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Tortalla, Elisa

Dal fabbisogno al contenuto di energia primaria - Metodi di valutazione e tecnologie a confronto.

Rel. Chiara Aghemo, Roberto Giordano. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Architettura per il progetto sostenibile, 2014

Questa è la versione più aggiornata di questo documento.

Abstract:

La responsabilità attribuita al settore edilizio nei confronti del consumo di energia, di risorse energetiche e, conseguentemente, delle alterazioni ambientali è ormai divenuta una consapevolezza. L’attività di costruzione, infatti, non solo consuma energia e fonti energetiche, ma è uno dei sistemi economici maggiormente imputati dell’inquinamento ambientale, con consistenti emissioni di gas a effetto serra nell’atmosfera.

Questo quadro allarmante ha stimolato l’elaborazione di normative, a scala europea, nazionale e locale, volte a ridurre la richiesta di energia, soprattutto durante la fase di uso dei manufatti edilizi. Edificare, tuttavia, significa consumare energia e generare effetti sul territorio non solo durante lo stadio di utilizzo, ma nel corso di tutto il processo, dall’approvvigionamento delle materie prime all’atto della costruzione fino alla dismissione dell’edificio e allo smaltimento delle macerie da demolizione.

Lo sviluppo di questo elaborato si basa esattamente su questa convinzione: l’importanza di valutare l’impatto energetico e ambientale del manufatto edilizio estendendolo all’intero ciclo di vita dello

stesso.

La scelta di sviluppare questa tipologia di analisi energetica deriva dall’esperienza svolta durante l’attività di tirocinio presso la Barra&Barra, azienda piemontese specializzata nella progettazione e nella costruzione di edifìci basati sui concetti di “bioedilizia” e di “basso consumo energetico”.

Il mio interesse risiede nel comprendere se quello che, in teoria, risulta l’approccio più sostenibile ed ecocompatibile di costruire (rispetto alle tecniche di costruzione tradizionali, abitualmente adottate in Italia) sia accompagnato da un’altrettanto soddisfacente riduzione del valore di energia impiegata durante le fasi precedenti e successive a quella di utilizzo dell’edificio.

Il recepimento della Normativa europea ed italiana (con particolare riguardo nei confronti delle specifiche tecniche UNI/TS 11300) ha consentito di comprendere il processo evolutivo subito dal settore edilizio in materia di sostenibilità ambientale e risparmio energetico.

Il lavoro di analisi ha come oggetto un edificio in bioedilizia realizzato dall’azienda Barra&Barra a Rosta, in provincia di Torino, e si basa sul confronto numerico tra i valori delle due quote di energia che contribuiscono alla definizione del bilancio energetico complessivo del manufatto, riferito ad un ciclo di vita di 50 anni: l’Operating Energy e l’Embodied Energy.

La prima, riferita al consumo energetico occorrente per i processi in fase d'uso dell'edificio, esprime il fabbisogno di energia primaria necessario per mantenere le giuste condizioni ambientali all’interno dell’edificio, attraverso processi di riscaldamento, raffreddamento, ventilazione, produzione di acqua calda sanitaria e illuminazione.

L’Embodied Energy, invece, si riferisce a quella quota di energia primaria necessaria all’estrazione, alla produzione, al trasporto, alla dismissione e allo smaltimento di un prodotto.

La proposta di questo elaborato consiste nell’evidenziare l’importanza del rapporto tra Operating Energy ed Embodied Energy. L’obiettivo mira dunque alla determinazione di ciascuna quota energetica, attraverso il calcolo di dati specifici e il successivo impiego di fogli di calcolo Excel, al fine di giungere ad un confronto in termini quantitativi e, conseguentemente, qualitativi.

In particolare, è stato elaborato un foglio di calcolo Excel sulla base della Normativa UNI/TS 11300

- Parte 1,2 e 4 per il calcolo del Fabbisogno di Energia Primaria ed è stato sviluppato un ulteriore file di calcolo basato sulla Normativa UNI 11277 - Sostenibilità in Edilizia per la determinazione del Contenuto di Energia Primaria.

È necessario specificare che il processo analitico per la definizione dell’Embodied Energy si riferisce alla sola fase di funzionamento del processo di produzione dei materiali da costruzione, escludendo gli scenari di manutenzione, di demolizione dell’edificio e di smaltimento dei prodotti impiegati, non considerati a causa della complessità della misurazione, della mancanza dei dati di input necessari per questo tipo di approfondimento e della lunga tempistica occorrente per questa tipologia di valutazione.

