IMPIANTI, ENERGIA E AMBIENTE COSTRUITO IMPIANTI, … · † Energy Retrofitting of Buildings ... Building/Plant System † Edifici: energia e sostenibilità ambientale † Riqualificazione

IMPIANTI, ENERGIA E AMBIENTE COSTRUITOVERSO UN BENESSERESOSTENIBILESYSTEMS, ENERGY AND BUILT ENVIRONMENTTOWARD A SUSTAINABLE COMFORT

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47TH INTERNATIONAL CONGRESS AICARROCTOBER 8TH AND 9TH 2009 - TIVOLI - ROME

47° CONGRESSO INTERNAZIONALE AICARR8 - 9 OTTOBRE 2009 - TIVOLI - ROMA

IMPIANTI, ENERGIA E AMBIENTE COSTRUITOVERSO UN BENESSERE SOSTENIBILE

SYSTEMS, ENERGY AND BUILT ENVIRONMENT TOWARD A SUSTAINABLE COMFORT

€ 100,00

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AICARR - Associazione Italiana Condizionamento dell’Aria, Riscaldamento e RefrigerazioneVia Melchiorre Gioia 168 - 20125 Milano - Italy - Phone +39 02 67479270 - Fax +39 02 67479262 - www.aicarr.org

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2009

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8TH-

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09

Con il patrocinio di With the patronage of

ATTIPROCEEDINGS

ISBN 978-88-95620-53-4

• Buildings: Energy and Environmental Sustainability

• Energy Retrofitting of Buildings

• Building Energy Sustainability

• Technological Innovations in the Building/Plant System

• Integration of Renewable Source in Buildings

• Management and Maintenance in the Building/Plant System

• Edifici: energia e sostenibilità ambientale

• Riqualificazione energetica degli edifici

• Sostenibilità energetica degli edifici

• Innovazione tecnologica nel sistema edificio-impianto

• L'integrazione delle fonti rinnovabili negli edifici

• Gestione e manutenzione del sistema edificio-impianto

copertina+costa.qxd:Layout 2 17/09/09 16:30 Pagina 1

Analisi ed ottimizzazione energetico-ambientale di edifici-pilota mediante la valutazione del ciclo di vita (LCA)

Energy and environmental analysis and optimization of buildings through Life Cycle Assessment procedures (LCA) FRANCESCO ASDRUBALI – CATIA BALDASSARRI CIRIAF, Centro Interuniversitario di Ricerca sull’Inquinamento da Agenti Fisici - Unità operativa di Perugia, Dipartimento di Ingegneria Industriale, Università degli Studi di Perugia RIASSUNTO

Al fine di verificare e validare una metodologia per l’analisi del ciclo di vita (Life Cycle Assessment – LCA) degli edifici, si sono scelti tre edifici-pilota (una abitazione unifamiliare, una palazzina residenziale ed un edificio per il terziario), progettati secondo standard edilizi correnti, e li si sono studiati, in un’ottica di analisi LCA, sia nella configurazione di progetto, sia in alcune varianti ottimizzate dal punto di vista energetico e della sostenibilità ambientale.

Le fasi dello studio sono state suddivise in: scelta dell’unità funzionale, definizione dei confini del sistema, analisi d’inventario e inserimento dei dati nel codice di calcolo SimaPro, valutazione dell’impatto e analisi dei risultati. Per tutte le ottimizzazioni di carattere energetico-ambientale proposte si sono valutate le ricadute in termini di ciclo di vita; si sono inoltre calcolati alcuni interessanti indici quali le emissioni di gas climalteranti (kg CO2-eq) e gli impatti totali (Pt/anno secondo il metodo Ecoinvent 99) per unità di superficie calpestabile e per unità di volume lordo. ABSTRACT

The purpose of the paper is to compare the environmental performance of three buildings chosen as case studies and also to evaluate, verify and validate the methodology to apply life-cycle approach (Life Cycle Assessment – LCA) to buildings. The case studies are represented by three buildings (an independent house, a block of flats and an office building), with different construction techniques, materials and technologies, but all designed according to current building standards. LCA for each building was performed during construction, maintenance and operation as well as

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Impianti, energia e ambiente costruito verso un benessere sostenibileSystems, energy and built environment toward a sustainable comfort

Tivoli - RomaItaly 2009

21-51 asdrubali 257-268.qxd:00-mastro 11/09/09 14:37 Pagina 257

during disposal of construction materials phases: the project configuration was compared to energy-optimized configurations aimed at reducing the emissions during the operation of the buildings.

