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Valentini, Veronica

Operating energy ed embodied energy a confronto : caso studio di un edificio residenziale di medie dimensioni.

Rel. Valentina Serra, Roberto Giordano. Politecnico di Torino, Corso di laurea specialistica in Architettura, 2012

Questa è la versione più aggiornata di questo documento.

Abstract:

L'industria delle costruzioni è una delle maggiori sfruttatici di risorse naturali rinnovabili e non rinnovabili provocando un'alterazione dell’ambiente terrestre. Essa consuma i 2/9 di pietre, ghiaia, e terra grezza e 1/4 del legno vergine presenti sul pianeta. [1] II settore delle costruzioni è in particolare uno dei più grandi consumatori di elettricità. Inoltre le attività di costruzione non solo consumano energia e fonti energetiche, ma causano anche inquinamento dell'ambiente ed emissioni di gas a effetto serra. Questo settore, infatti, oltre al consumo del 40% dei materiali rientranti nell'economia globale, genera il 40-50% delle emissioni global di gas a effetto serra e degli agenti di piogge acide. Per questi motivi la riduzione del consumo energetico e degli impatti ambientali degli edifici stanno diventando sempre più una priorità nelle politiche energetiche ed ambientali dei Paesi Europei. In particolare in Italia, alcune politiche sono già state integrate nelle normative riguardanti gli edifici a diverse scale, da quella nazionale a quella locale, principalmente attraverso azioni dirette e indirette volte a ridurre la richiesta di energia durante la fase d'uso.

Il consumo di energia però, non riguarda solo la fase d'uso dell'edificio, ma tutto il ciclo di vita dello stesso. Gli impatti ambientali degli edifici, infatti, si estendono oltre la fase d'uso comprendendo l'energia incorporata relativa all'estrazione delle materie prime, alla produzione dei materiali così come alla demolizione fino allo smaltimento dei rifiuti in discarica e al fine vita.

Si può quindi affermare che gli edifici durante il loro ciclo di vita richiedono energia sia diretta che indiretta. L'energia così detta "diretta" è quella consumata in diverse operazioni come la fase di costruzione, prefabbricazione, trasporto e manutenzione, in particolare riguarda la fase d'uso dell'edificio e quest'ultima è più propriamente detta "Operating Energy" (OE) e si riferisce al consumo di energia necessario per mantenere le giuste condizioni ambientali interne all'edificio attraverso processi di riscaldamento, raffrescamento, illuminazione.

L'energia "indiretta" invece, è quella utilizzata per la produzione dei materiali e viene più propriamente definita "Embodied Energy" (EE) si riferisce all'energia finale necessaria al funzionamento del processo di produzione, a! fabbisogno di energia primaria in relazione al consumo delle risorse energetiche utilizzate nel processo di produzione e all'energia immagazzinata dal prodotto in uscita dal processo produttivo. [2] L'energia totale necessaria nell'intero ciclo di vita di un edificio comprende quindi sia la quantità di Operating Energy (OE) sia la quantità di Embodied Energy (EE). Perciò è rilevante ricordare che la scelta dei materiali da costruzione, la scelta del sistema costruttivo e le scelte progettuali di un edificio sono di fondamentale importanza per l'efficienza energetica di un edificio nel suo intero ciclo di vita. La selezione dei materiali da costruzione può certamente ridurre la richiesta di riscaldamento, ma potrebbe far crescere la quantità di Embodied Energy e gli impatti ambientali dovuti al trasporto degli stessi.

E quindi imminente la necessità di rivedere e modificare le pratiche costruttive correnti e ricercare nuovi metodi, nuove tecnologie che regolino e portino alla riduzione del consumo energetico. Nel ciclo di vita di un edificio inoltre dovrebbe essere inclusa anche la fase di riciclaggio che pochi studi prendono in considerazione perché non considerata parte del ciclo di vita dei materiali, commettendo però un grave errore. La fase di smaltimento dei rifiuti e di riciclaggio dei materiali offre infatti la possibilità di un ulteriore miglioramento lasciando spazio ad interessanti ragionamenti. Sulla base di queste premesse la proposta di questa tesi di laurea specialistica in Architettura è quella di studiare ed evidenziare l'importanza del rapporto tra Operating Energy e Embodied Energy. Lo studio effettuato in questa tesi di laurea si focalizza solo su Operating Energy ed Embodied Energy nel ciclo di vita dell'edificio con una durata stimata di 70 anni, senza considerare le fasi di smaltimento e riciclaggio, in quanto la misurazione dell'embodied Energy è molto complessa e richiede molto tempo per essere effettuata. Inoltre non ci sono metodi disponibili per calcolare l'embodied energy in modo accurato e consistente, infatti potrebbero esserci diversità nelle valutazioni anche a causa del fatto che non esiste un'unica banca dati e quelle disponibili non sempre sono affidabili e dettagliate.

