Uno dei sistemi economici particolarmente significativi nell'economia dell'Unione Europea è quello delle costruzioni: si stima che circa il 10% del PIL (1.305 bilioni di euro) e circa il 7,3% della forza lavoro (13,2 milioni di persone) siano legati ad esso. La produzione di materiali edili, la costruzione, l'uso, la manutenzione e lo smaltimento a fine vita degli edifici, costituiscono una delle principali fonti degli impatti ambientali europei. Nell' Unione Europea il settore delle costruzioni è infatti responsabile di circa il 42% dei consumi finali di energia e del 50% delle materie prime, produce circa il 35% delle emissioni di gas climalteranti e il 50% dei rifiuti. Tali impatti sono attribuibili principalmente al comparto residenziale (che rappresenta circa il 46% del patrimonio edilizio complessivo), ed in misura minore al settore non residenziale (31%) ed all'ingegneria civile (23%). Di conseguenza, il settore delle costruzioni riveste un ruolo chiave per le future strategie di sostenibilità, e dovrà essere oggetto di iniziative di miglioramento quali l'ottimizzazione energetica del sistema edificio-impianto e la minimizzazione degli impatti ambientali connessi alla produzione, impiego e smaltimento dei materiali edili. Se risulta importante definire nuovi parametri per gli edifici di nuova costruzione, dalle percentuali evidenziate risulta ancora più evidente intervenire sul tessuto edilizio esistente mettendo in essere interventi mirati di riqualificazione energetica, riducendo di conseguenza i consumi energetici e le emissioni nell'ambiente.

Quando si parla di consumi energetici si pensa immediatamente ai consumi legati alla fase d'uso dell'edificio e non al suo ciclo di vita completo. L'impatto ambientale dì un edificio, come sarà dimostrato in questa tesi, si estende oltre la fase d'uso comprendendo anche l'energia impiegata per l'estrazione delle materie prime, per la produzione dei materiali di cui esso è costituito, così come l'energia spesa per la fase di demolizione fino allo smaltimento dei rifiuti in discarica a fine vita.

Si deduce quindi che per ottenere un'analisi energetica completa di un edificio, durate tutto il suo ciclo di vita, deve essere analizzata sia l'energia impiegata per il funzionamento dell'edificio, cioè l'energia diretta, sia quella impiegata per la realizzazione materiali che lo compongono, che potremmo semplicemente chiamare energia indiretta: la prima è quella riferita alla fase d'uso dell'edificio ed impiegata principalmente per il riscaldamento dell'edificio stesso, più propriamente detta "Operating Energy" (OE), la seconda invece viene definita "Embodied Energy" (EE) e si riferisce al fabbisogno di energia primaria utilizzata nel processo di produzione dei materiali costituenti l'edificio. L'energia totale necessaria nell'intero ciclo di vita di un edificio, cioè il suo Bilancio Energetico, comprende quindi sia la quantità di Operating Energy (OE) sia la quantità di Embodied Energy (EE).

La scelta dei materiali da costruzione, la scelta del sistema costruttivo e le scelte progettuali di un edificio sono di fondamentale importanza quindi per l'efficienza energetica di un edificio nel suo intero ciclo di vita; in specifico, nei processi di riqualificazione energetica dell'esistente, risultano di particolare importanza le scelte progettuali legate alla scelta dei materiali di involucro, essendo questo il maggior responsabile delle dispersioni termiche negli edifici e conseguente variazione della classe energetica.

Il termine riqualificazione energetica non è codificato ma con esso si intendono tutte le operazioni, tecnologiche e gestionali, atte al conferimento di una nuova o superiore qualità prestazionale delle costruzioni esistenti dal punto di vista dell'efficienza energetica, volte cioè alla razionalizzazione dei flussi energetici che intercorrono tra sistema edificio (involucro e impianti) ed ambiente esterno.

Il concetto di riqualificazione energetica dell’esistente - correlato a quello di sostenibilità del costruito - è promosso a livello internazionale da politiche che individuano nella necessità di un sostanziale cambiamento nel modo di costruire, di gestire e di manutenere gli edifici esistenti, la chiave di volta per la salvaguardia dell'ambiente e per la tutela della salute e del benessere dell'uomo. Un'intensa attività di legislazione e di redazione di norme tecniche sul rendimento energetico del costruito, definisce parametri di efficienza sempre più restrittivi imponendo interventi di adeguamento del patrimonio esistente a standard prestazionali più elevati.

