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ISOLA DELLA SOSTENIBILITA’
GLI EDIFICI AD ENERGIA ZEROProf. Francesco AsdrubaliDipartimento di IngegneriaUniversità degli Studi Roma Tre
Aula Magna Dipartimento di ArchitetturaGiovedì 30 novembre 2017
Indice • I consumi energetici degli edifici• La certificazione energetica degli edifici• Gli edifici ed energia zero e quasi zero• I materiali e gli impianti innovativi per il risparmio
energetico degli edifici• La valutazione della sostenibilità degli edifici: protocolli
per la valutazione della sostenibilità, analisi del ciclo di vita
I CONSUMI ENERGETICI DEGLI EDIFICI
Consumi energetici degli edifici• Gli edifici sono responsabili del 40% del consumo globale
di energia nell’Unione Europea• All’interno del settore civile, il consumo del settore
residenziale incide per il 70% mentre quello del terziario per il 30%
Consumi energetici degli edifici• Il patrimonio edilizio italiano è vetusto ed è stato costruito,
per la maggior parte, in assenza di alcuna legge sull’efficienza energetica (la prima è la 373 del 1976)
Consumi energetici degli edifici• Circa il 65% del patrimonio edilizio italiano è stato
costruito fra il 1946 e il 2001 ed appartiene alle classi a più alto consumo energetico (G,F,E,D). La sua riqualificazione energetica è auspicabile.
Consumi energetici degli edifici• Le dispersioni
di energia avvengono attraverso l’involucro oppure a causa di inefficienze del sistema di generazione/distribuzione
Consumi energetici degli edifici• Attraverso la termografia ad infrarossi è possibile
osservare i punti dove si hanno le dispersioni più ingenti come i ponti termici
LA CERTIFICAZIONE ENERGETICA
La certificazione energetica• Legge 373 del 1976: emanata a seguito della crisi
petrolifera del 1973 è la prima sul rendimento energetico in edilizia in Italia.
• Legge 10 del 1991: è la risposta italiana agli impegni presi con la ratifica del protocollo di Kyoto. Per la prima volta viene introdotta la certificazione energetica anticipando di 10 anni la Comunità Europea sugli stessi temi. Essa è ancora valida in alcune sue parti.
La certificazione energetica• La direttiva europea 2002/91/CE, meglio conosciuta come
EPBD (“Energy Performance of Buildings Directive”), introduce la certificazione energetica degli edifici
• Lo Stato italiano ha infatti recepito la direttiva europea 2002/91/CE nel 2005, con l’emanazione del Decreto Legislativo n. 192 modificato poi con il Decreto Legislativo 311/2006. I due decreti stabiliscono dei limiti di tramittanza degli elementi dell’involucro in funzione della zona climatica
• D.M. 26 giugno 2009: «Linee guida nazionali sulla certificazione energetica degli edifici»
• D.M. 26 giugno 2015: «Nuove Linee Guida nazionali per la certificazione energetica»
La certificazione energetica• La certificazione si concretizza nella redazione dell’APE (Attestato di Prestazione
Energetica) che classifica l’edifico in classi dalla G alla A4
Quando è obbligatorio?• Nuove costruzioni• Ristrutturazioni importanti• Vendita o nuova locazione• Edifici pubblici
La certificazione energetica• Quali dati occorrono? • dati climatici della località; • dati relativi ad un uso standard dell’edificio; • dati relativi alle caratteristiche dell’involucro e degli
impianti dal progetto energetico, previa verifica di rispondenza del costruito al progetto.
Se l’edificio è esistente, il rilievo può essere effettuato sia tramite indagini strumentali in situ (termografia, termo flussimetria, carotaggi, …) oppure attraverso analogia costruttiva: alcuni abachi forniscono le dati relativi alle caratteristiche dell’involucro di edifici costruiti nella stessa epoca
La certificazione energeticaLa classificazione si basa sul calcolo dell’indice di prestazione energetica globale non rinnovabile:
EPgl,nren= EPH,nren + EPW,nren+ EPC,nren + EPV,nren+ EPL,nren+ EPT,nren
• EPH,nren indice di prestazione per la climatizzazione invernale • EPW,nren indice di prestazione per l’acqua calda sanitaria • EPC,nren indice di prestazione per la climatizzazione estiva • EPV,nren indice di prestazione per la ventilazione • EPL,nren indice di prestazione per l’illuminazione • EPT,nren indice di prestazione per il trasporto di persone
La classificazione si basa sul calcolo dell’indice di prestazione energetica globale non rinnovabile:
EPgl,nren= EPH,nren + EPW,nren+ EPC,nren + EPV,nren+ EPL,nren+ EPT,nren
• EPH,nren indice di prestazione per la climatizzazione invernale • EPW,nren indice di prestazione per l’acqua calda sanitaria • EPC,nren indice di prestazione per la climatizzazione estiva • EPV,nren indice di prestazione per la ventilazione • EPL,nren indice di prestazione per l’illuminazione • EPT,nren indice di prestazione per il trasporto di persone
La certificazione energeticaPer il calcolo degli indici di prestazione energetica dell’involucro e dei rendimenti degli impianti si prevede l’utilizzo di algoritmi di calcolo contenuti nelle norme:
• UNI TS 11300 parte 1-2-3-4 • Raccomandazione CTI 14/2013: Determinazione
dell’energia primaria e della prestazione energetica EP per la classificazione dell’edificio
• UNI EN 15193: Requisiti energetici per l’illuminazione
La certificazione energetica• I limiti delle classi energetiche
sono definiti attraverso il confronto dell’EPgl,nren dell’edificio reale con l’EPgl,nren,rif cioè con l’indice di prestazione energetica non rinnovabile di un edificio di riferimento.