Per questo lavoro è stato effettuato uno studio su un edificio residenziale nella città di Trofarello, in provincia di Torino. L'edificio si compone di volumi che si alzano dai tre ai sei piani fuori terra, presenta un box auto interrato e copre una superficie utile di 2112 m2.

Per l'analisi energetica è stato calcolato il fabbisogno di energia primaria utilizzando il programma derivato dalla Normativa UNI-TS 11300-1 e il Contenuto di Energia Primaria da fonti non rinnovabili e da fonti rinnovabili (CEP e CEPFR) sulla base della Normativa UNI 11277. Sia dal punto di vista del calcolo del Contenuto di Energia Primaria (CEP), sia per il calcolo del fabbisogno di energia primaria sono sfate esaminate due tipologie di sistemi costruttivi, a secco e tradizionale, di cui tre diverse stratigrafie: una stratigrafia a secco in cui la struttura portante è composta da pannelli strutturali di compensato, una stratigrafia con isolamento a cappotto ed una stratigrafia con parete ventilata, in entrambi gli ultimi casi la struttura portante è composta da pilastri in calcestruzzo armato.

Per entrambe le valutazioni, le tre stratigrafie sono state trattate con diversi spessori o tipo di isolante, andando a raggiungere così un valore di trasmittanza di parete Up più basso (Up= 0,16 W/m2K) e un valore Up più alto (Up= 0,27 W/m2K). In questo modo si sono aperti due macro scenari. Per quanto riguarda il calcolo del CEP è stato calcolato il contenuto di energia primaria dei singolo elementi tecnici che compongono l'edificio e più nello specifico, questo valore è stato calcolato per i singoli materiali componenti la stratigrafia. Il valore di CEP quindi può essere fornito a mq e per l'intera superficie di elemento tecnico. Inoltre è stato possibile calcolare l'Indice di Rinnovabilità (IR) dei singoli elementi tecnici che compongono l'edificio e l'indice di Prestazione Energetico e Ambientale (EEP) dell'intero edificio, classificandolo secondo la normativa UNII 1277.

Per quanto riguarda invece il calcolo del fabbisogno energetico, le suddette stratigrafie sono state valutate per diversi scenari: innanzitutto si è optato per la valutazione di due diverse esposizioni dell'edificio, un'esposizione Nord-Sud ed un'esposizione Est-Ovest. Per entrambe le esposizioni e sempre per le tre stratigrafie la valutazione del fabbisogno energetico è stata effettuata considerando tre possibili rapporti tra superficie finestrata e superficie opaca: un primo rapporto vede il soddisfacimento del rapporto areo.illuminante di 1/8, il quale è risultato essere del 16% rispetto alla superficie opaca, un secondo rapporto è del 30% e un ultimo è del 50%. Giungendo ai risultati finali è stato possibile confrontare i valori di EE e di OE e trarre delle conclusioni rispetto alla convinzione che l'Operating Energy sia di gran lunga la quota di energia maggiore che più contribuisce agli impatti ambientali dovuti agli edifici. Molti provvedimenti sono stati presi in merito a questo giungendo a edifici a basso consumo energetico, ma il ruolo e l'importanza delle fasi del ciclo di vita stanno cambiando.

Consapevole del fatto che la parte di demolizione e dello stoccaggio e smaltimento dei materiali sono fasi altrettanto importanti da analizzare nel ciclo di vita di un edificio, la tesi si conclude con l'auspicio che questo lavoro sia uno stimolo per lo sviluppo di tanti altri studi che possano portare a nuovi risultati significativi per la salvaguardia del nostro pianeta.