Gli interventi principali, in grado di garantire un retrofit vantaggioso, interessano il sistema tecnologico, la gestione energetica dell'edifìcio e quello per la progettazione dell'involucro. Essi riguardano fondamentalmente:

- il miglioramento delle prestazioni dell'involucro edilizio {incremento dell'isolamento termico, sostituzione dei serramenti, installazione di idonei sistemi di schermatura solare...);

- la sostituzione di componenti obsoleti degli impianti di climatizzazione invernale e di illuminazione con altri più efficienti dal punto di vista energetico e con minore impatto sull'ambiente in termini di emissioni prodotte;

- l'utilizzo dell'energia gratuita del sole per la produzione di energia elettrica (pannelli fotovoltaici) e termica (collettori solari);

- la corretta gestione della ventilazione naturale e del raffrescamento passivo al fine di limitare la diffusione di impianti di condizionamento estivo, responsabili dell'incremento dei consumi elettrici; - la revisione della contrattualistica inerente ai servizi energetici (meccanismi di incentivi / disincentivi finanziari);

- l'introduzione di sistemi di contabilizzazione individuale dell'energia per la sensibilizzazione alla riduzione dei consumi.

L'Unione Europea ha preso molto sul serio questa sfida, a partire dalla Direttiva 302/91/CE che ha introdotto precisi obiettivi in termini di rendimento energetico e l'obbligo della certificazione degli edifici nuovi e nelle compravendite degli esistenti. Poi l’UE si è spinta oltre, con la nuova Direttiva 31/2010, dove si definisce un'accelerazione ancora più forte rispetto alle precedenti normative verso uno scenario nel quale il peso dei consumi energetici legati al settore delle costruzioni si dovrà ridurre significativamente: dal 1° gennaio 2019 infatti tutti i nuovi edifici pubblici costruiti in Paesi dell'Unione Europea, e dal 1° gennaio 2021 tutti quelli nuovi privati, dovranno essere "neutrali" da un punto di vista energetico, ossia garantire prestazioni di rendimento dell'involucro tali da non aver bisogno di apporti per il riscaldamento e affresca mento oppure dovranno soddisfarli attraverso l'apporto di fonti rinnovabili. Questi obiettivi richiedono una crescita ed una maggiore diffusione delle competenze, la sperimentazione e la definizione di protocolli e regole certe.

Il concetto di riqualificazione energetica dell'esistente - correlato a quello di sostenibilità del costruito - è promosso a livello internazionale da politiche che individuano nella necessità di Sono proprio le prestazioni dell'involucro edilizio del caso studio analizzato in questa tesi che sono state oggetto di valutazione e confronto in quanto hanno direttamente influito sul miglioramento della Classe Energetica dell'edificio; analizzando il rapporto tra il fabbisogno energetico dei materiali (in particolare dell' involucro) impiegati per la riqualificazione dell'edificio e l'abbattimento del fabbisogno energetico per il riscaldamento si sono fatte alcune considerazioni. L'impiego di determinati materiali di involucro può certamente ridurre la richiesta di energia per il riscaldamento dell'edificio, ma potrebbe far crescere la quantità di Embodied Energy e degli impatti ambientali dovuti al trasporto degli stessi. È 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.

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 l'Operating Energy e Embodied Energy come conseguenza di differenti tipologie di interventi di riqualificazione energetica. Lo studio effettuato in questa tesi dì laurea si focalizza su Operating Energy ed Embodied Energy nel ciclo di vita limata di 70 anni, senza considerare le fasi di smaltimento e riciclaggio, in quanto la misurazione dell'embodied energy riferita a queste fasi, è molto complessa e richiede molto tempo per essere effettuata.

Per questo lavoro è stato effettuato uno studio su una villetta di due piani, risalente agli anni 70, in provincia di Torino. L'edificio a pianta pressoché quadrata è di 2 piani fuori terra, presenta una cantina al piano interrato, il sottotetto non abitabile, vani scala interni ed ha superficie utile riscaldata di 157,5 m2. Per realizzare il Bilancio Energetico totale dell'edificio allo stato di fatto e riqualificato, si è calcolato il fabbisogno di energia primaria dell'edificio (FEP) o Operating Energy (OP)7 utilizzando il software gratuito DOCET, realizzato da ITC-CNR, il Contenuto di Energia Primaria da fonti non rinnovabili (CEPFNR) o Embodied Energy (EEFNR)8, e da fonti rinnovabili (CEPFR) o (EEFR) sulla base dell'ultimo Report Tecnico della Normativa UNI 11277 - Sostenibilità in Edilizia. Sia dal punto di vista del calcolo del Contenuto di Energia Primaria (CEP o EE), sia per il calcolo del fabbisogno di energia primaria (FEP o OP) sono stai esaminati 7 scenari in cui si è intervenuti modificando l'isolamento dell'involucro riscaldato tramite varie tipologie di materiali per cappotto termico, isolamento dei solai sotto tetto e piano terra, differenti serramenti, ed in un caso anche con il processo di isolamento per insufflaggio. Per tutte le soluzioni si sono mantenute costati le trasmittanze termiche al fine di ottenere solo una Classe Energetica corrispondente agli interventi di riqualificazione.