The study consisted of interactive steps: functional unit, scope and system boundaries definition, inventory analysis, environmental impact calculation performed by simulation tool SimaPro, analysis of the results and interpretation. Moreover some meaningful parameters were calculated, for example emissions of greenhouse gases (kg CO2-eq) and total impacts (Pt/anno according to Ecoinvent 99 the method) in relation with floor area and gross volume.

1. INTRODUZIONE

Le metodologie che implementano l’Analisi di Ciclo di Vita (Life Cycle Assessment – LCA), codificate a livello internazionale con le ISO 14040, rappresentano senza dubbio uno strumento che consente di compiere una valutazione ambientale accurata per un prodotto o un sistema, che tiene conto di molti aspetti, dall’estrazione delle materie prime, agli impatti durante tutta la vita utile del prodotto, fino allo smaltimento dello stesso a fine vita (“dalla culla alla tomba”). D’altro canto l’accuratezza del metodo può essere limitata dall’accessibilità dei dati, dalla loro reperibilità, nonché dalla qualità e dalla tipologia. Per questo motivo la ricerca in questo settore si è concentrata negli ultimi anni sull’obiettivo di mettere a punto metodologie più affidabili e sulla definizione di banche dati a cui si possa accedere con facilità e con la certezza di reperirvi informazioni complete. Nel caso specifico del presente lavoro l’obiettivo prefissato è quello di valutare l’impatto ambientale di tre edifici rappresentativi di tre diverse tipologie edilizie, valutare le ricadute in termini di impatto ambientale delle ottimizzazioni energetiche proposte considerando diverse soluzioni tecniche e tecnologiche, in modo da arricchire una letteratura piuttosto povera di casi-studio, ma anche quello di verificare la validità di un modello di classificazione delle componenti edilizie utilizzato nella fase dell’analisi d’inventario. 2. EDIFICI PILOTA

Gli edifici oggetto di studio sono una residenza unifamiliare, un edificio residenziale in linea e un centro direzionale. Nella tabella I sono sinteticamente riportate le principali caratteristiche degli edifici oggetto di studio.

3. METODOLOGIA PER L’ANALISI LCA

La metodologia seguita per l’analisi di ciclo di vita dei tre edifici pilota è ampiamente descritta in (Asdrubali F.et al., 2008).

Le fasi essenziali possono essere considerate le seguenti: a) Scelta dell’unità funzionale: è un riferimento a cui legare i flussi in entrata e in

uscita. Nei casi esaminati l’unità funzionale scelta è l’intero edificio. Al fine di rendere confrontabili i risultati di LCA condotti su edifici diversi per tipologia edilizia, destinazione d’uso, materiali e tecniche costruttive, gli indicatori sintetici di impatto ambientale sono stati normalizzati rispetto alla superficie calpestabile e all’unità di volume lordo.

Analisi ed ottimizzazione energetico-ambientale di edifici-pilotamediante la valutazione del ciclo di vita (LCA)

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Tabella I – Caratteristiche degli edifici-pilota: a) edificio residenziale monofamiliare; b) edificio residenziale plurifamiliare, c) edificio terziario

