossimo anno scolastico sul sedime della scuola preesistente, demolita pochi mesi fa, grazie a un appalto di partenariato pubblico-privato che prevede la progettazione, l’esecuzione, la gestione e la manu­tenzione dell’opera da parte delle imprese per i successivi 20 anni, a fronte di un importo complessivo di 4.344.623 euro netti.

L’architettura e la sua organizzazione spazio-funzionale, il rap­porto fra gli spazi esterni e il contesto urbano, assieme all’im­piego di energie e risorse naturali secondo criteri di massima sostenibilità (A4 NZEB) sono gli aspetti qualificanti del progetto integrato sviluppato da Poli­studio AES (architettura), Serpilli Srl (impianti, acustica, antincendio) e S.T.A. Landi (strutture), per conto dell’ATI composta dalle imprese Subissati e CAT Impianti con UBI Leasing quale finanziatore.

Relazioni organiche

Immersa nel verde, la scuola (superficie 1.077 m²; capacità mas­sima 125 studenti, più una decina fra docenti e altro personale) è articolata in tre blocchi edilizi distinti, legati fra loro e allo spazio esterno da una concezione unitaria che, attraverso un’immagine architettonica dai chiari tratti organici e spazi interni versatili e flessibili, esplicita anche evoluti contenuti tecnico-costruttivi in tema di sostenibilità energetica e ambientale.

L’accesso all’edificio avviene attraverso un blocco edificato dal volume parallelepipedo, allineato alla strada e disposto su 2 li­velli, destinato ai servizi generali. L’ingresso a bussola introduce alla sala polifunzionale, un ambiente su due livelli affiancato da una gradinata che, grazie a una parete mobile, può formare uno spazio unico con la mensa.

Gli altri locali al piano terreno (porzionamento dei cibi, spogliatoi della palestra, deposito, servizi igienici) sono collegati dal corri­doio che mette in comunicazione la sala polifunzionale con il pa­diglione didattico, la palestra e con due ingressi di servizio posti sulle testate del volume.

La scala a fianco della gradonata e l’elevatore accessibile dal corridoio conducono alla sala per le attività integrative, alla sala professori e alla centrale tecnica, situate al primo piano.

Il padiglione per le attività didattiche si sviluppa su un unico li­vello: è composto da 5 aule (ciascuna circa 48 m2) dalle forme plastiche, aggregate a grappolo attorno al connettivo comune destinato anche alle attività interciclo, e dai servizi igienici per gli studenti.

Le aule sono divise da pareti mobili, che permettono di metterle in comunicazione diretta, e sono tutte dotate di un ampio lucer­nario, per l’ingresso della luce naturale, e di una pedana sopra­elevata esterna, permeabile alle precipitazioni, per l’accesso al giardino.

Utilizzabile in modo indipendente rispetto agli orari scolastici, anche la palestra (circa 390 m2) è configurata come un ambien­te dalle forme fluide, servito da un’infermeria e da un deposito, con possibilità di accesso diretto al giardino. Oltre al campo per le attività sportive e ludiche, quest’ultimo accoglie anche un’a­rea coperta da una tensostruttura, per le lezioni all’aperto, e un orto didattico.

La parola al progettista

«La pluriennale collaborazione con le imprese appartenenti all’ATI – afferma l’ing. Gianluca Serpilli, Direttore tecnico di Serpilli Srl – ci ha offerto l’opportunità di gestire la parte tecnica della progettazione della nuova scuola primaria, curandone gli aspetti impiantistici, energetici, acustici e di sicurezza antincendio. La sinergia tra soggetti diversi per estrazione professionale ha permesso di considerare tutti gli aspetti della commessa, dall’attenzione alla massima efficienza, dal contenimento dei costi alla semplicità di costruzione e gestione dei sistemi impiantistici, ottenendo un risultato efficace sotto tutti profili».

Quali sono gli aspetti tecnici più interessanti del progetto?

