Sergio Pone » 3.Costruzioni Low cost – Low energy, Life cycle thinking

Sviluppo sostenibile

ll primo rapporto della Commissione Mondiale sull’Ambiente e lo Sviluppo del 1987, Our Common Future, il così detto Rapporto Brundtland e la Conferenza mondiale sull’ambiente, Earth Summit di Rio de Janeiro nel 1992, hanno ufficializzato in tutto il pianeta il termine Sviluppo Sostenibile. Nel 1988, nel rapporto State of the World, Lester Brown, il fondatore del Worldwatch Institute, sosteneva: «Avviare il mondo su un percorso di sviluppo sostenibile non sarà cosa facile, dati il degrado ambientale e la confusione economica che oggi prevalgono. Non sarà certo sufficiente qualche piccolo aumento degli investimenti destinati a un impiego razionale dell’energia o dei bilanci per la pianificazione familiare. La possibilità di imboccare un simile cammino dipende infatti da un riordinamento complessivo delle priorità e da una fondamentale ristrutturazione dell’economia globale, nonché da un rilancio della cooperazione internazionale pari soltanto a quello che si ebbe dopo il conflitto mondiale. Solo a patto che la volontà di assicurare un futuro sostenibile divenga una delle principali preoccupazioni dei governi nazionali, sarà possibile evitare che il continuo deterioramento dei sistemi naturali che presiedono alla vita economica vanifichi ogni sforzo teso a migliorare la condizione umana».

Sostenibilità ed edilizia: quali attori?

Sostenibilità ed edilizia: dove?

Sostenibilità ed edilizia: i tempi

Sistemi di Valutazione della Sostenibilità dei Manufatti Edilizi

Esistono diversi strumenti di valutazione del livello di sostenibilità di un edificio che permettono di capire quanto un edificio ha soddisfatto i requisiti di sostenibilità che riguardano il sistema ambiente-edificio. I principali sono:

• LCA: Life Cycle Assesstment, produce un bilancio degli impatti causati dal prodotto durante il suo
• intero ciclo di vita. La misurazione di tale impatto presuppone che si sia a conoscenza del carico energetico necessario a produrre ogni singolo componente dell’edificio e gli effetti di ogni segmento di fase compresa nei processi di costruzione e uso dell’edificio.
• BREEAM: British Research Establishment Environmental Assessments Method, è un sistema che si basa sull’attribuzione di un punteggio rispetto a ognuno dei requisiti fondamentali.
• GBTool: Green Building Tool, canadese, è uno dei sistemi più qualificati, il cui obiettivo è sviluppare e sperimentare un nuovo metodo per la valutazione della performance ambientale degli edifici che possa divenire in futuro uno standard di riferimento a livellomondiale.
• LEED: Leadership in Energy and Environmental Design

Lca: generalità

Lca e sostenibilità

Lca come principio generale sul quale fondare le analisi di sostenibilità

Sviluppo sostenibile ed edilizia

L”edilizia influisce nel consumo di energia in un paese industrializzato come il nostro per almeno il
40%.

L’energia nella gestione dell’organismo edilizio viene utilizzata principalmente per la produzione di calore necessario al riscaldamento degli ambienti e dell’acqua a uso sanitario, per ottenere il raffrescamento e per la produzione di elettricità da utilizzare per uso domestico e in impianti meccanici e di illuminazione.

Ridurre l’inquinamento prodotto dalle case è forse più importante di quello causato dalle auto. Naturalmente questa rivoluzione culturale andrebbe concepita senza badare ai propri interessi personali, ma pensando a un disegno futuro di più ampio respiro internazionale.

L’alta efficienza delle fonti non rinnovabili, unita a un iniziale basso costo di approvvigionamento, ha reso possibile da parte di progettisti poco attenti al contesto ambientale un affidamento totale
a questo tipo di risorse per garantire il benessere climatico all’interno degli edifici con conseguente accantonamento di conoscenze e tecniche considerate da parte di molti superate.

Per fonti energetiche rinnovabili si intendono quelle che si rinnovano con grande rapidità, superiore o comparabile a quella con cui l’energia viene consumata; per esempio sole, vento, risorse idriche (per piccoli sfruttamenti), risorse geotermiche, maree, moto ondoso e biomasse.