La certificazione energetica• L’edifico di riferimento ha stessa geometria dell’edificio reale
(sagoma, volumi, superficie calpestabile, superfici degli elementi costruttivi e dei componenti), orientamento, ubicazione territoriale, destinazione d’uso e situazione al contorno dell’edifico reale ma è dotato di caratteristiche termofisiche e parametri energetici predeterminati (D.M. Requisiti Minimi)
Consumi energetici degli edificiL’effetto delle leggi sull’efficienza energetica nel settore delle
costruzioni; i consumi sono misurati in litri di gasolio al m2 ogni anno.
EVOLUZIONE DELL’EFFICIENZA ENERGETICAIN EDILIZIA DAGLI ANNI ‘60 AD OGGI
GLI EDIFICI AD ENERGIA ZERO E QUASI ZERO
Classificazione • Low energy house (Edificio a basso consumo)• Passive House (Edificio passivo)• Net Zero Energy Building (NZEB)• Plus Energy Buildings• Green Building• Autonomus Building
Low energy house• Edificio con prestazioni energetiche migliori rispetto ai
minimi stabiliti da normativa
• In Italia un low-E building ha un fabbisogno energetico inferiore del 50% rispetto ad un edificio costruiti rispettando i minimi di trasmittanza dell’involucro
• Se un edificio che rispetta gli attuali limiti di legge si pone in classe B, un low-E è un edificio di classe A
Low energy house• Isolamento
dell’involucro• Ventilazione
meccanica controllata con recupero di calore
• Generazione efficiente
• Sistemi di distribuzione a bassa temperatura
• Integrazione di fotovoltaico e solare termico
Low energy house• scuola Mantovani e Gonelli, Mario Cucinella, classe A
Low energy house• Scuola materna con asilo nido a San Vito di Cadore, classe A
Low energy house• low-energy house in Horní Počernice, Repubblica Ceca
Passive House• E’ un edificio in cui il comfort interno è garantito
senza l’utilizzo di impianti
Lo standard Passivhaus nasce in Germania ad opera di un istituto di ricerca privato. Lo standard stabilisce i seguenti limiti:• fabbisogno di riscaldamento <15 kWh/m2 anno • fabbisogno di raffrescamento <15 kWh/m2 anno• fabbisogno di energia totale<120kWh/m2 anno• ricambi d’aria non superiori a 0,6 vol/h
Passive HouseLa prima Passivhaus viene costruita nel 1990 a Durmstadt, Germania
Passive House13/06/2016 - La prima Passivhaus totalmente prefabbricata in Nord America. Fonte: inhabitat.com
Passive HouseAccorgimenti per ottenere una Passivhaus:
• Isolamento dell’involucro opaco (0,1-0,15 W/m2K)• Isolamento dei serramenti (0,7-0,85 W/m2K)• Soluzione di ponti termici• Massa termica • Frangisole• Sfruttamento dei guadagni solari• Orientazione ottimale• Possibile inserimento di un camino o una stufa a
biomassa di piccole dimensioni
NZEB - Definizione• La definizione di NZEB è a tutt’oggi non ancora
standardizzata e comprende un’ampia gamma di edifici.
• Generalmente ci si riferisce ad un Net Zero Energy Building come ad un edificio in cui si ha una bilanciamento nullo fra l’energia esportata e l’energia importata da una rete energetica esterna per un certo periodo di tempo.
• Fabbisogno energetico uguale a 0 kWh/m2 anno
NZEB - Definizione• Un NZEB è progettato per lavorare in sinergia con una
rete energetica.
• Per ottenere il bilanciamento nullo si agisce sulla riduzione della domanda energetica attraverso misure di efficienza energetica (accorgimenti tipici delle Passivhaus).
• Un NZEB deve essere capace di produrre energia termica o elettrica attraverso l’introduzione di sistemi energetici rinnovabili all’interno dei confini del sistema.
NZEB - DefinizioneLa definizione dei confini del sistema è molto complicata:
• Confini fisici: spesso si considera l’impronta dell’edificio oppure i confini di proprietà come il confini del sistema. In UK, per le zero carbon homes viene incluso l’investimento in progetti low-carbon al di fuori dei confini fisici dell’edifico.
• Confini di bilanciamento: gli usi energetici che sono considerati includono tipicamente riscaldamento, raffrescamento, ventilazione, acqua calda domestica, illuminazione e apparecchi domestici. L’EmbodiedEnergy dovrebbe essere annualizzata per considerarla in modo adeguato in aggiunta.
NZEBLeafhouse, Ancona.
NZEB – Leaf House network• Isolamento termico• Riscaldamento a pavimento• Recupero acqua piovana• Pompa di calore geotermica • Pannelli fotovoltaici • Pannelli solari termici • Tubi solari• Illuminazione a LED • Automazione e controllo• Elettrodomestici in classe A++• Arredi a basso impatto ambientale
NZEBDenver, Stati Uniti
NZEBLeaf house, Ancona.
NZEBENERPOS, Educational Building, University of Reunion Island, City Saint-Pierre, Francia, 2008
NZEB – ENERPOS• Ventilazione naturale • Schermature solari• Materiali isolanti• Uso di laptops al posto di desktop computers• Integrazione di fotovoltaico• Lampade LED• Post occupancy evaluation
Plus Energy Building
• Generalmente ci si riferisce ad un Plus Energy Building come ad un edificio in cui si ha una bilanciamento positivo fra l’energia esportata e l’energia importatada una rete energetica esterna, valutate su un certo periodo di tempo.
