polito.it
Politecnico di Torino (logo)

Metodi e strumenti per la valutazione ambientale degli edifici. Confronto tra sistemi costruttivi convenzionali e naturali in un edificio residenziale

Budau, Ema Madalina

Metodi e strumenti per la valutazione ambientale degli edifici. Confronto tra sistemi costruttivi convenzionali e naturali in un edificio residenziale.

Rel. Roberto Giordano, Francesca Thiebat, Valentina Serra, Tiziana Monterisi. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Architettura Per Il Progetto Sostenibile, 2017

Abstract:

Il lavoro di Tesi consiste nell’applicazione ad un caso studio di metodi e strumenti per la valutazione ambientale degli edifici. Nello specifico il lavoro si articola in 3 parti:

•Nella prima parte si indagano le proprietà della paglia, evidenziandone le possibilità di impiego nella costruzione

•Nella seconda parte viene presentato il caso studio, rispetto al quale si descrivono la soluzione progettuale in legno-paglia di riso e le ipotesi costruttive di confronto

•Nella terza parte si effettua un confronto tra soluzioni costruttive sulla base della compatibilità ambientale e dell’efficienza energetica

La Tesi si basa su alcuni obiettivi specifici che includono:

1.La valutazione energetico-ambientale dell’edificio in legno-paglia di riso

2.Il confronto fra la soluzione progettuale in legno-paglia di riso con due ipotesi costruttive in materiali convenzionali rispetto a fabbisogni primari dell’edificio in fase d’uso, impatti ambientali associati al ciclo di vita edilizio e tempi di costruzione dell’edificio

3.Le potenzialità d’uso di strumenti e risultati nella progettazione

L’edificio oggetto di analisi è una residenza vincitrice del Premio Sostenibilità 2017 nella categoria Restauro, realizzata dallo studio dell’arch. Monterisi nel comune di Chamois, a 1.800 m di altezza. Data l’impossibilità di accesso ai mezzi su gomma, il trasporto è in parte avvenuto per mezzo dell’elicottero, impiegato per gli elementi del rustico e i serramenti.

Per l’analisi del caso studio si è scelto di utilizzare metodi di tipo analitico e comparativo: i primi sono finalizzati al calcolo degli indicatori di prestazione energetica ed ambientale degli edifici, i secondi sono indirizzati al confronto parametrico rispetto all’edificio in legno-paglia di riso. Lo studio si è basato sul calcolo di 10 indicatori di carattere energetico ed ambientale, di cui 5 particolarmente significativi in quanto indicatori ad effetto globale; questi ultimi includono:

1.L’Embodied e l’Operational Energy, legati ai fabbisogni energetici primari dell’edificio

2.L’Embodied e l’Operational Carbon, associati alle emissioni di CO2 prodotte dall’edificio nel suo ciclo di vita

3.Il Water Footprint, relativo al fabbisogno idrico dell’edificio nel suo ciclo di vita

Per quanto riguarda gli strumenti utilizzati, è possibile distinguere tra software e fogli di calcolo elettronici. I primi includono gli applicativi etoolLCD e SimaPro, finalizzati alla valutazione dell’impatto ambientale degli edifici, i secondi comprendono fogli per il calcolo dei fabbisogni energetici utili dell’edificio, dei parametri termici dinamici e delle emissioni di CO2 associate al ciclo di vita edilizio.