La determinazione delle due quote di energia che concorrono alla definizione del bilancio energetico complessivo del manufatto edilizio ha coinvolto dapprima l’edificio residenziale così come realmente realizzato dall’azienda Barra&Barra, secondo un sistema costruttivo stratificato a secco a matrice lignea; in seguito, ci si è concentrati sull’analisi di un secondo scenario, elaborato attraverso alcune proposte di modifica relative sia al sistema edificio-impianto, sia alle stratigrafie dei vari elementi tecnici costituenti il manufatto edilizio. L’obiettivo consiste nel ridurre il valore di Operating Energy attraverso la modifica dell’impianto di riscaldamento, associando a questo tentativo quello di moderare l’incidenza della quota di Embodied Energy, agendo sulle stratigrafie delle unità tecnologiche. Il nuovo scenario, quindi, è definito dalla combinazione delle due strategie per raggiungere un comportamento energeticamente più sostenibile dell'edificio nel suo complesso, attraverso scelte materiche, tipologiche e impiantistiche.

Inoltre, la valutazione energetica si è estesa ad una seconda ipotesi di modifica, consistente nella variazione del sistema di costruzione dell’edificio: si è supposto che esso, caratterizzato dagli stessi dati dimensionali, fosse realizzato secondo un sistema costruttivo tradizionale, caratterizzato da parete a cappotto.

I risultati conseguiti hanno permesso di confrontare i valori di Operating Energy ed Embodied Energy propri di ciascuno scenario e, al contempo, di comparare i dati ottenuti tra i diversi scenari oggetto dell’analisi energetica.

L’intento finale è quello di comprendere se all’applicazione di soluzioni tecnologiche innovative e altamente performanti corrisponda un’altrettanto corposa riduzione del consumo di energia nelle altre fasi del ciclo di esistenza dell’edificio o se, viceversa, queste scelte progettuali portino inevitabilmente ad un incremento del Contenuto di Energia Primaria.

In ogni caso, il fatto che nel calcolo del bilancio energetico totale dell’edifìcio venga considerata anche la quota di Embodied Energy dimostra come la scelta dei materiali da costruzione, del sistema costruttivo e le conseguenti scelte progettuali per la realizzazione di un edifìcio siano di fondamentale importanza per la definizione dell’efficienza energetica dello stesso, in un ottica di intero ciclo di vita.

Tale considerazione rivela la necessità di considerare la quota di Embodied Energy all’interno delle disposizioni legislative, attraverso l’elaborazione di una norma tecnica che ne regoli il calcolo, così come le specifiche tecniche UNI/TS 11300 stabiliscono un metodo standardizzato per la determinazione dell’Operating Energy.

Credo sia fondamentale che venga compresa l’effettiva importanza ed influenza della quota energetica imputabile al processo di produzione fuori opera dei prodotti edilizi nella valutazione del bilancio energetico degli edifici, consapevoli del fatto che tale porzione incrementerebbe ulteriormente considerando anche le fasi di estrazione delle materie prime, di trasporto, di manutenzione, di demolizione e di smaltimento. Risulta dunque determinante estendere l’analisi energetica ed ambientale all’intero ciclo di vita del manufatto edilizio, proiettando la gestione dell’efficienza energetica all’intero processo edilizio.

Il crescente interesse nei confronti dei temi relativi alla sostenibilità ambientale, economica e sociale fa ben sperare in un passo verso questa direzione.

Relatori: Chiara Aghemo, Roberto Giordano
Soggetti: A Architettura > AD Bioarchitettura
T Tecnica e tecnologia delle costruzioni > TE Tecnologia dei materiali
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Architettura per il progetto sostenibile
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/3787
Capitoli:

