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La metodologia cost-optimal a supporto della progettazione : valutazione di scenari alternativi tra costi, benefici ed opportunità

Spigliantini, Giorgia

La metodologia cost-optimal a supporto della progettazione : valutazione di scenari alternativi tra costi, benefici ed opportunità.

Rel. Stefano Paolo Corgnati, Cristina Becchio, Marco Luciano. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Architettura Costruzione Città, 2015

Abstract:

SOMMARIO

Nel 1753 M. A. Laurger indaga le origini dell’architettura nel suo “Essai” [1]: inizialmente, l'uomo si trovava senza guide, l’architettura non esisteva, è un’invenzione umana. Essa nasce nel momento in cui l’uomo decide di porre un filtro verso la natura che lo circonda per proteggersi da pericoli, sole, pioggia e vento. L’essere umano non può pensare di agire al di fuori della logica naturale, ma può comprendere e sfruttare a proprio favore le leggi la regolano. Anche un artificio materiale come un edificio non può che sottostare alle leggi di comportamento e funzionamento della natura. Per questo trovo coerente che oggi, in un momento in cui la comprensione e lo sfruttamento delle scienze ha portato l'uomo a mettere in pericolo l’ambiente stesso in cui vive, l’architettura si faccia carico di una responsabilità che, in fin dei conti, rispecchia la sua natura primigenia. Gli edifici sono oggi responsabili, in Europa, di circa il 40% delle emissioni di C02 in ambiente. La rilevanza della questione ambientale è da tempo stata riconosciuta dalle autorità internazionali, che si sono adoperate nell’ottica di una riduzione drastica delle emissioni elaborando piani d’azione e leggi a supporto di questo processo. Il problema investe enormemente, come già accennato, il campo dell’edilizia; dal 2002 ben due direttive europee hanno affrontato il problema e delineato il concetto di Nearly-zero energy Building [2], [3].

Il progetto energetico dell’edificio prevede il governo di diverse variabili caratterizzate da altrettanti gradi d’incertezza. Per questo, sarebbe impossibile tracciare un sommario di problemi e soluzioni progettuali, soprattutto considerando l’univocità che lega ogni edificio al proprio contesto di inserimento. Un altro aspetto non trascurabile del momento storico odierno riguarda la reale fattibilità degli interventi. La crisi economica corrente investe particolarmente il settore edilizio ed obbliga un’accurata valutazione delle alternative progettuali considerandone l’effettiva convenienza. Per questo, la Direttiva sulla prestazione energetica degli edifici EPBD Recast (2010) [2] ha introdotto una metodologia di valutazione delle misure di efficientamento energetico in cui costi e prestazioni vengono considerati simultaneamente. La Cost-optimal Analysis rappresenta lo strumento attraverso cui gli stati membri avrebbero dovuto stabilire i requisiti di prestazione minima degli edifici per le proprie nazioni, definendo quantitativamente il concetto teorico di Nearly-zero Energy Building. In ragione delle potenzialità di questa metodologia, che permette di definire un livello “ottimale” dei costi in funzione delle prestazioni, di recente alcuni studi hanno indagato la possibilità di utilizzarla anche come strumento decisionale tra diversi scenari di progetto energetico dell’edificio. Ovviamente, essendo stata pensata per uno scopo diverso, l’applicazione della metodologia al progetto singolo non è scontata, anzi incoraggia alcune considerazioni critiche che, in molti casi, rendono auspicabile una sua implementazione nell’ottica di includere le specificità che concernono il singolo intervento. Attualmente infatti, l’esclusione di tali specificità fa sì che la Cost-optimal Analysis sia utilizzata prevalentemente a livello teorico-accademico.