Tipologia Abitazione civile adibita a residenza unifamiliare

Abitazione civile adibita a residenza plurifamiliare

Costruzione ad utilizzo terziario

Luogo Comune di Perugia, località Ponte Valleceppi

Comune di Perugia, località Balanzano

Comune di Perugia, via Pontani

Anni 2000-2002 In fase di costruzione In fase di costruzione

Strutture

Struttura portante superficiale detta a trave rovescia, struttura di elevazione

puntiforme

Struttura portante superficiale detta a trave rovescia, struttura di elevazione

puntiforme

Struttura di fondazioni: pali e plinti; struttura di elevazione

puntiforme

Piani 3 piani fuori terra Piano interrato e 4 piani fuori terra

Garage interrato e 5 piani fuori terra

Pareti perimetrali

Muratura a cassa vuota con paramenti in mattoni faccia-

vista e intonaco

Muratura a cassa vuota con paramenti in mattoni faccia-

vista e intonaco

Muratura a cassa vuota; paramenti: pareti ventilate in

cotto e rame. Infissi esterni Finestre in alluminio Finestre in alluminio Pareti vetrate in alluminio Tetto Tetto a falda; tetto piano Tetto a falda; tetto piano Copertura piana

Orientazione Sviluppo longitudinale lungo l’asse nord-sud

Sviluppo longitudinale lungo l’asse est-ovest

Sviluppo longitudinale lungo l’asse nord-sud

Riscaldamento Caldaia autonoma Caldaia autonoma Sistema misto aria-acqua con ventilconvettori.

Fognatura Depuratore Rete comunale Rete comunale

b) Scomposizione dell’edificio: il sistema edificio viene scomposto in unità di processo, cioè in tutti quegli elementi, materiali e componenti che lo costituiscono e che sono interessati da flussi di materia ed energia durante la loro vita, cioè durante le fasi di produzione, trasporto, posa in opera e assemblaggio, utilizzo e dismissione-demolizione. Per scomporre l’edificio si è utilizzata la “Classificazione del sistema tecnologico” prevista dalla norma. Questa scompone il “sistema involucro” e il “sistema impianto” in sei livelli di dettaglio via via crescente, in Classi di unità tecnologiche, Unità tecnologiche, Classi di elementi tecnici, Sub-sistemi ecc.

Per raggiungere il livello di dettaglio richiesto da tale classificazione non è in genere sufficiente far ricorso al solo computo metrico estimativo, che certamente rimane la fonte principale dei dati, ma è sovente necessario utilizzare anche gli elaborati grafici di progetto, sia strutturali esecutivi, che architettonici, sia quelli relativi agli impianti. Questa operazione, per quanto condotta con accuratezza, comporta inevitabilmente l’introduzione di approssimazioni e ipotesi formulate dall’esecutore della valutazione del ciclo di vita.

c) Individuazione delle Fasi del ciclo di vita: la vita dell’edificio è suddivisa in tre fasi fondamentali: Collocazione del materiale: in questa fase si considera la produzione dei materiali, quindi l’estrazione o l’eventuale utilizzo di materiale riciclato, il trasporto alle industrie

a) c) b)


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di trattamento e la lavorazione; ma anche la fase di posa in opera che include il trasporto dall’azienda di produzione al sito di costruzione, l’assemblaggio delle componenti e le loro eventuali sostituzioni durante la fase operativa, nonché il primo intervento effettuato sul sito di edificazione, cioè l’operazione di scavo; Fase operativa: è in questa fase che si registrano i consumi di gas naturale per riscaldamento, la produzione di acqua calda e per la cottura dei cibi, nonché i consumi di energia elettrica per gli elettrodomestici e per l’illuminazione. Dismissione: è la fase in cui si avviene lo smontaggio o demolizione delle componenti dell’edificio, e il relativo trasporto al sito di deposizione o di riciclo o di riutilizzo.

d) Analisi d’inventario: in questa fase si descrivono tutte le operazioni compiute per effettuare la scomposizione dell’edificio sulla base delle indicazioni fornite dalla norma UNI 8290. Per ogni sub-sistema si realizzano “tavole” che riportano anche componenti e sub-componenti; questi a loro volta sono descritti nelle “tabelle” con le informazioni necessarie per l’attribuzione al materiale scelto dal database Ecoinvent.

L’inventario per la Fase di Produzione e Posa in Opera è comprensivo delle seguenti fasi e dei rispettivi consumi-impatti: produzione e sostituzione materiali; trasporto; edificazione, suddivisa in scavo e assemblaggio.