«La massimizzazione dello sfruttamento delle fonti di energia rinnovabile è stata ottenuta grazie all’adozione di sistemi impiantistici attivi sia per la produzione di energia elettrica (fotovoltaico e mini-eolico), sia per la produzione dei fluidi primari e per l’acqua calda sanitaria (pompe di calore aerotermiche).

Tutti i servizi impiantistici convergono in un unico sistema di supervisione e gestione del fabbricato, accessibile localmente e da remoto tramite pagine grafiche intuitive, con storicizzazione dei consumi e generazione di allarmi, in modo da ridurre al minimo le interruzioni del servizio e, allo stesso tempo, ottimizzare gli interventi manutentivi.

La progettazione è stata orientata al raggiungimento di elevati livelli di comfort termico e acustico, adottando soluzioni impiantistiche specifiche e materiali a elevato potere fonoisolante e coibente. Le canalizzazioni dell’aria sono rivestite internamente con uno strato autopulente e antimicrobico.

Per innalzare il livello di sicurezza tutti gli ambienti saranno dotati di impianto di rivelazione e allarme incendi e sono previste telecamere esterne di sicurezza collegate all’impianto antintrusione. L’installazione di un generatore elettrico ausiliario di emergenza potrà garantire i servizi principali della scuola, anche in assenza di energia elettrica dalla rete pubblica».

Eco-sostenibilità dei materiali

Nel contesto di un organismo edilizio semplice, funzionale e fles­sibile, concepito per enfatizzare le soft qualities e il comfort degli ambienti abitati, il ricorso a soluzioni costruttive e tecnologiche estremamente efficienti dal punto di vista energetico è ulterior­mente valorizzato dall’impiego diffuso di materiali eco-compati­bili, a bassissimo contenuto di energia grigia, riciclati/riciclabili ed esenti da emissioni nocive.

L’intero edificio sarà costruito in tempi brevi utilizzando un si­stema a telaio in legno lamellare con tamponamenti a secco, caratterizzato da materiali altamente performanti sotto il profilo del contenimento dei consumi energetici. È il caso, ad esempio, della stratigrafia delle murature perimetrali rivestite con facciate ventilate, prevista con strati esterni in pannelli rigidi di:

• lana minerale a media densità, con funzione termofonoisolante (D = 0,033 W/mK) e incombustibile;
• lana minerale compressa termoindurita con legante organico, che si distinguono per elevata resistenza agli urti e agli agenti atmosferici, idrorepellenza, stabilità dimensionale, leggerezza e lavorabilità in cantiere.

I serramenti esterni e la facciata continua sul prospetto princi­pale del blocco dei servizi saranno realizzati con profili in pvc a 5 camere rinforzati con profili in acciaio zincato, equipaggiati con vetrocamere in vetro bassoemissivo con intercapedine riempita con argon (Uf = 1,3 W/m²K; fattore solare g = 0,30÷0,35).

La protezione dall’irraggiamento solare sarà demandata a vene­ziane esterne oscuranti, con lamelle metalliche impacchettabili, e da tende a rullo interne filtranti, atte a minimizzare i fenomeni di abbagliamento e a garantire la diffusione omogenea della luce naturale, tutte con funzionamento controllato dal BMS.

Realizzate con strato termoisolante in lana minerale a doppia densità (D = 0,035 W/mK), membrana impermeabile e rivesti­mento in lamiera metallica o in pannelli ondulati multistrato, le coperture saranno caratterizzate da valori di riflettanza solare nell’ordine di 0,65, per le superfici piane, e di 0,30 per quelle a falde.

I materiali previsti negli ambienti interni (pavimentazioni, rivesti­menti, laminati, tessili, adesivi e sigillanti, ecc.) rispettano i limiti di emissione delle sostanze organiche volatili (COV) previsti dai Criteri Ambientali Minimi (CAM), a garanzia della salubrità dell’a­ria negli spazi abitati.

Climatizzazione: aspetti generali

Il complesso scolastico (volume lordo climatizzato 5.942 m3; superficie esterna del volume climatizzato 3.851 m²) sarà realiz­zato in zona climatica E (2.148 gradi giorno; T esterna invernale di progetto -5 °C; T esterna estiva 30 °C b.a.; U.r. estiva 60%; escursione termica giornaliera estiva 10 °C).