Per questo e per le motivazioni suddette, che mi spingono a pensare gli aspetti energetici siano materia immanente all’architettura e non semplici giustapposizioni, l’obiettivo del mio lavoro di tesi è l’adozione di una diversa prospettiva per l’implementazione della Cost-optimal methodology, in direzione di un approccio olistico al progetto energetico dell’edificio. In particolare, si intende assumere la prospettiva del mondo professionale, che potrebbe trarre notevoli benefici operando valutazioni sul progetto architettonico ed energetico dell’edificio considerando anche, fin dalle fasi iniziali, le ricadute economiche delle diverse possibilità.

In questo modo, la Cost-optimal Analysis potrebbe divenire anche uno strumento di dialogo reale tra i diversi attori coinvolti nel processo progettuale (il tecnico, il progettista e l’investitore). Attualmente, questa metodologia è fondata sul calcolo del Costo Globale, che considera l’ammontare dei costi d’investimento iniziale e di esercizio relativi alle diverse soluzioni progettuali analizzate (oltre che il loro valore residuo al termine del periodo di calcolo previsto). Considerando esclusivamente i parametri legati al costo delle diverse misure di efficientamento, la metodologia corrente non adotta la prospettiva del profitto (più propria del mondo professionale attuale): non considera ad esempio i possibili benefìci (anche economici) derivabili dall’adozione delle diverse alternative. In questi termini, l'intervento viene valutato solo parzialmente, essendo evidenti le ricadute che un progetto inteso al miglioramento delle prestazioni energetiche può avere su aspetti compositivi, capacità di inserimento nel mercato immobiliare, cambiamento del comfort dell’ambiente interno ed impatto ambientale.

Un ripensamento della metodologia dovrebbe concentrarsi quindi sull’aggiunta di termini legati al cambiamento di prospettiva suddetto tramite l’introduzione di parametri che adottano una logica di profitto, quindi dei “benefici”, delle ricadute positive economicamente quantificabili. Una prima parte della tesi, quindi, sarà dedicata alla revisione critica della formula di Costo Globale nell’ottica precedentemente esposta.

Avendo strutturato la metodologia, si procederà con la sua sperimentazione tramite un caso studio reale, di cui si analizzano e valutano due scenari di progetto alternativi. La maggiore sfida però, che costituisce anche la maggiore novità in termini di ricerca, è probabilmente costituita dalla proposta di quantificazione dei suddetti benefici (talvolta legati solo indirettamente ad indicatori economici) e la conseguente nuova configurazione della formula del costo globale.

Relators: Stefano Paolo Corgnati, Cristina Becchio, Marco Luciano
Publication type: Printed
Subjects: A Architettura > AO Design
S Scienze e Scienze Applicate > SH Fisica tecnica
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Architettura Costruzione Città
Classe di laurea: UNSPECIFIED
Aziende collaboratrici: UNSPECIFIED
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/4368
Chapters:

INDICE

INTRODUZIONE

Background

Sommario

Indice ragionato del progetto di tesi

PARTE I

CAPITOLO I LA COST-OPTIMAL ANALYSIS: ORIGINE, DESCRIZIONE DELLA METODOLOGIA, UTILIZZO ISTITUZIONALE E PROFESSIONALE

1.1 COST-OPTIMAL ANALYSIS: BACKGROUND POLITICO E TEORICO

1.1.1 ALLE ORIGINI DELL’ENERGY PERFORMANCE OF BUILDING Directive EPBD Directive 2 10 102/91/EC

1.1.2 Breve excursus: l’importanza del settore edilizio per la riduzione delle emissioni del settore edilizio per la riduzione delle emissioni di gas serra in atmosfera

1.1.3 I provvedimenti normativi della Comunità Europea: EPBD Directive [2002/91/EC] ed EPBD Recast [2010/31/EU]

1.1.4 II concetto di Nearly-zero energy building

1.2 Cost-optimal Analysis: la metodologia

1.2.1 La Cost-optimal Analysis come strumento di definizione dei requisiti minimi di prestazione energetica degli edifici a livello nazionale