I consumi energetici in Fase Operativa sono da attribuirsi ai consumi di gas naturale e a quelli di energia elettrica. Il gas naturale viene impiegato per il riscaldamento invernale, per gli usi cucina (solo per gli edifici residenziali) e per la produzione di acqua calda sanitaria. I consumi di gas naturale per il riscaldamento sono stati stimati con l’ausilio del codice di calcolo Hvac–Cad; analogamente sono stati calcolati i consumi di gas dovuti alla produzione di acqua calda sanitaria. Il consumo di gas impiegato per usi di cucina è stato stimato sulla base di dati nazionali desunti dal Rapporto Energia e Ambiente 2007 pubblicato dall’ENEA, mentre i consumi di energia elettrica sono stati stimati a partire da dati ISTAT.

Il database Ecoinvent prevede un inventario specifico per lo Smaltimento dei Materiali da Costruzione, con riferimento a tre diverse modalità di smaltimento di questo tipo di rifiuti: riciclaggio diretto; riciclaggio parziale previa selezione e separazione dei materiali idonei; deposizione in discarica senza riciclaggio. 4. RISULTATI

I metodi di valutazione impiegati in tutti e tre i casi di studio e implementati nel codice di calcolo SimaPro sono stati: CED, IPCC e Eco-Indicator 99.

Il metodo IPCC prevede la classificazione delle diverse emissioni in base al loro effetto sul riscaldamento globale e il raggruppamento delle differenti emissioni nella categoria d’impatto - cambiamenti di climatici. L’unità di misura del potenziale di riscaldamento globale (GWP) è il kg CO2-eq. L’energia utilizzata durante il ciclo di vita dell’edificio è determinata invece con il metodo Cumulative Energy Demand (CED) ed è misurata in MJ-eq. L’Eco-Indicator 99, infine, è uno dei metodi di valutazione dell’impatto più completi, in quanto permette di esprimere le emissioni e le estrazioni di risorse in 11 categorie di impatto (sostanze cancerogene, malattie respiratorie, cambiamenti climatici, impoverimento dello strato di ozono, radiazioni ionizzanti, acidificazione/eutrofizzazione, ecotossicità, uso del territorio, impoverimento risorse minerali e combustibili fossili), raggruppabili in tre categorie di danno:


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1. Danni alla salute umana, espressi come il numero di anni di vita persa e il numero di anni trascorsi in malattia;

2. Danni alla qualità dell’ecosistema, espressi come perdita di specie in una determinata area e in un determinato periodo;

3. Danni alle risorse, espressi come il surplus di energia necessario per successive estrazioni di minerale e combustibili fossili.

I risultati sono visualizzati mediante istogrammi, in cui diversi colori rappresentano il contributo alle tre categorie di danno delle diverse unità tecnologiche (figura 1).

inferiore esterna liquidi vert nimento

Chiusura verticale 24,5%

Chiusura superiore 10,4% Trasporti dalle aziende al

cantiere 9,3%

orizz

Scavo 6,1%

Figura 1 – Fase di produzione e posa in opera: Categorie di danno valutate per ogni sottofase: Risultati

relativi all’edificio residenziale monofamiliare

FASE 1 : FASE DI PRODUZIONE E POSA IN OPERA In tabella II sono riportati in maniera sintetica i risultati ottenuti applicando ai tre

edifici i tre metodi di valutazione. Essi forniscono valori concordi: in termini assoluti gli impatti, le emissioni e i consumi maggiori variano pressoché linearmente con la superficie calpestabile e il volume.