Fonti rinnovabili

Secondo la Legge n.10 del 9 gennaio 1991, Norme per l’attuazione del Piano energetico nazionale in materia di uso razionale dell’energia, di risparmio energetico e di sviluppo delle fonti rinnovabili di energia (G.U. n.13 del 6 gennaio 1991) si definiscono fonti rinnovabili (art.1, comma 3):

• il sole;
• il vento;
• l’energia idraulica;
• le risorse geotermiche;
• le maree e il moto ondoso;
• la trasformazione dei rifiuti organici ed inorganici o di prodotti vegetali.

Fonti assimilabili alle rinnovabili

• cogenerazione (produzione combinata di energia elettrica o meccanica e calore);
• calore recuperabile nei fumi di scarico, da impianti termici ed elettrici e da processiindustriali altre forme di energia recuperabile in processi, in impianti e in prodotti;
• risparmi di energia nella climatizzazione e nell’illuminazione degli edifici (interventisia sull’involucro edilizio che sugli impianti).

Edificio e ambiente

In edilizia l’utilizzo di fonti rinnovabili per intervenire nel controllo del comfort (riscaldamento, raffrescamento e illuminazione) può avvenire attraverso due tipi di sistemi: attivi e passivi.
I sistemi attivi captano, accumulano e utilizzano l’energia proveniente da fonti rinnovabili con una tecnologia di tipo impiantistico. Nei sistemi passivi è l’edificio stesso che, attraverso i suoi elementi costruttivi, capta, accumula e trasporta al suo interno l’energia ricavata da fonti rinnovabili.
La progettazione di un organismo architettonico con criteri passivi implica un’organizzazione di tutto lo spazio e dei suoi elementi in funzione di un’ottimizzazione delle risorse ambientali con importanti conseguenze architettoniche:

1. fronti larghi verso sud nel nostro emisfero;
2. forte presenza di aperture vetrate per captare il sole;
3. chiusura verso il fronte nord per diminuire dispersioni;
4. alto isolamento dell’involucro;
5. sfruttamento delle ventilazioni.

Studio dell’ambiente naturale: posizione geografica, fascia climatica di appartenenza, parametri meteorologici, morfologia, materiali locali
Studio dell’ambiente costruito: materiali da costruzione, influenze tra gli edifici
Orientamento dell’edificio nel lotto: asse elio termico, asse equisolare, asse nord – sud

Cenni sulla trasmissione dell’energia termica

Conduzione: trasmissione di energia termica dalle regioni a più alta temperatura verso quelle a temperatura minore per contatto molecolare diretto; come avviene per le pareti dell’involucro edilizio, è molto importante l’effetto della massa degli elementi, che contribuisce a livellare la differenza di temperatura massima e minima.

Convezione: trasmissione di energia termica all’interno di un fluido (acqua o aria) che si attua attraverso il trasferimento fisico della parte di fluido più calda che per differenza di densità si porta verso l’alto spostando la parte di fluido più fredda, questa riscaldandosi a sua volta si alternerà con la parte spostatasi precedentemente innescando un moto detto convettivo. In edilizia si sfruttano le capacità isolanti dell’aria, asciutta e ferma, in spessori ridotti al di sotto dei 4 ÷ 5 cm per esempio nelle pareti a cassetta.

Irraggiamento: forma elettromagnetica di trasmissione dell’energia tra corpi non a contatto diretto tra loro (non necessita di un mezzo per propagarsi); il calore una volta assorbito viene riemesso sotto forma di onda termica: il vetro, per esempio, risulta trasparente alle onde elettromagnetiche corte della luce ma opaco alle onde lunghe della radiazione termica, si determina quindi un riscaldamento degli ambienti direttamente irraggiati dal sole (effetto serra).

Riscaldamento con i sistemi solari passivi

Parete ventilata e sistema ad Atrio Fonte: Francese Dora, Architettura bioclimatica, UTET, Torino, 2000

Riscaldamento con i sistemi solari attivi

Un dispositivo fotovoltaico è in grado di trasformare direttamente la luce solare in energia elettrica. Il principio di funzionamento si basa sulla proprietà che hanno alcuni materiali semiconduttori opportunamente trattati, come il silicio, di fornire energia elettrica quando sono colpiti da radiazione solare.

L’impianto fotovoltaico è basato su moduli (ciascuno di potenza tra i 30 e i 100 Wp, a tensione continua di 12 o 24 V) collegati in serie o in parallelo. Ogni modulo è dotato di un diodo (dispositivo che permette il passaggio della corrente in una sola direzione) per evitare che il modulo si trasformi da generatore a dissipatore di energia.

