Comfort improvement in schools through energetic optimization of the building : multicriteria analysis on a case study

Comfort in public schools is influenced by many physical phenomena and by personal feelings. The sensation of discomfort is not only connected to the wellness and students’ health, but it can affect their studying performance, learning and attention during the lecture hours. In contexts in which social aspects, teaching and cultural growth are the main function of the building, the quality of spaces and comfort conditions should be taken into account and really projected in parallel with the architectural design of the building itself. The dialog between occupants’ needs and architecture should be always opened and active in order to achieve a final result that satisfy the requests of actors that have taken part to the project. One aspect that influence the quality of internal environment and comfort is the hygro-thermal condition of spaces provided by systems operation. To decrease the energy consumption, it is necessary to reduce the energy used by buildings with respect to the internal comfort conditions; as consequence, the energy saving is strictly connected to the assessment of parameters that affect internal comfort. To reach this target, designers must know the influence of thermal insulation and glazed surfaces on thermal condition of the spaces and occupants should understand how the energy consumption and management costs are severely influenced by the environment control parameters. According to these basic concepts, this thesis analyses an existing school building located in the province of Milano and provides a list of possible intervention that aims to enhance internal comfort conditions and energy saving. The improvement of the building envelope considers the application of insulation layer for the opaque façade and the substitution of original windows with new ones, that aim to decrease the thermal transmittance of the envelope components. These types of interventions are a useful strategy to decrease the energy consumption in winter season, since the preliminary analysis underlined that the building under study is heating oriented. The evaluation of internal comfort condition has been verified according to the parameters of Predict Mean Vote and Predict Percentage of Discomfort showed by the standard UNI EN ISO 7730. Moreover, each intervention has been evaluated according to the adaptive comfort method of the standard EN 15251. After the assessment of internal comfort and energy consumption, the evaluation of costs has been provided to understand the economical different between interventions. Also, the calculation of the payback period has been useful to evaluate the effectiveness of investments. The improvement of the quality of internal environment in public buildings is often a difficult operation that is affected by the administration issues, slow bureaucracy and poor quality of tenders. In order to simplify the decisional process, each intervention among the three combinations analysed, have been compared with a multi-criteria analysis set on the output of the analyses (cost, primary energy consumed, comfort achievement, adaptive comfort and payback period). The ranking score, from 1 to 3 points, has been assumed equal to every variable of the multi-criterial analysis, even if they can assume different point ranges according to the priorities for action.

Il comfort negli edifici pubblici scolastici è influenzato da diversi aspetti fisici e psicologici. Il discomfort generato dall’ambiente ha effetti negativi sugli occupanti, gli studenti, tanto che influenza sia il loro benessere che l’apprendimento e la concentrazione durante le ore di lezione. In contesti in cui l’aspetto sociale, l’insegnamento e la crescita culturale sono le funzioni primarie dell’edificio, la qualità dello spazio e le condizioni di comfort interno dovrebbero essere prese in considerazione e realmente progettate contemporaneamente allo sviluppo del progetto architettonico dell’edificio stesso. Il dialogo tra le necessità degli occupanti e l’architettura (intesa come materia vera e propria) dovrebbe essere sempre aperto e in continua evoluzione per ottenere un progetto finale che soddisfi le esigenze di tutti, occupanti, committenti, impresa ecc. Uno degli aspetti che influenza la qualità dell’ambiente interno è la condizione termo-igrometrica degli spazi, a cura dei sistemi di condizionamento. Per diminuire il consumo energetico globale, è necessario ridurre il consumo energetico degli edifici, rispettando però le condizioni di comfort; di conseguenza, il risparmio energetico è strettamente connesso ai parametri che regolano le condizioni di comfort dell’ambiente interno. Per raggiungere questo obiettivo, i progettisti devono essere consapevoli delle scelte progettuali riguardo l’involucro edilizio, come gli effetti generati dalla presenza di isolante sulla facciata esterna dell’edificio, la presenza di ampie superfici vetrate, l’orientamento e la risposta dell’edifico alle condizioni climatiche. Inoltre, gli utenti dovrebbero essere consapevoli delle conseguenze delle proprie scelte di regolazione impiantistica sui consumi energetici. In accordo a questi principi base, questa tesi analizza un edificio pubblico scolastico in provincia di Milano e fornisce una lista di possibili interventi di ristrutturazione (edilizia e impiantistica) che mira al miglioramento del comfort interno e alla diminuzione del consumo energetico. Il miglioramento dell’involucro edilizio consiste nell’applicazione di strati di isolamento termico sul lato esterno della facciata e nella sostituzione dei vecchi serramenti con altri più performanti. Questi tipi di interventi sono una buona strategia passiva per ridurre il consumo nella stagione di riscaldamento dato che le analisi preliminari hanno dimostrato che l’edifico è heating oriented. Il comfort interno è stato valutato secondo gli indicatori PMV e PPD della norma UNI EN ISO 7730. In aggiunta, l’edificio è stato sottoposto alla verifica di Adaptive comfort, metodo di valutazione del comfort nella stazione estiva considerato nella norma EN 15251 e successive variazioni di schedule impiantistiche. Infine, sono stati presi in considerazione gli aspetti economici del progetto, in particolare è stato valutato il costo di costruzione per ogni intervento ed è stato calcolato il payback period dell’investimento. Il miglioramento della qualità dello spazio interno negli edifici pubblici è un obiettivo piuttosto difficile da raggiungere a causa di problemi amministrativi ed economici, di lenta burocrazia e scarsa qualità delle offerte da parte delle imprese. Per semplificare il processo decisionale da parte della committenza pubblica, i tre interventi analizzati nella tesi sono stati sottoposti ad un’analisi multicriterio basata sugli output delle analisi (costo di costruzione, consumo di energia primaria, raggiungimento del comfort, adaptive comfort e payback period). Ad ogni variabile è stato assegnato un punteggio da 1 a 3, che infine è stato sommato per poter decidere l’intervento migliore.