Tabella II – Fase di produzione e posa in opera: Risultati ottenuti per i tre edifici applicando i tre diversi metodi di valutazione d’impatto ambientale

Fase di produzione Emissioni CO2 Emissioni CO2/Area calpestabile IPCC100a kg CO2-eq kg CO2-eq/m2 Monofamiliare 434000 979 Plurifamiliare 1001205 548 Terziario 1383866 501 Fase di produzione Consumi energetici Energia/Area calpestabile CED MJ-eq MJ-eq/m2 Monofamiliare 4304608 9713 Plurifamiliare 13342526 7304 Terziario 17328434 6740 Fase di produzione Danno prodotto Danno/Area calpestabile Ecoinvent 99H/H Pt Pt/m2 Monofamiliare 33669 76 Plurifamiliare 81431 45 Terziario 122232 48


261


Normalizzando gli impatti rispetto all’area calpestabile (analoghi risultati si ottengono normalizzando rispetto al volume riscaldato o alla superficie riscaldata) la precedente relazione tra gli edifici si inverte e gli impatti della fase di costruzione sono minimi per l’edificio terziario (0,501 t CO2-eq/m2), cui segue l’edificio plurifamiliare (0,548 t CO2-eq/m2), per finire con la villetta monofamiliare per la quale in questa fase si calcolano emissioni di gas serra pari a quasi 1 t CO2-eq/m2.

FASE 2 : ESERCIZIO Per l’edificio residenziale monofamiliare, relativamente alla fase operativa e al

Metodo Eco-indicator 99, si osserva che l’impatto causato dai consumi di gas per il riscaldamento invernale copre una quota pari al 68%, quello dovuto alla produzione d’acqua calda è del 13.7%, il 2.31% è dovuto alla cottura dei cibi e infine i consumi di energia elettrica per l’illuminazione e il funzionamento degli elettrodomestici producono un impatto pari al 15.8% del totale. La preponderanza dei consumi, degli impatti e delle emissioni dovuti al riscaldamento invernale si registra solo nel caso dell’ edificio monofamiliare mentre per le altre due tipologie prevalgono i consumi elettrici. In tabella III vengono riportati in maniera sintetica i risultati ottenuti applicando ai tre edifici i tre metodi di valutazione. Tali risultati danno valori concordi: anche in questo caso in termini assoluti gli impatti, le emissioni e i consumi maggiori variano pressoché linearmente con la superficie calpestabile e il volume. Normalizzando gli impatti rispetto all’area calpestabile, la precedente relazione tra gli edifici si inverte: le emissioni minori sono registrate dagli edifici residenziali in linea (41 kg CO2-eq/m2 anno), e monofamiliare (52 kg CO2-eq/m2 anno), mentre l’edificio terziario presenta le emissioni nella fase di esercizio maggiori (78 kg CO2-eq/m2 anno). Tabella III – Fase di esercizio: Risultati ottenuti per i tre edifici applicando i tre diversi metodi di valutazione d’impatto ambientale

Fase di esercizio Emissioni CO2 Emissioni CO2/Area calpestabile IPCC100a kg CO2-eq kg CO2-eq/m2 Monofamiliare 22913 52 Plurifamiliare 74922 41 Terziario 264475 78 Fase di esercizio Consumi energetici Energia/Area calpestabile CED MJ-eq MJ-eq/m2 Monofamiliare 389905 880 Plurifamiliare 1196691 655 Terziario 4098263 1205 Fase di esercizio Danno prodotto Danno/Area calpestabile Ecoinvent 99H/H Pt Pt/m2 Monofamiliare 1989 4 Plurifamiliare 6145 3 Terziario 21174 6

FASE 3 : FINE VITA La fase di demolizione, come quella di costruzione, è valutata per sottofasi che

corrispondono alle diverse unità tecnologiche previste dalla classificazione adottata.


262


Dall’analisi dei risultati si nota che il danno è dovuto al bilancio tra impatto causato dalla demolizione e quello evitato grazie al riciclaggio dei materiali. Nella valutazione condotta sull’edificio residenziale monofamiliare, ad esempio, le sottofasi la cui demolizione produce un impatto maggiore sono la demolizione della struttura di contenimento, delle fondazioni e della chiusura orizzontale inferiore mentre il massimo apporto all’impatto evitato è fornito dalla demolizione della chiusura verticale, grazie all’introduzione dell’ipotesi di riciclaggio dei materiali più impattanti rilevati in fase di costruzione.