Premessa

1. QUADRO DI RIFERIMENTO CULTURALE

1.1. Concetto di Sviluppo Sostenibile: evoluzione e dibattito culturale

1.2. Concetto di Bioarchitettura e Bioedilizia

1.2.1. Nascita e sviluppo

1.3. Strumenti di analisi e valutazione dell’ecocompatibilità

1.3.1. Ecocompatibilità dell’edificio: approccio al «ciclo di vita»

1.3.2. Ecocompatibilità dei prodotti: Life Cycle Assessment

2. QUADRO DI RIFERIMENTO NORMATIVO

2.1. Il panorama energetico mondiale e le conseguenti convenzioni internazionali

2.1.1. Il settore edilizio

2.2. Fabbisogno di Energia Primaria e Contenuto di Energia Primaria: normativa di riferimento a confronto

2.3. Quadro legislativo generale in materia energetica

2.3.1. Normativa europea

2.3.2. Normativa italiana

2.3.3. Normativa regionale: il Piemonte

3. QUADRO DI RIFERIMENTO METODOLOGICO

3.1. Net Zero Energy Building

3.2. Operating Energy VS Embodied Energy, concetti a confronto

3.3. Bilancio energetico degli edifici

4. QUADRO DI RIFERIMENTO OPERATIVO

4.1. Determinazione dell’Operating Energy (OE)

4.2. Determinazione dell’Embodied Energy (EE)

5. ANALISI DI UN CASO STUDIO

5.1. L’azienda costruttrice Barra&Barra: sistema costruttivo e relative prestazioni

5.2.1 I materiali della Biocasa

5.3. Il progetto: realizzazione di una casa a basso consumo energetico a Rosta (TO)

5.4. Procedimento di analisi energetica

5.4.1. Operating Energy

5.4.2. Embodied Energy

5.4.3. Biocasa: valori energetici a confronto

5.5. Proposta di modifica: scenari migliorativi

5.6. Ipotesi di modifica: sistema costruttivo tradizionale

5.7. Confronto tra i valori energetici degli scenari oggetto di analisi

Considerazioni conclusive

Bibliografia

Bibliografia:

BIBLIOGRAFIA GENERALE

- Uwe WIF.NKE, Manuale di bioedilizia, DEI Editore, Roma 2000.

- Giancarlo ALLEN, Luciano BURRO, Marco MORO (a cura di), Repertorio dei materiali per la bioedilizia, Maggioli Editore, Rimini 2001.

- Carlo MONTI, Riccardo RODA, Maria Rosa RONZONI (a cura di), Costruire sostenibile: l’Europa, Alinea, Firenze 2002.

- Walter PEDROTTI, Il grande libro della bioedilizia: dal progetto alla realizzazione, Demetra, Bussolengo 2002.

- Stefano BRUNO, I progetti di bioclimatica e bioedilizia: architettonica, strutture, impianti, fotovoltaico, fitodepurazione e cantieristica, Il sole 24 ore, Milano 2003.

- Giancarlo BUZIO, Materiali e tecniche per costruire la casa ecologica, Gribaudo tempolibro, Colognola ai Colli 2003.

- Karl Ernst LOTZ, La casa bioecologica, AAM Terra Nuova, Firenze 2003.

- Cristina MlCHIELI (a cura di), Guida alla bioedilizia e all'arredamento ecologico, AAM Terra Nuova. Firenze 2003.

- Roberto TENEGGI, Bioarchitettura tra norma e progetto: casi di studio in Emilia Romagna, Edicom, Monfalcone 2003.

- Gian Luca BALDO, Analisi del ciclo di vita LCA - Materiali, prodotti, processi, Edizioni Ambiente, Milano 2005.

- Mario GROSSO. Progettazione ecocompatibile dell'architettura. Concetti e metodi, strumenti d'analisi e valutazione, esempi applicativi: energia, edifici, spazi esterni, suolo, materiali. Sistemi Editoriali, Napoli 2005.

- Dominique GAUZ1N-MULLER, Case ecologiche: i principi, le tendenze, gli esempi. 25 proposte nel mondo, Edizioni Ambiente, Milano 2006.

- Greg PAHL, Riscaldamento naturale della casa, Franco Muzzio Editore, Roma 2006.

- Ugo SASSO, Dettagli per la bioclimatica, Alinea, Firenze 2006.

- Roberto TENEGGI, Bioarchitettura e costruzioni in legno, EdicomEdizioni, Monfacolcone 2006.

- Federico M. BUTERA, Dalla caverna alla casa ecologica. Storia del comfort e dell'energia. Edizioni Ambiente, Milano 2007.

- Walter PEDROTTI, Il libro completo della bioedilizia, Giunti Demetra, Firenze 2007.

2007

- Roberto RIZZO, La casa intelligente: risparmio, tecnologia e comfort, F. Muzio Editore, Roma 2007.