Relatori: Valentina Serra, Roberto Giordano
Soggetti: A Architettura > AH Edifici e attrezzature per l'abitazione
A Architettura > AO Progettazione
Corso di laurea: Corso di laurea specialistica in Architettura
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/2774
Capitoli:

PREMESSA

1. QUADRO NORMATIVO DI RIFERIMENTO

1.1. Direttiva 2010/31/UE

1.2. Direttiva 2009/125/CE

1.3. Regolamento 305/CE

Regolamento 305/EC

2. BILANCIO ENERGETICO DEGLI EDIFICI

2.1. Quadro metodologico di riferimento

2.1.1. NetZEB

2.1.2. Documento "What is missing from the concept of the new European Building Directive?"

2.2. Le voci del bilancio energetico

3. GLI STRUMENTI DEL BILANCIO ENERGETICO

3.1. Cenni sulla metodologia lCA

3.2. Standard tecnici e strumenti per la determinazione dell'operating energy

3.3. Standard tecnici e strumenti per la determinazione dell'embodied energy

3.4. Sviluppo di protocolli di analisi dell'efficienza energetica complessiva

4. CASO STUDIO: UN INTERVENTO DI SOCIAL HOUSING NELLA PROVINCIA DI TORINO

4.1. Il progetto

4.2. Descrizione degli elementi tecnici

4.3. Embodied energy (ee) e operating energy (oe) a confronto

4.4. Conclusioni e prospettive

BIBLIOGRAFIA

RINGRAZIAMENTI

Bibliografia:

Libri:

• M G. L. Baldo, M. Marino, S. Rossi, Analisi del ciclo di vita LCA - Gli strumenti per la progettazione sostenibile di materiali, prodotti e processi, Edizioni Ambiente, Milano, 2008

• Fassi, L. Maina, L'isolamento ecoefficiente - Guida all'uso dei materiali naturali, Edizioni Ambiente, Milano, 2009

• R. Giordano, I prodotti per l'edilizia sostenibile - La compatibilità ambientale dei materiali nel processo edilizio, Sistemi Editoriali, Casoria (NA), gennaio 2010

• J. Gaspari, II progetto dell'involucro efficiente - Soluzioni e stratigrafie per la nuova costruzione e il recupero, Edicom Edizioni, Monfalone (GO), novembre 2010

Articoli:

• M C. Thormark, A low energy building in a life cycle its embodied energy, energy need for operation and recycling potential, in: Building and Environment, N.37, 2002, pp.429-435

• M D. J. Harris, A quantitative approach to the assessment of the environmental impact of building materials, in: Building and Environment, N.34, 1999, pp.751-758

• X. G. Casals, Analysis of building energy regulation and certification in Europe: their role, limitations and differences, in: Energy and Buildings, N.38, 2006, pp. 381-392

• M. Zimmermann, H.-J. Althaus, A. Haas, Benchmarks for sustainable construction. A contribution to develop a standard, in: Energy and Building, N.37, 2005, pp. 1147-1157

• I Sartori, A.G. Hestnes, Energy use in the life cycle of conventional and low-energy buildings: A review article, in: Energy and Buildings, N.39, 2007, 249-257

• M. K. Dixit, J.L Femandez-Solis Lavy, C. H. Culp, Identification of parameters for embodied energy measurement: A literature review, in: Energy and Buildings, N.42, 2010, pp. 1238-1247

• M. Asif, T. Muneer, R. Kelley, Life cycle assessment: A case study of a dwelling home in Scotland, in: Building and Environment, N.42, 2007, pp. 1391-1394

• T. Ramesh, R. Prakash, K.K. Shukla, Life cycle energy analysis of buildings: an overview, in: Energy and Buildings, N.42, 2010, pp. 1592-1600

• R. J. Cole, P. C. Kernan, Life-Cycle Energy Use in Office Buildings, in: Building and Environment, N.31, 1996, pp. 307-317

• G. A. Blengini, Life cycle of buildings, demolition and recycling potential, in: Building and Environment, N.44, 2009, pp.319-330

• Y.G. Yohanis, B. Norton, Life-cycle operational and embodied energy for a generic single-storey office building in the UK, in: Energy, N.27, 2002, pp.77-92

• Dell'acqua Bellavitis, Materiali bioecologici, in: "Solario", N.10, 2008

• J. Marszal, J. S. Bourelle, E. Musall, Per Heiselberg, A. Gustavsen, K. Voss, Net Zero Energy Buildings -Calculation Methodologies versus National Building Codes

• R. Giodano, S. Tedesco, Net Zero Energy Building: metodi e strumenti per l'analisi energetico nel processo edilizio, in: II progetto sostenibile, N.27, pp.34-41

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