• Fabbisogno energetico < 0 kWh/m2 anno
Plus Energy BuildingPrimo edificio: Elitrope di Friburgo, Rolf Disch, 1994
• La struttura dell'edificio ruota fisicamente seguendo il percorso del sole
• Impianti: 56 m2 di pannelli fotovoltaici, una fonte geotermica, un impianto di cogenerazione (Combined Heatand Power plant, CHP) e dei pannelli solari per la produzione di acqua calda
• Isolamento termico• Sistema interno di pulizia delle
acque reflue e di compostaggio rifiuti naturali
• Produce tra le quattro e le sei volte l'energia consumata in un anno
Plus Energy Building• Rolf Disch, The PlusEnergy Sun Ship in Vauban, Freiburg, 2004
Plus Energy Building• I muri esterni sono isolati tramite pannelli in cui è fatto il vuoto• Massa termica delle murature esterne• Materiali a cambiamento di fase, integrati nelle murature come accumulatori
di calore• Tetto fotovoltaico• Ventilazione con recupero di calore• Trattamento dei ponti termici• Massimizzazione/minimizzazione dei guadagni solari in inverno/estate
Plus Energy Building• Research Center on Zero Emission Buildings, Norvegia: produce il doppio dell’energia
che consuma. L’inclinazione dell’edifico permette l’orientamento ottimale del fotovoltaico. La luce naturale penetra negli ambienti tramite l’atrio centrale. La ventilazione è naturale. L’energia in eccesso è usata per caricare un’auto elettrica e per riscaldare una piscina.
Green Building
• E’ un edificio in cui il concetto di sostenibilità si estende a tutti gli impatti ambientali generati dall’edificio nell’intero ciclo di vita
• Filosofia progettuale più completa che amplia il solo concetto di efficienza energetica
• Fase d’uso: fabbisogno energetico molto contenuto• Attenzione alla fase di costruzione e demolizione
dell’edifico
Green Building• Accorgimenti simili a quelli delle Passivhaus e dei NZEB:
efficienza energetica ed introduzione delle rinnovabili
• Attenzione all’uso di materiali naturali (pietre, paglia, bambù, canapa, legno, terra cruda, sughero, …) o di recupero
• Reperibilità dei materiali in zona per ridurre gi impatti del trasporto
• Permeabilità delle pavimentazioni esterne• Vegetazione caduca che controlla i guadagni solari
Green BuildingOltre la certificazione energetica: Certificazione ambientale
• Protocollo Itaca (Italia)• LEED (USA, mondo)• BREEM (UK, mondo)• Energy Star (Australia)• CASBEE (Giappone)• Minergie - ECO / Minergie P-ECO (Svizzera)• …
Green BuildingBosco Verticale
• Città: Milano• Periodo: 2011 - 2013 • Certificazione: LEED - Gold • Architetto: Boeri Studio
Green BuildingElora Hardy, Edificio in bamboo in Bali
Green Building
• Portland Community College, Oregon. Certificato LEED.
Green Building• Renzo Piano, Muse Trento, certificazione LEED GOLD
Autonomus Building• Edifico totalmente autosufficiente da ogni tipo di rete:
elettrica, fognaria, idrica, gas, servizio di comunicazione e in alcuni casi di trasporto pubblico.
• Fabbisogno=0 kWh/m2 anno e autosufficienza di approvvigionamento non solo energetica
• Impatti ambientali ridotti, bassi costi di gestione e sicurezza in caso di eventi bellici o calamità naturali
Autonomus Building"It is quite possible in all parts of Australia to construct a 'house with no bills', which would be comfortable without heating and cooling, which would make its own electricity, collect its own water and deal with its own waste...These houses can be built now, using off-the-shelf techniques. It is possible to build a "house with no bills" for the same price as a conventional house, but it would be (25%) smaller.“
Brenda and Robert Vale (2000). The New Autonomous House. London: Thames & Hudson Ltd.
MATERIALI E IMPIANTI INNOVATIVI PER IL RISPARMIO ENERGETICO DEGLI EDIFICI
Il kenaf è una varietà di ibisco (Hibiscus Cannabinus) originaria dell’Africa simile allacanapa, ma il suo contenuto di THC (Tetraidrocannabinolo, il principio attivo stupefacente)è nullo. Le sue caratteristiche principali sono la resa per ettaro elevata (135-140 quintaliper ettaro), l’elevata capacità di crescita (fino a 3 metri in tre mesi) e la possibilità dicoltivazione anche in climi freddi.Le piantagioni di questa fibra non godono dei contributi comunitari e questo ne impedisceuna loro maggiore diffusione nel territorio. La pianta ha un ciclo di vita annuale e puòessere impiantata per sette anni consecutivi sullo stesso territorio senza avere perditi intermine di resa. Solitamente le fibre sono saldate tra loro per formare i pannelli, tramitepoliestere e altri prodotti di tipo ignifugo. Il materiale a fine vita è riutilizzabile ecompostabile, previa separazione degli eventuali prodotti sintetici impiegati per lasaldatura delle fibre.Possono essere utilizzati per l’isolamentotermoacustico in intercapedini, coperture,pavimenti, tetti e facciate.
KenafMateriali isolanti opachi
La fibra di lino appartiene alla famiglia delle Linaceae ed è ottenuta da una materia primarigenerabile, la pianta del lino.Tale pianta è coltivata senza utilizzo di pesticidi (coltivazione biologica) in molti paesidell’Unione Europea e con scarsa richiesta energetica in fase di produzione e applicazione.È un materiale con ottime proprietà di isolamento termico ed acustico grazie al notevolecontenuto d’aria nelle microcavità; è altamente traspirante edigroscopico; non contiene sostanze nocive perla salute; non si carica elettrostaticamente. Lefibre di lino poi, hanno maggiore resistenzameccanica di quelle del cotone ma minoreelasticità.I pannelli sono riutilizzabili e riciclabili;essendo trattati con sali di boro, non sonoidonei per il compostaggio perchéprovocherebbero lisciviazione (asportazionedegli strati superficiali a causa dell’azionesolubilizzante del composto) nel terreno. Ilconsumo di energia che si ha nella produzioneè abbastanza elevato.