1.2.2 Calcolo della Delivered Energy e dell’energia primaria

1.2.3 Valutazione economica delle misure: il calcolo del costo globale

1.3 L’utilizzo della Cost-optimal Analysis nel mondo professionale

CAPITOLO II REVISIONE CRITICA DELLA METODOLOGIA

2.1 Analisi critica della metodologia cost-optimal

2.2 Introduzione al tema dei benefits e revisione della formula di Costo Globale

2.2.1 Valore di mercato del bene

2.2.2 Riduzione del livello di inquinanti in ambiente

2.2.3 Miglioramento del comfort degli ambienti

2.2.4 Possibilità di accedere ad incentivi

2.2.5 Opportunità di ridurre il livello di Embodied energy dell’edificio

2.2.6 Proposta di modifica della formula di Costo Globale

2.3 Applicabilità al caso studio reale

PARTE III

CAPITOLO III APPLICAZIONE DELLA COST-OPTIMAL ANALYSIS AL CASO STUDIO REALE: LO SCENARIO AD ALTO INVESTIMENTO

3.1 Stato di fatto e strategia di progetto

3.1.1 Rilievo fotografico dello stato di fatto

3.1.2 Rilievo architettonico dello stato di fatto

3.2 Progetto architettonico dello scenario ad alto investimento

3.3 Progetto energetico dell’edificio in fasi

3.3.1 Obiettivi del progetto architettonico

3.3.2 Progetto dell’involucro

3.3.3 Creazione del modello energetico  

3.3.3.1 II software energy plus

3.3.3.2 Dati iniziali e file climatico

3.3.3.3 Creazione del modello geometrico

3.3.3.4 Creazione delle stratigrafie dei componenti edilizi

3.3.3.5 Ventilazione dell’edificio ed infiltrazioni da involucro

3.3.3.6 Daylighting e luci

3.3.3.7 Elettrodomestici

3.3.3.8 Occupazione degli ambienti

3.3.3.9 Calcolo degli Ideal Loads

3.3.3.10 Calcolo del fabbisogno per acqua calda sanitaria

3.3.4 Progetto degli impianti

3.3.4.1 Scelta dei sistemi impiantistici

3.3.4.2 Installazione di impianti di produzione energia da fonti rinnovabili

3.3. 4.3 Riassunto delle scelte impiantistiche e calcolo dei consumi energetici

3.3.5 Quantificazione del costo globale dell’intervento

3.3.5.1 Calcolo del costo di investimento

3.3.5.2 Calcolo dei costi legati al consumo di energia

3.3.5.3 Calcolo dei costi di manutenzione

3.3.5.4 Calcolo dei costi di sostituzione

3.3.5.5 Calcolo del valore residuo dei componenti

3.3.5.6 Calcolo dei costi relativi alle emissioni di Co2

3.3.5.7 Calcolo del Costo Globale

CAPITOLO IV APPLICAZIONE DELLA COST-OPTIMAL ANALYSIS AL CASO STUDIO REALE: LO SCENARIO A BASSO INVESTIMENTO

4.1 Progetto architettonico

4.2 Progetto energetico dell’edificio in fasi

4.2.1 Obiettivi del progetto energetico

4.2.2 Progetto dell’involucro

4.2.3 Creazione del modello energetico

4.2.3.1 Calcolo del fabbisogno per acqua calda sanitaria

4.2.4 Progetto degli impianti

4.2.4.1 La scelta dei sistemi impiantistici

4.3 Quantificazione del costo globale dell’intervento

4.3.1 Calcolo del costo di investimento

4.3.2 calcolo dei costi legati al consumo di energia

4.3.3 Calcolo dei costi di manutenzione

4.3.4 Calcolo dei costi di sostituzione

4.3.5 Calcolo del valore residuo dei componenti

4.3.6 Calcolo dei costi relativi alle emissioni di C02

4.3.7 Calcolo del costo globale

PARTE III

CAPITOLO V APPLICAZIONE DELLA FORMULA DI COSTO GLOBALE MODIFICATA AL CASO STUDIO REALE

5.1 Calcolo del guadagno dell’attività ricettiva

5.1.1 Calcolo delle tariffe

5.1.2 Calcolo del guadagno annuo previsto

5.1.3 Attualizzazione del guadagno per affitto camere

5.2 Calcolo realistico dei consumi energetici

5.3 Calcolo degli incentivi

5.4 Calcolo del costo globale (con benefits)

CAPITOLO VI ANALISI CRITICA DEI RISULTATI