Il solare termico si basa sul riscaldamento dell’acqua all’interno dei tubi di un assorbitore isolato termicamente sul retro e ai lati e protetto superiormente con uno o due vetri. L’acqua viene riscaldata dal sole e trasferita all’interno dell’accumulo o attraverso una pompa di circolazione (circolazione forzata) o sfruttando il principio del termosifone (circolazione naturale). I collettori solari possono essere di diversi tipi:

1. collettori piani (i più comuni)
2. collettori a tubo vuoto (di forma cilindrica, più costosi ma più efficienti)
3. collettori ad accumulo integrato (oltre a riscaldare l’acqua hanno incorporato l’accumulo per l’acqua calda).

Passivhaus, nord Europa

Nel 1991 Wolfgang Feist e Bo Adamson applicarono l’approccio progettuale passivo a una casa a Darmstadt, con l’obiettivo di fornire un caso studio di abitazione a basso consumo energetico a costo ragionevole per il clima tedesco. Il progetto risultò convincente sia in termini di consumo energetico che di comfort, tanto che gli stessi sistemi passivi furono applicati anche in una seconda costruzione a Groß-Umstadt nel 1995.

Dal 1995, basandosi sull’esperienza dei primi sviluppi, Feist iniziò a codificare il Progetto Passivo delle case di Darmstadt e Groß-Umstadt nello standard Passivhaus. Lo standard fondamentalmente consiste di tre elementi:

• un limite energetico (per riscaldamento e raffrescamento);
• un requisito di qualità (comfort termico);
• un set definito di Sistemi Passivi preferenziali che permettono di rispettare i requisiti di energia e qualità a costi sopportabili.

In questi punti sono riassunte tutte le caratteristiche di ciò che oggi è noto come standard Passivhaus tedesco: ottimo isolamento, ponti termici ridotti e finestre ben isolate, buona tenuta all’aria e sistema di ventilazione con recupero di calore ad alta efficienza.

Considerando il costo del ciclo di vita dell’edificio, una Passivhaus non risulta più costosa di una nuova abitazione convenzionale. In totale più di 8.000 case sono state costruite finora in Germania e altrove in Europa Centrale.

Passivhaus, nord Europa

L’applicabilità dello standard Passivhaus in altre zone d’Europa deve ancora essere testata (soprattutto per i climi più caldi). In Germania la definizione di questo standard è stata la ragione principale dell’esplosione della costruzione di case a basso consumo energetico. Di seguito sono riportati i cinque punti che definiscono l’attuale Standard Passivhaus tedesco per i paesi dell’Europa Centrale:

• Criterio del riscaldamento: il fabbisogno di energia utile per il riscaldamento ambientale non ecceda i 15 kWh per m² di superficie netta abitabile per anno.
• Criterio dell’energia primaria: la richiesta di energia primaria per tutti i servizi energetici, inclusi riscaldamento, acqua calda sanitaria, elettricità per l’abitazione e gli ausiliari, non ecceda i 120 kWh per m² di superficie netta abitabile per anno.
• Tenuta all’aria: l’involucro edilizio dovrebbe presentare un risultato del test di pressurizzazione (a 50 Pa), condotto secondo la EN13829, di non più di 0.6 h-1.
• Criterio della temperatura di comfort invernale: la temperatura operativa nelle stanze può essere mantenuta sopra i 20 °C d’inverno, usando le succitate quantità di energia.
• Tutti i valori di richiesta energetica sono calcolati secondo il Passive House Planning Package (PHPP) e si riferiscono alla superficie netta abitabile, cioè la somma delle superfici nette abitabili di tutte le stanze (in pianta).

Passivhaus, sud Europa

Il consorzio Passive-on ha pertanto formulato una proposta di revisione per l’applicazione dello standard Passivhaus nei paesi caldi europei che tiene conto del clima. I 6 punti che lo definiscono sono:

• Criterio del riscaldamento: il fabbisogno di energia utile per il riscaldamento ambientale non ecceda i 15 kWh per m² di superficie netta abitabile per anno.
• Criterio di raffrescamento: il fabbisogno di energia sensibile utile per il raffrescamento ambientale non ecceda i 15 kWh per m² di superficie netta abitabile per anno.
• Criterio dell’energia primaria: la richiesta di energia primaria per tutti i servizi energetici, inclusi riscaldamento, acqua calda sanitaria, elettricità per l’abitazione …, non ecceda i 120 kWh per
  m² di superficie netta abitabile per anno.
• Tenuta all’aria: se una buona qualità dell’aria e un alto comfort termico sono raggiunti per mezzo di un sistema di ventilazione meccanica, l’involucro edilizio dovrebbe presentare un risultato del
  test di pressurizzazione (a 50 Pa), condotto secondo la EN 13829, di non più di 0.6 h-1.
• Criterio della temperatura di comfort invernale: la temperatura operativa nelle stanze può essere mantenuta sopra i 20 °C d’inverno, usando le succitate quantità di energia.
• Criterio della temperatura di comfort estiva: nelle stagioni calde e umide, la temperatura operativa rimanga nel range di comfort definito dalla EN 15251.

Protocollo Itaca, livelli di qualità ambientale II

2. Carichi ambientali

2.1. emissione di gas serra
2.2. rifiuti solidi
2.3. rifiuti liquidi
2.4. permeabilità aree esterne

I criteri e sotto criteri di valutazione sono associati a caratteristiche specifiche, ovvero: hanno una valenza economica, sociale, ambientale di rilievo; sono quantificabili o definibili anche solo qualitativamente, in relazione a scenari prestazionalioggettivi e predefiniti; perseguono un obiettivo di ampio respiro; hanno comprovata valenza scientifica. In base alla specifica prestazione, l’edificio per ogni criterio e sotto-criterio riceve un punteggio che può variare da –1 a +5. Lo zero rappresenta lo standard di paragone (benchmark) riferibile a quella che deve considerarsi come la pratica costruttiva corrente, nel rispetto delle leggi o dei regolamenti vigenti. Il punteggio viene assegnato in base alle indicazioni e al metodo di verifica riportati nella “Scheda descrittiva” di ogni criterio di valutazione. Le informazioni riportate su ogni scheda sono:

• l’esigenza, o l’obiettivo di qualità ambientale che si intende perseguire;
• l’indicatore di prestazione. Parametro utilizzato per valutare il livello di performance dell’edificio rispetto al criterio di valutazione; può essere di tipo quantitativo o qualitativo.

Protocollo Itaca

CasaclimaPiù

Fabbisogno termico deve essere inferiore a 50 kWH/M2A

Il “più” viene concesso solo ad abitazioni di classe energetica Oro, A o B.

Riscaldamento con fonti energetiche rinnovabili

Non è consentito l’uso di fonti energetiche fossili. A meno che l’edificio non sia allacciato a un impianto di teleriscaldamento o Nahwärmenetz, o a un impianto di riscaldamento già esistente. Un sistema di riscaldamento a elettricità è consentito solo se il fabbisogno termico è inferiore ai 10 kWh/m2a.

Utilizzo di materiali sostenibili per ambiente e salute

I materiali vanno analizzati nel loro ciclo vitale complessivo, (calcolare di quanta energia hanno bisogno prima di poter essere utilizzati, da dove arrivano, che sostenibilità ha il loro utilizzo a livello ecologico): l’edificio deve essere caratterizzato solo da materiali sostenibili per ambiente e salute. La valutazione dei materiali avviene tenendo conto della catena di produzione e di rifornimento, degli effetti cancerogeni, di modificazione genetica o dannosi per la salute. Non si possono utilizzare isolanti sintetici, né PVC per pavimenti, finestre e porte, vernici chimiche per il legno, colori e vernici contenenti solventi o legno tropicale.

Presenza di almeno una delle seguenti misure ecologiche:

Impianto fotovoltaico, collettori solari per la produzione di acqua calda e per il riscaldamento, recupero dell’acqua piovana o tetto verde.

Casi studio: padiglione olandese, MVRDV II

Expo Hannover 2000, padiglione Olandese

Casi studio: Koo Lee Institute, M. Cucinella

The Koo Lee Institute, Centre for Sustainable Energy Technologies Ningbo, Cina, 2007

Conclusioni

La qualità e la vivibilità ambientale dell’architettura sono tematiche fondamentali per pervenire a una diversa modalità di relazione tra ambiente e attività dell’uomo. In tal senso un impiego più consapevole delle tecnologie che sfruttano tutte le risorse esterne per convogliarle all’interno, consente l’utilizzo di soluzioni compatibili con il miglior rendimento delle risorse energetiche. Nella maggior parte dei casi si tratta di soluzioni dedotte dall’intelligenza delle costruzioni antiche.