Fibre di linoMateriali isolanti opachi
La lana di pecora è una fibra tessile ottenuta dalpelo di pecora. È una materia prima disponibilenelle regioni in cui vengono allevati gli ovini erigenerabile. La lana si ottiene dalla tosatura dellepecore e viene sottoposta al lavaggio con saponineutri biodegradabili, per sgrassare ed eliminarele eventuali impurità presenti.In una seconda fase i materiali sono trattati conprodotti speciali per garantirne la protezione neltempo da muffe, acari e tarme.Attraverso la cardatura si ottengono veli sottilisovrapposti per ottenere gli spessori desiderati,successivamente pressati e agugliati.
La lana di pecora ha eccellenti proprietà termo–fonoisolanti, è traspirante ed altamenteigroscopica (è in grado infatti di assorbire acqua fino al 33% del suo peso, senza perderepotere isolante e senza dare la sensazione di essere umida); non cola, non emette gastossici ed ha la capacità di filtrare formaldeide ed altre sostanza nocive. Per sua stessanatura è poco infiammabile, tuttavia alcuni prodotti sono sottoposti a trattamenti chepermettono di aumentarne la capacità della lana di resistere al fuoco.
Lana di pecoraMateriali isolanti opachi
La fibra di cellulosa (carta) è una preziosa materia prima, e si adatta particolarmentebene come isolante termico per via della struttura dei suoi pori in grado dirinchiudere grandi quantità d’aria, riducendo le perdite di calore. Originalmente illegno ha una struttura a fibre parallele, la quale viene modificata durante latrasformazione in carta, le fibre si orientano in tutti i sensi, realizzando così unaporosità maggiore e di conseguenza un buon potere isolante. La fibra di cellulosa ètraspirante ed igroscopica, in grado di assorbire umidità dall’ambiente e cederla poisuccessivamente; ha un buon comportamento fonoisolante e fonoassorbente; noncontiene sostanze tossiche e non provoca reazioni a contatto con la pelle. È unmateriale molto indicato dal punto di vista ecologico, poiché la materia prima è cartadi giornale riciclata e il dispendio di energia per produrla è ridotto.
Fibra di cellulosaMateriali isolanti opachi
La plastica degli imballaggi viene trasformata in fibra di poliestere, in fiocco o filocontinuo, da cui si ottengono, con successive lavorazioni, non tessuti destinati adiversi impieghi nell’edilizia, dai pannelli isolanti all’armatura delle guainebituminose per l’impermeabilizzazione di tetti.
Materiale isolante riciclato da bottiglie in plastica
Materiali isolanti opachi
Sono definiti a bassa emissività le vetrate perl'edilizia composte da due vetri, uno dei qualiè trattato (in genere depositi di metalli e/oossidi di metalli nobili) per ottenere unariflessione, verso l'interno dell'ambiente delcalore irraggiato dagli elementi riscaldanti,per contro, impediscono al calore eccessivodel sole di penetrare all’interno durante lastagione estiva.
Il vetro trasparente, anche il vetrocamera,non è in grado di schermarel'irraggiamento solare e quindi di fermare ilcalore. L’ utilizzo di speciali pellicolerappresenta una soluzione per ridurrefortemente il passaggio del calore.attraverso una vetrata. Nel caso delvetrocamera, rivestendo una delle facceinterne con una sottile pellicolametallizzata si ottiene un sistema moltoefficace per il controllo della radiazionesolare.
Vetro basso emissivo e pellicole schermantiComponenti trasparenti
Telai delle finestre ad alte prestazionitermiche (Uw minore di 1 W/m2K)
FinestreComponenti trasparenti
La principale caratteristica cheidentifica la Facciata Ventilata è lacreazione di una camera d’aria inmovimento tra la parete rivestita ed ilparamento esterno.Questa camera consente lacircolazione di un flusso d’ariadenominato ad “effetto camino”, cioècorrente dal basso verso l’alto pereffetto delle differenti densità dell’ariacalda e fredda, i cui scopi sonoprevalentemente due: in inverno,mantenere stabilmente asciutti sia laparete rivestita che il pannellocoibentante, agevolando la dispersionedei fenomeni di condensa; in estate,quello di disperdere il calore irradiatodal paramento esterno.Ciò si realizza attraverso unacontinuità, uno spessore ben definitoed una determinata altezza dellacamera d'aria, che altrimenti non èpossibile ottenere sui tradizionaliprospetti dei fabbricati.
Facciata ventilata
Torri NH Hotel presso Polo di Rho Pero - Fiera Milano
Sistemi Passivi
Facciata ventilata – Doppia pelle
D’inverno il sole irraggia gli elementi della facciata adoppia pelle (vetri e schermature) e l’aria contenutanell’intercapedine si riscalda. Si viene così a creare uneffetto cuscinetto, posto tra l’esterno e l’interno, cheriduce le perdite per dispersione.D’estate, grazie alla stratificazione delle temperature trala parte bassa e la parte alta della facciata ed alleaperture poste alle due estremità si genera un flussod’aria ascendente. I sistemi di schermatura contenutinell’intercapedine intercettano gran parte dellaradiazione solare incidente e cedono successivamentetale energia alo flusso d’aria, riducendo così i carichientranti.
Sistemi Passivi
London Bridge Tower, “The Shard”, Renzo Piano
Serra solareSistemi PassiviLa serra solare è uno spazio chiuso, separatodall’ambiente esterno mediante pareti vetrate ecollegato alla costruzione con aperture,eventualmente apribili; la copertura può esserevetrata o opaca a seconda delle latitudine edelle esigenze termiche richieste in fase diprogettazione. La serra è un volume cheaccresce il contributo all’edificio dellaradiazione solare, trasformata in energiatermica e immagazzinata all’interno della serrastessa.