- Ugo SASSO (a cura di), Il nuovo manuale europeo di bioarchitettura, Gruppo Mancosu Editore, Roma 2007.

- Stefano CAPOLONGO. Laura DAGLIO, Ilaria OBERTI, Edificio, sedute, ambiente: tecnologie sostenibili per l'igiene edilizia e ambientale, Ulrico Hoepli. Milano 2007.

- Guido GRAVIANI, Gianfrancesco MINETTO, Enzo NASTATI, Manuale di bioedilizia: architettura e rispetto della natura, EcoLibri, San Giovanni Lupatoto 2008.

- Manfred Hegger, Atlante della sostenibilità e della efficienza energetica degli edifici, UTET, Torino 2008.

- Ugo SASSO (a cura di), Il nuovo manuale europeo di bioarchitettura, Mancosu, Roma 2008.

- Stefano BRUNO, Manuale di bioarchitettura: bioedilizia e fonti alternative di energia rinnovabile, Flaccovio, Palermo 2009.

- Jacopo GASPARI, Dario TRABUCCO, Giovanni ZANNONI, Involucro edilizio e aspetti di sostenibilità. Riflessioni sul comportamento energetico di pareti massive e stratificate iperisolate: performances ambientali ed Embodied Energy, FrancoAngeli, Milano 2010.

- Roberto GIORDANO. I Prodotti per l’edilizia sostenibile. La compatibilità ambientale dei materiali nel processo edilizio, Sistemi Editoriali, Casoria 2010.

- Guido ROCHE, Prontuario operativo per la certificazione energetica: l'edifìcio nuovo, Maggioli, Santarcangelo di Romagna 2011.

- Paolo CRIVELLARO, Guida alle case di legno, Terra Nuova Edizioni, Firenze 2013.

MATERIALE NORMATIVO

Europa

- Direttiva 2002/91/CE del Parlamento Europeo e del Consiglio, del 16 dicembre 2002, sul rendimento energetico nell’edilizia.

- Direttiva 2006/32/CE del Parlamento Europeo e del Consiglio, del 27 aprile 2002, riguardante l’efficienza degli usi finali dell’energia e i servizi energetici e recante l’abrogazione della direttiva 93/76/CEE del Consiglio.

- Direttiva 2009/28/CE del Parlamento Europeo e del Consiglio, del 23 aprile 2009, riguardante la promozione dell’uso dell’energia da fonti rinnovabili, recante modifica e successiva abrogazione delle direttive 2001/77/CE e 2003/30/CE.

- Direttiva 2009/125/CE del Parlamento Europeo e del Consiglio, del 21 ottobre 2009, relativa all’istituzione di un quadro per l’elaborazione di specifiche per la progettazione ecocompatibile dei prodotti che consumano energia, recante riformulazione della direttiva 2005/32/CE.

- Direttiva 2010/31/UE del 18 maggio 2010, sulla promozione del miglioramento della prestazione energetica degli edifici all'interno dell'Unione Europea, recante modifica della direttiva 2002/91/CE sul rendimento energetico nell’edilizia.

- Regolamento 305/2011 del 9 marzo 2011, riguardante l’introduzione di specifiche tecniche aventi lo scopo di rendere maggiormente trasparenti le norme armonizzate della direttiva 89/106/CEE sul miglioramento della libera circolazione sul mercato interno.

- Direttiva 2012/27/UE del 25 ottobre 2012, relativa alla promozione delFefficienza energetica nei Paesi dell’Unione, recante modifica alle direttive 2009/125/CE e 2010/30/UE e abrogazione delle direttive 2044/8/CE e 2006/32/CE.

Italia

-Legge 9 gennaio 1991, n.10, “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”.

- Decreto Legislativo 19 agosto 2005, n. 192, “Attuazione della direttiva 2002/91/CE relativa al rendimento energetico nell’edilizia”.

- Decreto Legislativo 29 dicembre 2006, n. 311, raccoglie le disposizioni correttive ed integrative al Decreto Legislativo 192/2005, relativo al rendimento energetico in edilizia, in risposta agli obiettivi di risparmio energetico dettati dal protocollo di Kyoto, con nuovi limiti e dettagli da rispettare.

- Decreto Ministeriale 26 giugno 2009, n. 158, “Linee Guida Nazionali per la Certificazione Energetica degli Edifici”.

