Data analysis of schools building stock : energy retrofit and costs estimation

This study takes into consideration the energy performance of Italian buildings through the analysis of various scientific papers that highlight a critical situation. Specifically, the research shows that 65% of the existing heritage of school buildings, which are the subject of the thesis, was built before the introduction of the first energy regulation law, and therefore with poor energy characteristics. For istance, the 2915 buildings in Lombardy, with an average annual consumption of 150 kWh/m², highlight the need for immediate action in order to reduce CO₂ consumption and emissions. The result of the basic analysis guides the thesis to propose a methodology that allows to estimate the cost of energy requalification of Lombardy schools without making any survey on site. The proposed method is based on the analysis of existing buildings, from which data such as transmittance and surfaces of the building envelope are extrapolated, with which the characteristics of each building can be calculated indirectly, allowing the definition of a suitable redevelopment intervention to achieve the correct transmittance. In this direction, the present study carry on an analysis that allows to estimate the cost of energy retrofit of the Lombard school building stock starting from data from the CENED Database. The process involved calculating the surface area of the casings and the relative quantity and thickness of insulation necessary to reach the transmittance level required by law, as well as the costs to be incurred necessary for the renovation. In order to validate the proposed method, the CENED data were rebutted with those deriving from direct observation of a building, which has been extrapolated from the same database and used as a case study for which a BIM model was developed; the quantity take-off coming from the model showed an average error of 2.25% with respect to the surfaces provided by the CENED data.This has allowed a more accurate estimation of the interventions and the related costing. As last analysis, the research has allowed to identify different types of retrofit interventions suitable for different cases, each one is characterized by a different compromise among cost and qualitative performance and payback period of initial expenditure among 17 years and 19 years. It's a gain made possible thanks to the reduction in CO₂ consumption and emissions. The present study therefore leads to the definition of reasonable timeframes necessary to obtain a positive balance of the initial investment, a result that could serve as a stimulus for public authorities to adopt provisions on the energy requalification of school buildings. This may happen even raising awareness of the availability of funds allocated, an example is "Kyoto Fund", established by the Ministerial Decree 169/2017, in order to finance the energy retrofit of school buildings stock.

Il presente studio prende in considerazione la performance energetica del costruito italiano attraverso l’analisi di diversi testi scientifici che mettono in luce una situazione critica. Nello specifico degli edifici scolastici, oggetto sul quale si concentra la tesi, la ricerca evidenzia che il 65% del patrimonio esistente è stato costruito in epoca antecedente all’introduzione della prima normativa di regolamentazione energetica, e, quindi, con scarse caratteristiche energetiche. Ad esempio, i 2915 edifici lombardi, caratterizzati da un consumo medio annuo di 150 kWh/m², evidenziano la necessità di un immediato intervento in modo da ridurre consumi ed emissioni di CO₂. Il risultato dell’analisi di base orienta la tesi a proporre una metodologia che consenta di stimare il costo della riqualificazione energetica delle scuole lombarde senza eseguire alcun rilievo in loco. Il metodo proposto si basa sull’analisi di edifici esistenti, dai quali vengono estrapolati dati quali trasmittanza e superfici dell’involucro edilizio, con i quali poter calcolare in modo indiretto le caratteristiche del singolo edificio, permettendo di definire un intervento di riqualificazione idoneo al raggiungimento della corretta trasmittanza. Muovendosi in questa direzione, il presente studio effettua una prima analisi che permette di stimare il costo della riqualificazione energetica del parco edilizio scolastico lombardo partendo dai dati derivanti dal Database CENED. Il procedimento ha previsto il calcolo della superficie degli involucri e relativa quantità e spessore di isolante necessario a raggiungere il livello di trasmittanza previsto dalla normativa, oltre ai costi da affrontare necessari alla riqualificazione. Per validare il metodo proposto, i dati CENED sono stati confutati con quelli derivanti dall’osservazione diretta di un edificio estrapolato dal database e utilizzato come caso studio per il quale è stato sviluppato un modello BIM; il quantity take-off derivante dal modello ha messo in luce un errore medio del 2.25% rispetto alle superfici fornite dai dati CENED. Questo ha permesso di effettuare una stima più accurata degli interventi e relativo computo dei costi. In ultima analisi la ricerca ha permesso di individuare differenti tipi di intervento di riqualificazione adatti ai vari casi, caratterizzati ciascuno da un differente compromesso tra costo e resa qualitativa e tempistiche di rientro della spese iniziali. Esse variano tra i 17 anni e i 19 anni, il guadagno è merito della diminuzione di consumi ed emissioni di CO₂. Il presente studio porta quindi a definire tempistiche ragionevoli necessarie ad ottenere un bilancio positivo dell’investimento inziale, risultato che potrebbe servire da stimolo per gli enti pubblici nell’adottare disposizioni in merito alla riqualificazione energetica degli edifici scolastici, sensibilizzandoli inoltre circa la disponibilità di fondi stanziati appositamente dal “Kyoto Fund” che, stabilito dal D.M. 169/2017, finanzia la riqualificazione energetica degli edifici scolastici.