In tabella IV vengono riportati in maniera sintetica i risultati ottenuti applicando ai tre edifici i tre metodi di valutazione relativamente alla fase di dismissione. Si osserva dalla tabella come i tre metodi diano pesi evidentemente diversi agli impatti dovuti alla fase di dismissione, tanto che ad esempio nel caso dell’edificio monofamiliare con il metodo IPCC e Eco-indicator si ottiene un risultato negativo in termini di impatto, mentre con il metodo CED per lo stesso edificio gli impatti evitati sono preponderanti rispetto a quelli prodotti. Nonostante questa variabilità, i metodi risultano essere concordi attribuendo un impatto minore o un beneficio maggiore in termini di impatto evitato all’edificio monofamiliare, quindi a quello residenziale in linea e infine all’edificio terziario. Tabella IV – Fase di dismissione: Risultati ottenuti per i tre edifici applicando i tre diversi metodi di valutazione d’impatto ambientale

Fase di dismissione Emissioni CO2 Emissioni CO2/Area calpestabile IPCC100a kg CO2-eq kg CO2-eq/m2 Monofamiliare 7992 18 Plurifamiliare -92738 -51 Terziario 261605 78 Fase di dismissione Consumi energetici Energia/Area calpestabile CED MJ-eq MJ-eq/m2 Monofamiliare -38611 -87 Plurifamiliare -1898645 -1039 Terziario -665682 -199 Fase di dismissione Danno prodotto Danno/Area calpestabile Ecoinvent 99H/H Pt Pt/m2 Monofamiliare 3011 7 Plurifamiliare 1264 1 Terziario 12400 4

CICLO DI VITA COMPLETO Dall’analisi dell’impatto dovuto alle tre fasi del ciclo di vita degli edifici (figura 2), si

evince l’importanza di adottare fin dalla fase di progettazione tutte le misure per la riduzione dei consumi in fase di esercizio, senza dubbio la più impattante. La fase di produzione e posa in opera dei materiali edili, tuttavia, ha un peso sull’impatto prodotto dall’intero ciclo di vita dell’edificio tutt’altro che trascurabile, che va dal 13% per l’edificio direzionale al 25% di quello monofamiliare. Se ne deduce che, in fase di progettazione, un’attenzione particolare deve essere rivolta all’embodied energy dei materiali, ossia alla cosiddetta energia incorporata, sempre senza trascurare le


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prestazioni energetiche in opera. In tabella V vengono riportati in maniera sintetica i risultati ottenuti applicando ai

tre edifici i tre metodi di valutazione relativamente all’intero ciclo di vita.

Fase di esercizio 73,8%

Costruzione 25%

Dismissione 1,2%

Figura 2 – Categorie di danno valutate per ogni fase del ciclo di vita (Metodo Eco-indicator 99)

a) residenziale monofamiliare, b) terziario, c) residenziale plurifamiliare

Tabella V – LCA degli edifici esaminati: indicatori sintetici relativi all’intero ciclo di vita

Intero ciclo di vita Danno/Area calpestabile

Energia/Area calpestabile

Emissioni CO2/Area calpestabile

EDIFICIO Pt/m2 anno MJ-eq/m2 anno kg CO2-eq/m2 anno MONOFAMILIARE 6 1114 71 PLURIFAMILIARE 4 779 51 DIREZIONALE 7 1336 89

È noto da numerosi studi presenti in letteratura come l’energia consumata e gli impatti prodotti in fase di esercizio siano preponderanti rispetto alle altre fasi del ciclo di vita. Quanto ai casi–studio qui presentati nella figura 3 si osserva come intercorra una relazione pressoché lineare tra l’energia consumata in fase di esercizio e quella relativa

a) b)

c)

a)


264


all’intero ciclo di vita. In altre parole nonostante tutte le differenze tra i singoli casi, relativamente ai materiali, alle tecniche costruttive impiegate, a dimensioni e tipologie edilizie, il trend complessivo tende ad essere uniforme.