Per quanto riguarda il calcolo dell' Embodied Energy è stato calcolato il contenuto di energia primaria dei singoli elementi tecnici che compongono l'edificio e più nello specifico, questo valore è stato calcolato per i singoli materiali componenti le varie stratigrafie. Il valore di EE 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 (EEPEE70) dell'intero edificio riferito ai 70 anni del ciclo di vita, classificandolo sempre secondo la normativa UNI 11277.

L'edificio ed il suo progetto di riqualificazione non fa parte di un caso studio teorico ma di un intervento effettivamente realizzato ad opera di una società di architettura, Verde Mattone s.r.l. con sede operativa a Torino. Grazie alla collaborazione con liberi professionisti che toccano con mano le problematiche di un intervento reale è stato possibile avere anche indicazioni di massima su un aspetto che solitamente la formazione universitaria mette da parte, i costi. Quindi, se la tesi dimostrerà che dal confronto tra i valori di EE e di OE la quota di EE non è assolutamente trascurabile nel Bilancio Energetico globale degli edifici, mostrerà anche che le proposte di intervento a minor impatto ambientale (cioè basso valore di EE) risultano essere economicamente più svantaggiose e quindi meno realizzabili.

Ancora molta strada si deve compiere perché un intervento edilizio risulti sostenibile sia dal punto di vista ambientale che economico ma alla luce dei recenti interessi in questo ambito, Sia del mondo della ricerca che di quello di Stati ed industria, rimango fiducioso che almeno la "retta via" sia stata intrapresa.

1.2.3. La classificazione energetica nazionale

1.2.4. I soggetti certificatori

1.2.5. Quadro di riferimento normativo in regione Piemonte

1.3. La Direttiva 2010/31/UE sulla prestazione energetica in edilizia

1.4. La Direttiva 2009/125/CE: progettazione eco-compatibile dei prodotti connessi all'edilizia

1.5. Il Regolamento 305/2011

1.6. L'"Energia Inglobata" negli elementi edilizi e le direttive europee

2° Parte - Quadro di riferimento metodologico: Il bilancio energetico dell'edificio

2.1. Net Zero Energy Building: criteri per l'analisi energetica del processo edilizio

2.2. Il rapporto tra Embodied Energy e Operating Energy: ricerche internazionali

2.2.1. L'Embodied Energy ed il Bilancio Energetico dell'edificio: definizioni

3° Parte - Quadro di riferimento operativo: Gli strumenti per l'analisi energetico-ambientale dell'edificio e degli elementi che lo compongono

3.1. Strumenti per l'analisi energetica degli edifici: determinazione dell'Operating Energy (OP)

3.2. Strumenti per l'analisi energetica degli elementi di un edificio: determinazione dell'Embodied Energy (EE)

4° Parte - Caso studio: Riqualificazione energetica di un edificio esistente

4.1. Caratteristiche morfologico-costruttive

4.1.1. L'analisi energetica e le ipotesi di riqualificazione energetica

4.1.2. Soluzioni progettuali e relativi costi

4.2. Embodied Energy e Operating Energy a confronto

4.3. Conclusioni

Bibliografia

Allegati

1 - Stratigrafie degli scenari del caso studio

2 - Excel di calcolo degli scenari del caso studio

- C. Benedetti, a cura di, Materiali isolanti - Appunti per la progettazione e la posa in opera, Edizioni Bolzano University Press, Bolzano, 2010

- G. Franco, Riqualificare l'edilizia contemporanea, FrancoAngeli, Milano, 2003

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

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

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

- L. Malighetti, Recupero edilizio e sostenibilità, ilSole24ore, Milano, 2004

- L. Raimondo, G.Mutani, C.Massaia, La procedura di certificazione energetica: dal sopralluogo attestato, Maggioli Editore, Repubblica di San Marino, 2010

- M. Rizzi (a cura di), Consigli di risparmio energetico per gli edifici esistenti, Provincia di Udine, 2006

Articoli

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- 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. K. Dixit, J.L. Fernandez-Solis Lavy, C. H. Culp, Identification of parameters for embodied energy measurement: A literature review, in: Energy and Buildings, N.42, 2010, pp.l238-1247

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

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

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- A. Zöld-Zs Szalay, What is missing from the concept of the new European Building Directive?, in: Building and Environment, n.42, 2007, pp. 1761-1769

Siti Internet

http://www.agenziacasaclima.it, Portale dell'agenzia CasaClima di Bolzano

http://www.anit.it, Associazione nazionale per l'isolamento termico e acustico

http://www.docet.itc.cnr.it/, Software di certificazione e diagnosi energetica degli edifici

residenziali esistenti

http://www.casaeclima.com/, Portale sull'efficienza energetica e la sostenibilità degli edifici

http://www.itaca.org/, Istituto per l'innovazione e la trasparenza degli appalti e la compatibilità ambientale

http://www.sciencedirect.com/, Principale fonte mondiale per la ricerca di testi scientifici