6.1 Confronto dei progetti architettonici

6.2 Confronto dei progetti di retrofit energetico

6.3 Confronto economico degli scenari

CAPITOLO VII CONCLUSIONI

Bibliography:

BIBLIOGRAFIA PARTE I

[1] M. A. Laurgier, Essai Sur l’Architecture, Chez Duchesne, Parigi, 1753.

[2] EPBD (2002). Directive 2002/91/EC of the European Parliament and of the Council of 16 December 2002 on the energy performance of buildings, Official Journal of the European Union, Brussels, 2002.

[3] EPBD recast (2010). Directive 2010/31/EU of the European Parliament and of Council of 19 May 2010 on the energy performance of buildings (recast), Official Journal of the European Union, Brussels, 2010

[4] BPIE (Buildings Performance Institute Europe), Cost Optimality. Discussing methodology and challenges within the recast Energy Performance of Buildings Directive, BPIE, Brussels, 2010.

[5] European Commission, Communication “A Roadmap for moving to a competitive low carbon economy in 2050”, Brussels, 2011.

[6] Energy Efficiency Plan (2011). Communication fron the commission to the Europe parliament, the council, the european economic and social committee of the regions Energy Efficiency Plan [COM/2011/0109], Official Journal of the European Union, Brussels, 2011.

[7] Energy Efficiency Action Plan 2006. Communication from the Commission - Action Plan for Energy Efficiency: Realising the Potential [COM/2006/0545 final], Official Journal of the Eturopean Union, Brussels, 2006.

[8] DM 26/06/15. Schemi e modalita’ di riferimento per la compilazione della relazione tecnica di progetto ai fini dell’applicazione delle prescrizioni e dei requisiti minimi di prestazione energetica negli edifici.

[9] EN 15459: 2007. Energy performance of buildings - Economic evaluation procedure for energy systems in buildings.

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[11] Ascione F, Cheche N, De Masi RF, Minichiello F, Vanoli GP, Design the refurbishment of historic buildings with the cost-optimal methodology: The case study of a XV century Italian building, Energy and Buildings 2014; 99: 162-176.

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[13] EPBD Guidelines (2012/C 115/01). Guidelines accompanying Commission Delegated Regulation (EU) No 244/2012 of 16 January 2012 supplementing Directive 2010/31/EU of the European Parliament and of the Council on the energy performance of buildings by establishing a comparative methodology framework for calculating cost-optimal levels of minimum energy performance requirements for buildings and building elements, Official Journal of the Eturopean Union, Brussels, 2012.

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[17] BPIE (Building Performance Institute Europe), Delivering article 4 of the Energy Efficiency Directive. In: A guide to developing strategies for building energy renovation, BPIE, Brussels 2013.

[18] US Department of Energy

[19] Gvozdenovic K, Zeiler Ir. W, Maassen Ir. WH, Roadmap to nearly Zero Energy Buildings. Towards nZEBs in 2020 in the Netherlands, Rotterdam, 2014. pp. 47-64.

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[22] UNI EN 15251:2007. Indoor environmental parameters for assessment of energy performance of buildings, addressing indoor air quality, thermal environment, lighting and acoustics.

[23] Cabeza LF, Rincón L, Vilarigno V, Pérez G, Castell A. Life cycle assessment (LCA) and Life cycle energy analysis (LCEA) of buildings and he building sector: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2014; 29:394-416.