- Legge 23 luglio 2009, n. 99, “Disposizioni per lo sviluppo e Finternazionalizzazione delle imprese, nonché in materia di energia”.

- Decreto Ministeriale 16 febbraio 2011, n. 15, “Recepimento della direttiva 2009/125/Ce sulla progettazione ecocompatibile dei prodotti connessi all'energia”.

- Decreto Ministeriale 22 novembre 2012, n.7, apporta modifiche alle “Linee Guida Nazionali per la Certificazione Energetica degli Edifici”, approvate con il Decreto Ministeriale 26 giugno 2009, n.158.

- Legge 3 agosto 2013, n. 90. “Interventi soggetti a prescrizioni e requisiti energetici”.

Serie UNI

- UNI EN ISO 14024:2001 - Etichette e dichiarazioni ambientali - Etichettatura ambientale di Tipo I - Principi e procedure;

- UNI ISO 14025:2006 - Etichette e dichiarazioni ambientali - Dichiarazioni ambientali di Tipo III -Principi e procedure;

- UNI EN ISO 14040:2006 - Gestione ambientale- Valutazione del ciclo di vita - Principi e quadro di riferimento;

- UNI EN ISO 14044:2006 - Gestione ambientale - Valutazione del ciclo di vita - Requisiti e linee guida.

- UNI 11277:2008, Sostenibilità in edilizia - Esigenze e requisiti di eco compatibilità dei progetti di edifici residenziali e assimilabili, uffici e assimilabili, di nuova edificazione e ristrutturazione.

- UNI/TS 11300-1:2008, Prestazioni energetiche degli edifici – Parte 1: Determinazione del fabbisogno di energia termica dell'edifìcio per la climatizzazione estiva e invernale.

- UNI/TS 11300-2:2008, Prestazioni energetiche degli edifici – Parte 2: Determinazione del

fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione invernale, per la produzione di acqua calda sanitaria, la ventilazione e l'illuminazione.

- UNI/TS 11300-3:2010, Prestazioni energetiche degli edifici – Parte 3: Determinazione del

fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione estiva.

- UNI/TS 11300-4:2012, Prestazioni energetiche degli edifici – Parte 4: Utilizzo di energie

rinnovabili e di altri metodi di generazione per riscaldamento di ambienti e preparazione acqua calda sanitaria.

Regione Piemonte

- Legge regionale 7 ottobre 2002, n. 23, “Disposizioni in campo energetico. Procedure di formazione del piano regionale energetico - ambientale”.

- Legge regionale 28 maggio 2007, n. 13, “Disposizioni in materia di rendimento energetico nell’edilizia; seguono le disposizioni attuative della legge in materia di certificazione energetica, impianti termici, impianti solari termici, impianti da fonti rinnovabili e serre solari e in materia di rendimento energetico nell’edilizia”.

TESI DI LAUREA

- Alessandro ZANZO, La valutazione della sostenibilità ambientale in architettura tramite VEmbodied Energy e l’Impronta Ecologica, tesi di laurea, Facoltà di Architettura II, Politecnico di Torino, A.A. 2010-2011.

- Alessandro CALLEGARI, Il bilancio energetico dell’edificio. Quadro normativo, metodologie di analisi, strumenti per il progetto e valutazioni sul patrimonio edilizio esistente, tesi di laurea, Facoltà di Architettura II, Politecnico di Torino, A.A. 2011 -2012.

- Veronica VALENTINI, Operating energy ed Embodied energy a confronto: caso studio di un edificio residenziale di medie dimensioni, tesi di laurea, Facoltà di Architettura II, Politecnico di Torino, A.A. 2011-2012.

SITOGRAFIA

-www.aItemativasostenibile.it

- ww.architetturaecosostenibile.it

- www.barraebarra.it

- www.bioarchitettura-bioedilizia.it

-www.eplca.jrc.ec.europa.eu - Portale relativo allo studio LCA (Life Cycle Assessment)

- www.formazione.enea.it - Portale relativo alla formazione e all’aggiornamento professionale su energia, ambiente e sviluppo sostenibile.

- www.fsc.org - Portale Forest Stewardship Council (FSC)

- www.iea-shc.org - Portale SHC, Solar Heating & Cooling Programme

- www.leedme.it - Portale del Protocollo LEED

- ww.mygreenbuildings.org - Portale relativo al risparmio energetico ed alla sostenibilità ambientale degli edifici.

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