Figura 3 – Relazione tra fase operativa e consumi energetici per l’intero ciclo di vita

5. CORRELAZIONE CON IL RAPPORTO S/V

Osservando la figura 4 e i corrispondenti dati numerici, si vede come per la fase di produzione e posa in opera i risultati ottenuti possono essere correlati al coefficiente di forma (S/V) degli edifici, pari a 0,950 per l’edificio monofamiliare, a 0,505 per l’edificio plurifamiliare e a 0,329 per l’edificio direzionale. In particolare si osserva come l’impatto ambientale degli edifici oggetto di studio diminuisca con il rapporto di forma.

Quanto all’intero ciclo di vita (figura 5), in cui come detto in precedenza l’impatto ambientale è dovuto principalmente ai consumi in fase di esercizio, il confronto tra i due edifici residenziali può ancora essere ricondotto al rapporto S/V, mentre per l’edificio direzionale diventano preponderanti le caratteristiche dell’involucro (elevato rapporto fra superfici trasparenti e opache).

Figura 4 - Confronto degli indicatori sintetici per i tre casi studio relativamente alla fase di produzione e posa in opera e al metodo IPCC 100a

IPCC 100a Emissioni CO2/Area calpestabile

kg CO2-eq/m2

MONOFAMILIARE 979 PLURIFAMILIARE 548 DIREZIONALE 501

Emissioni

CO2/Volume lordo

kg CO2-eq/m3


Emissioni CO2/Volume

riscaldato

kg CO2-eq/m3



265


Figura 5 - Confronto degli indicatori sintetici per i tre casi studio relativamente all’intero ciclo di vita e al

metodo IPCC 100a 6. OTTIMIZZAZIONI ENERGETICHE E RICADUTE IN TERMINI DI LCA

I tre edifici esaminati sono stati sottoposti a diverse ottimizzazioni energetiche, al fine di valutarne le ricadute sull’intero ciclo di vita; per ragioni di brevità si presentano solo i risultati relativi alle ottimizzazioni dell’edificio monofamiliare.

Si sono previste per quest’ultimo le tre modifiche volte all’ottimizzazione energetica riportate in tabella VI. Esse consistono innanzitutto nella sostituzione e nell’aumento di spessore dell’isolante. Dato che per tale edificio l’impatto dei materiali ceramici in termini di consumi energetici raggiunge quasi il 25% del totale, nei tamponamenti verticali si è quindi provveduto a sostituire i laterizi forati con blocchi isolanti in calcestruzzo cellulare espanso (Gasbeton).

Tabella VI – Ottimizzazioni energetico-ambientali per l’edificio monofamiliare Stato attuale Modifica 1 Modifica 2 Modifica 3

Materiale Lana di vetro Neopor 100K Neopor 100K Isolante su coperture inclinate: Spessore 6 cm 12 cm 15 cm

Materiale Lana di vetro Neopor 100K Neopor 100K Isolante Tamponamenti verticali: Spessore 4 cm 4 cm 4 cm

Materiale Polistirene estruso Neopor 100K Neopor 100K Isolante Coperture piane calpestabili: Spessore 6 cm 8 cm 12 cm

Materiale forati in laterizio Gasbeton Gasbeton Dimensioni 25x25x20 25x25x20 25x25x20 Pacchetto murario

tamponamenti verticali:Dimensioni 25x25x10 – 25x25x12

Muovendo dalla Modifica

2 si valuta l'inserimento di una serra solare

Fase di edificazione: - Variazione nei quantitativi di materiali edili trasportati dall’azienda produttrice al sito di edificazione

- Variazione del dispendio energetico per l’assemblaggio Fase operativa: Variazione dei consumi di gas naturale per il riscaldamento:

17% 18% 19% Fase di Dismissione: Variazione della quantità di materiale edile smaltito a fine vita

IPCC 100a Emissioni CO2/Area calpestabile

kg CO2-eq/m2 a MONOFAMILIARE 71 PLURIFAMILIARE 51 DIREZIONALE 89

Emissioni

CO2/Volume lordo


Emissioni CO2/Volume

riscaldato



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Come ulteriore miglioramento atto a ridurre i consumi energetici è stato proposto un intervento di edilizia bioclimatica. In particolare è stato scelto l’inserimento di una serra solare, addossata a sud e a servizio della zona giorno, comportando vantaggi in termini di fruibilità degli spazi e di riduzione dei fabbisogni complessivi dell’edificio.