MUSE Museo delle Scienza, Trento, Renzo Piano
Durante il corso dell’anno i tetti sopportano sole, vento, maltempo e differenze di temperatura dicirca 100°. Gli inverdimenti proteggono il tetto dai raggi UV, dalle intemperie e dai danni meccanici. Inquesto modo la differenza di temperatura si riduce a 40°, mentre la durata della vita del tettoraddoppia.Inoltre, la vegetazione aumenta sia d’estate che d’inverno il comfort interno ed esterno combinandoeffetti di coibentazione e regolazione dell’umidità dell’aria. I tetti inverditi apportano inoltre beneficianche al clima delle nostre città ed ai loro abitanti, purificando, rinfrescando e inumidendo l’ariaattraverso la loro azione di trattenimento delle particelle di polveri (fino all’85%) e delle precipitazioni(più del 50%). L’effetto di aumento della resistenza termica della parte dell’involucro caratterizzatodalla presenza della vegetazione può essere esteso anche alle pareti verticali facendo attenzione anon eliminare l’effetto dei guadagni solari (pareti a nord).
Tetti e pareti verdiSistemi Passivi
School of Art, design and media, Nanyang Technological University, Singapore
Nelle zone climatiche dell’Europa meridionale l’irradiazione solare è elevata ecostituisce una parte rilevante del bilancio termico, in particolare estivo. Il coloredelle superfici esterne determina la quantità di radiazione solare che sarà assorbitadalle superfici stesse. Si possono utilizzare colori differenti per il tetto e perciascuna facciata, in base all’orientamento della stessa, scegliendo colori chiari o ilbianco almeno per le superfici più esposte a radiazione solare diretta. Tutto ciò alloscopo di ridurre le temperature superficiali estive dei componenti edilizi e dunquela quantità di energia trasferita verso l’interno dell’ edificio.
Pitture riflettentiSistemi Passivi
La trigenerazione è un particolarecampo dei sistemi dicogenerazione che, oltre aprodurre energia elettrica,consente di utilizzare l’energiatermica recuperata dallatrasformazione anche perprodurre energia frigorifera,ovvero acqua refrigerata per ilcondizionamento o per i processiindustriali.I sistemi di co-trigenerazione possono essere studiati e prodotti per funzionare conqualsiasi fonte primaria di calore. Questi sistemi oggi sono tecnicamente maturi edeconomicamente convenienti per poter essere adottati diffusamente, tra le moltepliciconfigurazioni possibili si citano:
• sistemi di cogenerazione con combustibili fossili;• sistemi di trigenerazione con combustibili fossili;• co-trigenerazione con impianti solari termici o termodinamici;• co-trigenerazione con biogas;• Sistemi ibridi di cogenerazione e trigenerazione.
TrigenerazioneInnovazione impiantistica
Energia solare fotovoltaica
“Altare del sole e della luna”, Dezohu, Cina
Energie rinnovabili
MinieolicoEnergie rinnovabili
La pompa di calore geotermica utilizza il terreno o l'acqua che si trova nel terreno comefonte o come dispersore di calore. Il trasporto dell'energia termica è effettuatomediante la stessa acqua o mediante un liquido antigelo, eccetto nelle pompe di calorea espansione diretta, in cui si usa un fluido refrigerante che circola nello scambiatoreposto nel terreno.
Pompa di calore e geotermiaEnergie rinnovabili
La tecnica dei “condotti di luce”, nell’ambito dellatecnologia dell’illuminazione naturale costituisceun’evoluzione veramente apprezzabile e dallestraordinarie applicazioni. Si tratta di canali ingrado di convogliare la luce solare all’internodegli edifici per distanze di numerosi metri (oltre15), fino a farla giungere in locali altrimentiilluminabili solo mediante luce artificiale.
Condotti di luceSistemi di illuminazione
19La città sostenibile: una scelta culturale – Perugia 20-21 aprile 2015
Una tecnologia di illuminazione molto interessante è rappresentata daidiodi luminosi o led (Light emitting diode) che si sta avviando a sostituirecompletamente quella a filamento/dicroica delle lampade adincandescenza.I led sembrano destinati a produrre una svolta epocalenell’illuminazione.
Il funzionamento dei diodi ademissione di luce si basa sulfenomeno della”elettroluminescenza”, dovutoall’emissione di fotoni (nella bandadel visibile o dell’infrarosso) prodottidalla ricombinazione degli elettronie delle lacune allorchè la giunzionerisulti polarizzata in senso diretto.Diversamente dalle comunilampadine, il cui filamento funzionaad elevate temperature, i ledsemettono luce fredda, possonolampeggiare a frequenze moltoelevate e risultano particolarmenteadatti alla trasmissione dei segnalitramite modulazione dell’intensitàluminosa.
Apparecchi LEDSistemi di illuminazione
19La città sostenibile: una scelta culturale – Perugia 20-21 aprile 2015
Torre Agbar, Jean Nouvel, Barcellona
Responsive building elementsI materiali a cambiamento di fase(PCM) sono materiali che allapressione atmosferica cambiano laloro fase a una temperatura prossimaalla temperatura ambiente. Il principiodi funzionamento sfrutta la lorocapacità di accumulare grossequantità di energia a temperaturevicine a quella di fusione. Infattifintanto che è in atto il cambiamentodi fase il calore è accumulato erilasciato senza notevoli variazioni ditemperatura.Questa propriet à può essere utilizzatacon due diversi obiettivi:a) come un mezzo per aumentarel’inerzia termica (massa termica)dei componenti dell’edificio e, diconseguenza, per ridurre espostare i carichi di riscaldamento edi raffrescamentob) per creare accumuli termici.
Materiali a cambiamento di fase
)
NanomaterialiSono definiti come nanomateriali quei materiali che hannocomponenti strutturali con almeno una dimensione nell’intervallo 1-100 nmNanotecnologia è lo studio dei fenomeni e della manipolazione deimateriali a livello atomico e molecolare.I materiali portati alle dimensioni nanometriche assumonoparticolari proprietà chimico-fisiche, differenti dai corrispondentimateriali convenzionali.