Per tutti i locali della scuola, le condizioni termoigrometriche in­terne di progetto sono previste in:

• T 20 °C (tolleranza +2 °C) con U.r. 40÷60%, nella stagione in­vernale;
• T 26 °C (tolleranza -2 °C) con U.r. 45÷55%, nella stagione esti­va.

In sede di progettazione degli impianti è stata posta particolare cura nella ricerca delle soluzioni tecniche più razionali per l’uso delle apparecchiature, garantendo al contempo un’elevata fles­sibilità d’impiego e il massimo contenimento dei costi d’eserci­zio, nel funzionamento invernale ed estivo.

Anche a questo scopo è stata prevista la differenziazione fra gli impianti di climatizzazione della palestra, del tipo a tutt’aria esterna con ricircolo, rispetto a quelli del resto della scuola, del tipo a pavimenti radianti con aria primaria, con possibilità di fun­zionamento indipendente. L’aria di rinnovo sarà immessa negli ambienti con un’efficienza di filtrazione ≥90%, a velocità <0,10 m/s per riscaldamento e raffrescamento.

La produzione dei fluidi termovettori è affidata a 2 distinti gene­ratori termofrigoriferi:

• pompa di calore reversibile aria/acqua, per i pavimenti radianti e per l’UTA dei blocchi delle aule e dei servizi;
• unità rooftop con pompa di calore aria/aria, per la ventilazione della palestra.

La gestione del funzionamento degli impianti di climatizzazione e illuminazione, compreso il controllo delle schermature solari delle superfici trasparenti dell’involucro edilizio, sarà affidato a un sistema automatico che utilizza sensori di presenza e delle condizioni ambientali, anche mediante pannelli di comando e controllo installati a parete con termostati integrati.

Centrale e reti

Installata in un locale tecnico al piano primo del blocco servizi, in posizione facilmente accessibile per agevolare gli interventi di manutenzione, la pompa di calore (104 kWt e 87 kWf) sarà del tipo silenziata ad alta efficienza (COP 3,41; EER 2,70), equipag­giata con un doppio circuito frigorifero (R410A) dotato di:

• 3 compressori scroll;
• 4 ventilatori assiali con inverter;
• scambiatori di calore a batteria (esterno) e a piastre (interno) verniciati epox anticorrosione;
• kit idronico e desurriscaldatore, per il recupero parziale del ca­lore, ai fini della produzione di acqua calda ad uso post-riscal­damento nel periodo estivo.

Il funzionamento della pompa di calore avverrà all’interno dei se­guenti range operativi:

• in riscaldamento: -20÷15,5 °C per l’aria esterna; 16÷27°C per l’aria interna;
• in raffreddamento: -5÷43 °C per l’aria esterna; 19÷32 °C per l’aria interna.

I fluidi termovettori sono prodotti:

• nel periodo invernale, a 35÷30°C per le superfici radianti e a 45÷40 °C per le batterie dell’UTA;
• nel periodo estivo, rispettivamente a 18÷23°C e a 7÷12 °C.

La distribuzione dei fluidi termovettori sarà affidata a 3 elettro­pompe singole con inverter, al servizio dei circuiti dei pavimenti radianti (8.000 l/h) e delle batterie post-riscaldamento (3.750 l/h) e calda/fredda (13.750 l/h). La rete di distribuzione sarà del tipo a 2 tubi, realizzata con tubazioni in rame coibentato ancorate alle strutture con staffe e collari, fino:

• agli 8 collettori ad armadietto (6 al piano terra, per un totale di 59 circuiti; 2 al primo piano, per un totale di 15 circuiti);
• alle batterie dell’UTA.

Comfort termico e ricambio dell’aria

Realizzate con serpentine in tubi di polietilene reticolato con barriera all’ossigeno, le superfici radianti sono dimensionate per bilanciare sia le dispersioni per trasmissione, sia le dispersioni legate alla ventilazione e all’intermittenza del funzionamento, con l’obiettivo di ottenere ampie superfici di scambio termico a temperature molto prossime a quelle degli ambienti serviti, per ottenere un livello di comfort ottimale per gli occupanti.