Dal confronto tra le tre soluzioni alternative (figura 6) si evince il vantaggio raggiunto: con l’introduzione delle modifiche 1, 2 e 3 si riduce il danno arrecato nell’intero ciclo di vita rispettivamente dell’8.8%, del 9% e del 10.5% rispetto allo stato attuale. Dal confronto tra le modifiche apportate all’edificio si osserva come sia possibile quantificare i tempi necessari affinché la riduzione dei consumi in fase di esercizio compensi l’incremento dell’impatto ambientale relativo alla fase di produzione dei materiali. Con la modifica 3 l’impatto maggiore relativo della fase di costruzione (+1278Pt) viene ammortizzato in 4,8 anni di esercizio dell’edificio, infatti ogni anno si ha una riduzione dell’impatto di 262 Pt, senza considerare che in fase di dismissione la modifica 3 comporta maggiori impatti evitati rispetto allo stato attuale.

Categoria di danno Pt LCA Stato Attuale 2694,58

Pt 2458,78

LCA modifica 1 Riduz. impatto %

-8,8

Pt 2451,25


-9

Pt 2441,66


-10,5

Figura 6 – Eco-indicator 99: Categorie di danno valutate per lo stato attuale e per le tre modifiche dell’edificio monofamiliare

CONCLUSIONI

Le metodologie per l’analisi del ciclo di vita (LCA), codificate dalle norme ISO 14040, costituiscono uno strumento riconosciuto a livello internazionale per l’analisi energetico-ambientale degli edifici “dalla culla alla tomba”. Si sono prescelti tre edifici rappresentativi di diverse tipologie (residenziale monofamiliare e plurifamiliare, terziario) e si è condotta su di essi un’analisi LCA completa, evidenziando il contributo relativo delle fasi di costruzione, esercizio e dismissione all’impatto totale dell’edificio. Si sono quindi introdotte delle ottimizzazioni energetiche e se ne sono valutati i benefici in termini di riduzione dell’impatto dell’intero ciclo di vita; si sono calcolati inoltre alcuni indicatori unitari quali le emissioni di gas climalteranti (kg CO2-eq) e gli impatti totali (Pt/anno secondo il metodo Ecoinvent 99) per unità di superficie calpestabile e per unità di volume lordo. I risultati mostrano che, sebbene, come già riscontrato in studi


267


analoghi, gli impatti maggiori sono legati ai consumi di energia nella fase di esercizio dell’edificio, alla fase di costruzione sono associati impatti tutt’altro che trascurabili (fino al 25% dell’impatto totale), per cui particolare attenzione deve essere posta alla scelta di materiali con ridotta embodied energy.

Si è inoltre riscontrato che gli impatti legati alla fase di costruzione crescono al crescere del rapporto di forma S/V dell’edificio, mentre per gli impatti in fase di esercizio sono le caratteristiche dell’involucro a prevalere. Le ottimizzazioni energetiche condotte hanno fatto registrare riduzioni dell’impatto totale significative (maggiori del 10%) e tempi di ammortamento ambientale ridotti (circa 5 anni). RICONOSCIMENTI

Il presente lavoro è stato sviluppato nell’ambito del Progetto di ricerca FISR (Fondo Integrativo Speciale Ricerca) dal titolo “GENIUS LOCI - Il ruolo del settore edilizio sul cambiamento climatico”, finanziato dal Ministero dell’Istruzione dell’Università e della Ricerca. RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI Adalberth K., 1997; “Energy use during the life cycle of single-unit dwellings:

examples”, Building and Environment 1997, 32 (4) (1997) 321–329. Asdrubali F., Baldinelli G., Battisti M., Baldassarri C., 2008; “Analisi ed ottimizzazione

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