Suvarnabhumi International Airport, Bangkok, Murphy/Jahn Architects. I pannelli in alluminiodell’involucro e dei controsoffitti sono stati rivestiti con uno speciale spray isolante nanostrutturato.
Nanomateriali
I VIP, pannelli termoisolanti sottovuoto, di isolamentotermico:
L'isolamento termico con pannelli sottovuoto è unatecnologia relativamente nuova capace di apportare ungran progresso nel settore dell’edilizia. La conduttivitàtermica dei pannelli è 10 volte inferiore rispetto aquella dei migliori materiali termoisolanticonvenzionali variabile tra 0,004 e 0,008 W/m K.Un pannello sottovuoto dello spessore di 5 cmequivale ad uno strato di polistirolo di 40 cm.Sono composti di un nucleo (pannello) di materialenanoporoso (silice pirogena o aerogel) resistente allapressione, dal quale è stata evacuata l'aria; il nucleo èermeticamente racchiuso in un telo multistrato(Alluminio, Nylon, PET) impermeabile e resistente allapressione.
VIP (Vacuum insulation panels)
Nanomateriali
I sistemi molto innovativi ad Aerogelsono in grado di assicurare elevati livellidi isolamento uniti a caratteristiche didiffusione luminosa. L’Aerogel è unmateriale isolante composto damicrogranuli di silicio e pori nanometriciche lo rendono simile ad una spugnacomposta dal 95% di aria.
Aerogel
Dereham Leisure Centre, LA Architect
LA VALUTAZIONE DELLA SOSTENIBILITÀ DEGLI EDIFICI: PROTOCOLLI PER LA VALUTAZIONE DELLA SOSTENIBILITÀ, ANALISI DEL CICLO DI VITA
Sostenibilità nel settore delle costruzioni
Negli ultimi anni si è assistito ad una maggiore consapevolezza da partedel mercato edilizio dei risvolti ambientali che esso stesso ha neiconfronti dell'ambiente in termini di energia, materiali, risorse naturali euna maggiore attenzione per i costi di utilizzo e manutenzione.
La ISO 15392:2008 applica all’edilizia i principi della sostenibilitàambientale definendo dei concetti riconosciuti a livello internazionale eproponendo obiettivi generali ben definiti.
Il settore delle costruzioni rappresenta un settore rilevante perl’economia delle nazioni ed assorbe notevoli quantità di risorseproducendo impatti economici, sociali ed ambientali non trascurabili.
Per stimare il livello di sostenibilità degli edifici negli ultimianni sono stati sviluppati i cosiddetti sistemi di valutazionegreen, i quali consistono in approcci metodologici in grado divalutare la sostenibilità ambientale degli edifici, analizzando iloro consumi energetici, le caratteristiche del sito, il comfortinterno e gli effetti sulla salute umana.
Sostenibilità nel settore delle costruzioni
A partire dalle diverse caratteristiche,obiettivi e standard di ciascun paese intutto il mondo, sono stati sviluppatidiversi sistemi di certificazione disostenibilità degli edifici.
La certificazione di sostenibilitàambientale ad oggi è prevalentementesu base volontaria.
Sostenibilità nel settore delle costruzioni
In particolare risultano di notevole interesse i sistemi di certificazione su basevolontaria per la valutazione dell’efficienza energetica e dell’impronta ecologicadegli edifici.
A livello nazionale:
- il protocollo ITACA (Istituto per l’innovazione e Trasparenza degli Appalti e laCompatibilità Ambientale), definito in Italia e declinato per ogni regione.
Ed a livello internazionale:
- il protocollo LEED (Leadership in Energy and Environmental Design),sviluppato negli Stati Uniti;
- il sistema BREEAM (Building Research Establishment EnvironmentalAssessment Method for buildings) , sviluppato in Gran Bretagna.
Sostenibilità nel settore delle costruzioni
Protocollo ITACAIl protocollo ITACA è un sistema di certificazione elaborato dall’Istituto per
l’Innovazione e Trasparenza degli Appalti e la Compatibilità Ambientale,approvato il 15 gennaio 2004 dalla Conferenza delle Regioni e delleProvince autonome, nasce dall’esigenza delle Regioni di dotarsi distrumenti validi per supportare politiche territoriali di promozione dellasostenibilità ambientale nel settore delle costruzioni.
Il protocollo nasce nell’ambito del Gruppo di lavoro interregionale perl’Edilizia Sostenibile istituito nel dicembre 2001, con il supporto tecnico diiiSBE Italia (international initiative for a Sustainable Built EnvironmentItalia), è derivato dalla metodologia di valutazione Green BuildingChallange (GBC), che è il risultato di una ricerca internazionale a cui hapartecipato anche l’Italia.
Il Protocollo è stato adottato da numerose Regioni e amministrazionicomunali in diverse iniziative volte a promuovere ed incentivare l’ediliziasostenibile.
Protocollo ITACAIl Protocollo ITACA permette di stimare il livello di qualità ambientale di un edificio infase di progetto, misurandone la prestazione rispetto a 5 aree di valutazione:
• Qualità del Sito (2 crediti - max 4%) riguarda l’analisi del livello di contaminazionedel sito, lo studio del suo livello di urbanizzazione e pianificazione urbanistica,accessibilità al trasporto pubblico e ai servizi, e la verifica della possibilità diriutilizzare strutture esistenti.
• Consumo di Risorse (9 crediti - max 53,60%) si occupa di valutare il consumoenergetico e di risorse, sia in termini di involucro che di impianto, la sostenibilitàdei materiali utilizzati per la costruzione e la vicinanza tra il sito di produzione deglistessi e il sito di costruzione.
• Carichi Ambientali (3 crediti - max 17,50%) tiene in considerazione gli aspettilegati alle emissioni in fase di esercizio, all’accumulo dell’acqua piovana e allapermeabilità del suolo.