PARTE II

[24] Agenzia Energia e Ambiente di Torino, Allegato Energetico-ambientale al regolamento edilizio della città di Torino. Allegato alla deliberazione n. 2010-08963/38, Regione Piemonte, Agosto 2009, Torino.

[25] Città di Torino (Servizio Centrale Consiglio Comunale), Regolamento edilizio Approvato con deliberazione del Consiglio Comunale in data 20 dicembre 2004 (mecc. 2003 08280/038) esecutiva dal 3 gennaio 2005.

[26] UNI TS 11300-1: 2014. Determinazione del fabbisogno di energia termica dell'edificio per la climatizzazione estiva ed invernale.

[27] UNI EN ISO 6946:1996. Componenti ed elementi per l’edilizia - Resistenza termica e trasmittanza termica- Metodo di calcolo.

[28] UNI EN ISO 13370: 2001. Thermal performance of buildings. Heat transfer via the ground-Calcluation Method.

[29] UNI 10339:1995. Air-conditioning systems for thermal comfort in buildings - General, classification and requirements - Offer, order and supply specifications.

[30] UNI 10380:1994. Illuminazione d’interni con luce artificiale.

[31] EN 15232:2012. Energy performance of buildings- Impact of Building Automation, COntrols and Building Management.

[32] UNI EN ISO 7730:2007. Ambienti termici modernati. Determinazione degli indici PMV e PPD e specifica delle condizioni di benessere termico.

[33] UNI TS 11300-2: 2014. Determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda.

[34] Dlgs 28/2011. Attuazione della direttiva 2009/28/CE sulla promozione dell’uso dell’energia da fonti rinnovabili, recante modifica e successiva abrogazione delle direttive 2001/77/CE e 2003/30/CE.

[35] DGR 11969/2009 n. 46-11968. Aggiornamento del Piano regionale perii risanamento e la tutela della qualita’ dell’aria - Stralcio di piano per il riscaldamento ambientale e il condizionamento e disposizioni attuative in materia di rendimento energetico nell’edilizia ai sensi dell’articolo 21, comma 1, lettere a) b) e q) della legge regionale 28 maggio 2007, n. 13 “Disposizioni in materia di rendimento energetico nell’edilizia”.

[36] UNI TS 11300-4:2012. Utilizzo di energie rinnovabili e di altri metodi di generazione per la climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria.

[37] DM 26/06/15. Schemi e modalità di riferimento per la compilazione della relazione tecnica di progetto ai fini dell’applicazione delle prescrizioni e dei requisiti minimi di prestazione energetica negli edifici.

[38] Prezziario delle Opere Edili, Regione Pie-monte, Edizione 2014.

[39] Prezziario della Bioedilizia, Regione Piemonte, Edizione 2014.

[40] Prezziario degli Impianti termici, Regione Piemonte, Edizione 2015.

[41] De Cecconi F, Marcon F, Manutenzione e durata degli edifici e degli impianti, Maggioli Editori, San Marino, 2012.

[42] Chiavari V, Mattozzi A, Progetto B.B&B - Business Pian Bio Bed and Breakfast, Facoltà di Economia Tor Vergata, Roma, 2014.

[43] Direzione Centrale Servizi ai Contribuenti, Ristrutturazioni edilizie: le agevolazioni fiscali, Aprile 2015.

[44] Direzione Centrale Servizi ai Contribuenti, Le agevolazioni fiscali per il risparmio energetico, Gennaio 2015.

[45] DM 11/03/2015. Attuazione dell’articolo 1, comma 24, lettera a) della legge 24 dicembre 2007, n. 244, per la definizione dei valori limite di fabbisogno di energia primaria annuo e di trasmittanza termica ai fini dell’applicazione dei commi 344 e 345 dell’articolo 1 della legge 27 dicembre 2006, n. 296.

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