In particolare, l’interasse di posa delle serpentine sarà ottimizzato in funzione del periodo di raffrescamento, perciò risulterà inferiore rispetto a quanto effettivamente necessario nel periodo di riscaldamento, con conseguente maggiore efficienza dei pavimenti radianti nel regime invernale.

Nei blocchi delle aule e dei servizi, l’impianto di ventilazione ad aria primaria sarà attestato su un’unica UTA (mandata, ripresa: 6.000 m3/h), installata nel locale tecnico al primo piano che ospita la pompa di calore, composta da:

• presa d’aria esterna a parete ed espulsione in copertura;
• filtri per l’aria (piani G4/Coarse 55%, a tasche rigide F8/ePM1 65%);
• recuperatore di calore del tipo a flussi incrociati ad alta efficienza (85,8%);
• plug fan dotati di inverter;
• batteria post-riscaldamento (22 kW, portata 3.750 l/h);
• batteria calda/fredda (82 kW, portata 13.750 l/h);
• serrande per free-cooling e free-heating (stagioni intermedie).

Le reti di distribuzioni aerauliche saranno a sezione rettangolare, realizzate con pannelli sandwich poliuretano-alluminio con trattamento antimicrobico e autopulente ad effetto loto, per l’instal­lazione nei controsoffitti mediante opportuni staffaggi, collegate da condotti flessibili isolati ai plenum e dei terminali di immissio­ne, tutti dotati di serranda di taratura:

• diffusori lineari (mandata) a controsoffitto (mensa);
• diffusori a effetto elicoidale con alette regolabili a controsoffitto (connettivo del blocco delle aule);
• canali a sezione circolare in acciaio microforato, ad alta indu­zione (sala attività integrative, gradonata);
• griglie a barre orizzontali a parete e a controsoffitto (aule, con­nettivo e locali del blocco dei servizi, ecc.);

La ripresa dell’aria sarà concentrata nei servizi igienici, per assi­curare un’efficace circolazione dell’aria nel fabbricato e la salu­brità degli ambienti.

L’estrazione sarà affidata a griglie a barre orizzontali, a parete e a controsoffitto (aule, connettivo), e a valvole di estrazione a con­trosoffitto (servizi igienici).

Altri impianti meccanici

L’impianto idrico-sanitario prenderà origine dal pozzetto di con­segna con contatore collegato all’acquedotto comunale, con tu­bazioni:

• in materiale polimerico coibentato dirette al locale tecnico al primo piano del corpo dei servizi, che funge anche da centrale idrico-sanitaria;
• in polietiliene ad alta densità e in acciaio, rispettivamente per i tratti esterni e interni all’edificio della rete di distribuzione dell’impianto antincendio.

Nella centrale saranno installati:

• il sistema di trattamento dell’acqua per usi potabili e tecnici (fil­tro autopulente con sistema di controlavaggio a tempo, condi­zionamento chimico con dosatore di polifosfati compatibile per le acque a uso alimentare, dosatore di prodotto anti-legionella);
• il boiler a pompa di calore (2,0 kW; COP 3,04) per la produzione dell’ACS a T max 50 °C, dotato di accumulo integrato (270 l) e di resistenza elettrica (1,5 kW) anche per il trattamento termico anti-legionella;
• l’elettropompa a 3 velocità (600 l/h) per la distribuzione e il ri­circolo dell’ACS.

La rete di distribuzione idrico-sanitaria sarà in tubazioni di po­lietilene multistrato pre-coibentato, posate sottotraccia fino alle valvole di intercettazione e ai rubinetti degli apparecchi erogatori (lavabi e vasi standard e per disabili, docce). La rete di scarico, distinta per le acque chiare e nere, confluirà direttamente nel collettore fognario esterno. La rete antincendio sarà al servizio di 1 attacco per motopompa e di 2 naspi.