• Qualità Ambientale Indoor (4 crediti - max 18.20%) valuta il comfortdell’ambiente interno in termini di ventilazione, temperatura dell’aria, luce naturaleed isolamento acustico dell’involucro.
• Qualità del Servizio (2 crediti - max 6.70%) riguarda aspetti burocratici,disponibilità della documentazione tecnica e integrazione del sistema edificio.
Il punteggio -1 indica un livello prestazionale molto basso, potràessere accettato solo in caso di intervento di riqualificazioneenergetica su edifici esistenti.
Il livello 0 corrisponde al livello più basso di sostenibilità e allostandard di comparazione.
Per ognuno dei criteri valutati nel corso dell’analisi effettuatasull’edificio, possono essere assegnati punteggi differenti e variabilida -1 a 5, a seconda del tipo di soluzione adottata rispetto alparametro di riferimento.
Protocollo ITACA
Protocollo ITACA L’elemento significativo del protocollo è costituito dai voti che si
ricavano dalle singole aree di valutazione, poiché determinano illivello di sostenibilità del fabbricato in questione.
Per ogni singola area viene indicato un valore di riferimentominimo di sostenibilità che ne determini le caratteristiche.
Il sistema Statunitense di classificazione dell’efficienza energetica edell’impronta ecologica degli edifici è il LEED (Leadership in Energyand Environmental Design), sviluppato dallo U.S. Green BuildingCouncil (USGBC).
In uso dal 2000 negli Stati Uniti ed oggi diffuso in oltre 100 paesi nelmondo, il metodo LEED è uno schema di valutazione su basevolontaria per promuovere l’efficienza energetica degli edificiattraverso una serie di azioni eco-sostenibili e per fornire un insiemedi standard di misura per la valutazione delle costruzioniambientalmente sostenibili.
L’aspetto principale del LEED è che si tratta di un processo aperto etrasparente dove i criteri tecnici proposti dai comitati LEED vengonopubblicamente rivisti per l’approvazione da più di 10.000organizzazioni che fanno parte del USGBC.
Protocollo LEED
I criteri contemplati dal metodo LEED per valutare la qualità di unacostruzione sono raggruppati in 7 macro-aree:
Sostenibilità del Sito (1 prerequisito, 8 crediti - max 26 punti): questasezione affronta gli aspetti ambientali legati al sito entro il quale verràcostruito l'edificio e al rapporto di questo con l'intorno. Gli obiettivi sonolimitare l'impatto generato dalle attività di costruzione, controllare ildeflusso delle acque meteoriche, stimolare modalità e tecnichecostruttive rispettose degli equilibri dell'ecosistema.
Gestione delle Acque (1 Prerequisito, 3 Crediti - max 10 punti): questasezione approccia le tematiche ambientali legate all'uso, alla gestione eallo smaltimento delle acque negli edifici monitorando l'efficienza deiflussi d'acqua e promuovendo la riduzione dei consumi idrici e ilriutilizzo delle acque meteoriche.
Energia ed Atmosfera (3 Prerequisiti, 6 Crediti - max 35 punti): inquesta sezione viene promosso il miglioramento delle prestazionienergetiche degli edifici, l'impiego di energia proveniente da fontirinnovabili o alternative e il controllo delle prestazioni energetichedell'edificio.
Protocollo LEED
Materiali e Risorse (1 Prerequisito, 7 Crediti - max 14 punti): inquest'area vengono prese in considerazione le tematicheambientali correlate alla selezione dei materiali, alla riduzionedell'utilizzo di materiali vergini, allo smaltimento dei rifiuti e allariduzione dell'impatto ambientale dovuto ai trasporti.
Qualità ambientale Interna (2 Prerequisiti, 8 Crediti - max 15punti): questa sezione affronta le preoccupazioni ambientalirelazionate alla qualità dell'ambiente interno, che riguardano lasalubrità, la sicurezza e il comfort, il consumo di energia,l'efficacia del cambio d'aria e il controllo della contaminazionedell'aria.
Innovazione nella Progettazione (2 crediti - max 6 punti): questasezione ha come obiettivo l'identificazione degli aspetti progettualiche si distinguono per le caratteristiche di innovazione e diapplicazione delle pratiche di sostenibilità nella realizzazione diedifici.
Priorità Regionale (1 Credito - max 4 punti): tale area ha comeobiettivo quello di incentivare i gruppi di progettazione afocalizzare l'attenzione su caratteristiche ambientali del tuttouniche e peculiari della località in cui è situato il progetto.
Protocollo LEED
Protocollo LEED Ogni macro-area prevede uno o più requisiti prescrittivi, che
devono essere soddisfatti necessariamente per ottenere lacertificazione, e un numero di requisiti di performanceambientale che attribuiscono un punteggio finale all’edificio.
La somma dei punteggi ottenuti dai singoli crediti determinano illivello di certificazione dell'edificio.
La certificazione LEED si articola su 4 livelli in funzione delpunteggio ottenuto:
Tra le certificazioni ambientali più rilevanti a livellointernazionale, c’è il protocollo BREEAM (Building ResearchEstablishment Environmental Assessment Method forbuildings): una metodologia di valutazione ambientale,sviluppata dall’ente inglese Building Research Establishmentper valutare la sostenibilità di un edificio.
BREEAM è stato sviluppato nel 1990 in Inghilterra, lacertificazione è volontaria, e chiunque può richiedere ilBREEAM per il livello di sostenibilità del proprio edificio.
Come per LEED, la certificazione BREEAM offre sostanzialiriconoscimenti e maggior controllo degli edifici per tutti coloroche sono coinvolti nella realizzazione dell’edificio stesso.
Protocollo BREEAM
Protocollo BREEAMLa certificazione BREEAM verifica la sostenibilità di un edificiovalutandolo rispetto a 9 macro-aree:
Gestione: Questa categoria incoraggia l'adozione di pratiche digestione sostenibile in relazione alla progettazione, costruzione,messa in opera e consegna dell’edificio. Promuove le attività perassicurare che gli obiettivi di sostenibilità siano definiti erispettati nella fase di esercizio dell'edificio.
Salute e Benessere: Viene incoraggiato il maggiore comfort,salute e sicurezza di occupanti e visitatori. Ha lo scopo dimigliorare la qualità della vita negli edifici premiando quellicaratterizzati da un ambiente interno ed esterno sano e sicuroper gli occupanti.
Energia: Sono tenute in considerazione le specifiche e laprogettazione di soluzioni costruttive efficienti, sistemi energeticie attrezzature che supportano l'utilizzo sostenibile dell'energianella costruzione e gestione sostenibile in fase di esercizio.
Protocollo BREEAM Trasporti: Questa categoria incoraggia una migliore accessibilità
ai trasporti pubblici e alle altre soluzioni di trasporto alternative, alfine di ridurre i viaggi in auto e, di conseguenza, i problemi dicongestione e di emissione di CO₂ per tutta la vita utiledell’edificio.
Acqua: Si promuove l'uso sostenibile dell'acqua nella fase diesercizio dell'edificio e per tutta la vita utile dell'edificio attraversola riduzione al minimo di perdite.
Materiali: Si incoraggia l’adozione di misure per la riduzionedell'impatto dei materiali da costruzione durante tutte le fasi checaratterizzano la vita utile di un edificio (progettazione,costruzione, manutenzione e riparazione). Con particolareattenzione alla fase di approvvigionamento dei materiali e al loroimpatto durante l’intero ciclo di vita (estrazione, lavorazione eproduzione, e riciclaggio).
Protocollo BREEAM
Gestione dei Rifiuti: Questa categoria incoraggia la gestionesostenibile (e il riutilizzo ove possibile) di rifiuti da costruzione,prodotti durante la vita utile dell’edificio e dei rifiuti associatialla manutenzione e alle riparazioni dell'edificio stesso. Inparticolare, si incoraggiano le buone pratiche di progettazionee costruzione, che mirano alla riduzione dei rifiuti derivantidalla costruzione e gestione dell'edificio.
Uso del Suolo ed Ecologia: Viene promosso l’uso del suolo,la protezione sostenibile degli habitat, la creazione e ilmiglioramento delle biodiversità a lungo termine per il sitodove sorge l'edificio e per il terreno circostante.
Protocollo BREEAM
Inquinamento: Questa categoria pone la sua attenzione allaprevenzione e al controllo dell'inquinamento e al ruscellamentodelle acque, associati con la posizione dell'edificio e la suadestinazione d'uso.
Innovazione: La categoria innovazione offre l’opportunità diriconoscimento per le prestazioni esemplari e l'innovazioneche non sono incluse all'interno del protocollo, o vanno oltre leprescrizioni dei criteri. Sono compresi anche prodotti eprocessi innovativi che sono stati approvati dal BRE Global Ltde per i quali può essere richiesto un credito innovazione.
Protocollo BREEAM I livelli conseguibili da un edificio vengono assegnati in base a
punteggi ottenuti dalla valutazione dei criteri di ogni area divalutazione opportunamente pesati.
La certificazione BREEAM può essere richiesta anche durante lafase di progettazione dell’edificio, ottenendo la Interim BREEAMCertification, che garantisce un maggior controllo e verifica dellafase progettuale.
DEFINIZIONE
Ciclo di vita di un prodotto
INPUT OUTPUT
Acquisizione materie prime
Fabricazione
Uso/riuso/Manutenzione
Riciclo/Gestione dei rifiuti
Materie prime
Energia
Emissioni in acqua
Emissioni in aria
Rifiuti solidi
Altri rilasci
L’analisi LCA (Life Cycle Assessment)di un prodotto permette di analizzare le implicazioni ambientali di un prodotto lungotutto il suo ciclo di vita - "dalla culla alla tomba“ - comprendendo quindi l'estrazione ela lavorazione delle materie prime, la fase di fabbricazione del prodotto, il trasporto e ladistribuzione, l'utilizzo e l'eventuale riutilizzo del prodotto o delle sue parti, la raccolta,lo stoccaggio, il recupero e lo smaltimento finale dei relativi rifiuti.
LCA IN EDILIZIA
ANALISI LCA DI EDIFICI1° fase: Collocazione del materiale
2° fase: Fase di esercizio 3° fase: Fase di demolizione
100
CONFRONTO RISULTATI PER TRE TIPOLOGIE EDILIZIE
Categorie di danno valutate per ogni fase del ciclo di vita
edificio plurifamiliare
edificio direzionale
Dall’analisi dei risultati della valutazione del ciclo di vita degli edifici si nota come il danno maggiore sia arrecato dalla fase di esercizio.Il massimo danno è quello dell’impoverimento delle risorse non rinnovabili.
Intero ciclo di vita Danno prodottoEcoinvent 99H/HEDIFICIO Pt/annoMONOFAMILIARE 2695PLURIFAMILIARE 7778DIREZIONALE 22992
Costruzione 9,7%
Fase di esercizio 80,1%
Dismissione 2,2%
edificio monofamiliare
Confronto impatto dell’intero ciclo di vita dei materiali isolanti a parità di resistenza termica. Valori calcolati con il metodo Cumulative Energy Demand
Fibra di cellulosa (fiocchi) 18 MJ-eq
Sughero 505 MJ-eq
Perlite espansa (pannelli) 98 MJ-eq
Lana di roccia
121 MJ-eq
Lana di vetro
91 MJ-eq
Lana di legno mineralizzata
(cemento) 512 MJ-eq
Polietilene espanso
639 MJ-eq
Polistirene espanso
137 MJ-eq
Poliuretano183 MJ-eq
Fibra di legno
172 MJ-eq
COME INDIVIDUARE IL MATERIALE A MINOR IMPATTO