Ai fini dell’analisi si è scelto di considerare due criteri di confronto: il primo relativo al sistema costruttivo dell’edificio (in legno-paglia di riso, laterocemento e legno-lana di roccia), il secondo riferito alla vita utile dell’edificio, pari a 50, 70 e 100 anni. Si giunge in tal modo a definire 9 scenari di confronto: 3 per ciascun sistema costruttivo in esame. Una volta definiti gli scenari di studio, si è provveduto al calcolo della Building Energy Analysis (BEA) e della Building Carbon Analysis (BCA). La BEA, espressa in rapporto ai m2 di superficie utile di pavimento, è data dalla somma degli indicatori di fabbisogno energetico primario rispetto alla fase iniziale (EEI), alla fase d’uso (OE), alla fase di manutenzione (EER) ed al fine vita dell’edificio (EEFD). I risultati della BEA evidenziano come i valori più alti di fabbisogno energetico si associno alla fase di produzione e alla fase d’uso, a cui fanno seguito i contributi associati alle fasi di trasporto iniziale e di costruzione, rispetto alle quali una fonte di notevole impatto è costituita dal trasporto in elicottero. In modo analogo alla BEA, la BCA è data dalla somma dei vettori ambientali associati alla fase iniziale (ECI), alla fase d’uso (OC), di manutenzione (ECR) e di fine vita dell’edificio (ECFD) ed è anch’essa espressa in rapporto ai m2 di superficie utile di pavimento. In tal caso, per le due soluzioni costruttive in legno l’impatto ambientale maggiore è dato dalle fasi di trasporto e costruzione, mentre per quanto riguarda l’edificio in laterocemento è la fase di produzione a impattare maggiormente sull’ambiente.

In conclusione, i risultati ottenuti mostrano come la soluzione progettuale in legno-paglia sia quella maggiormente sostenibile dal punto di vista energetico, ambientale e di ottimizzazione dei tempi di cantiere. La Tesi affronta inoltre in modo completo il tema della valutazione energetico-ambientale degli edifici, grazie all’impiego dei software etoolLCD e SimaPro, che permettono di valutare l’impatto ambientale dell’edificio in tutte le fasi del suo ciclo di vita.

Per ulteriori informazioni contattare:

Ema Madalina Budau, emabudau@mail.com

Relatori: Roberto Giordano, Francesca Thiebat, Valentina Serra, Tiziana Monterisi
Tipo di pubblicazione: A stampa
Soggetti: A Architettura > AO Progettazione
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Architettura Per Il Progetto Sostenibile
Classe di laurea: NON SPECIFICATO
Aziende collaboratrici: NON SPECIFICATO
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/6259
Capitoli:

INDICE

Glossario

1. Introduzione

1.1 Struttura dell'elaborato

1.2 Obiettivi

1.3 Metodi e strumenti

PARTE I - PAGLIA DA CEREALI AUTUNNO-VERNINI & PAGLIA DI RISO IN EDILIZIA

2. La paglia

2.1 La paglia di riso

2.1.1 La produzione teorica di risone

2.1.2 La produzione di riso nel mondo

2.1.3 La produzione di riso in Italia

2.1.4 II concetto di filiera

2.2 Le proprietà delle costruzioni in paglia

2.2.1 L'isolamento termico

2.2.2 L'isolamento acustico

2.2.3 La resistenza all'umidità

2.2.4 La resistenza ai carichi

2.2.5 La resistenza al sisma

2.2.6 La resistenza al fuoco

2.2.7 La durabilità nel tempo

2.3 I sistemi e le tecniche costruttive in paglia

2.3.1 La storia delle costruzioni in paglia

2.3.2 Le balle in paglia

2.3.3 II metodo Nebraska

2.3.4 II metodo "pilastro e trave".

2.3.5 II metodo Gagnè

2.3.6 II metodo Greb

2.3.7 I metodi ibridi

2.3.8 II metodo CST ("cella sotto tensione")

2.3.9 II sistema CASACALIDA

2.3.10 II sistema PAILLE-TECH

2.3.11 II sistema ALTAR

2.3.12 I pannelli in paglia

2.3.13 I moduli prefabbricati

2.3.14 Gli interventi sull'esistente

2.4 Alcuni progetti recenti

2.5 Miti da sfatare

2.5.1 II rischio di muffa e condensa

2.5.2 L'attacco di insetti e roditori

2.5.3 Allergie

PARTE II - EDIFICIO IN LEGNO-PAGLIA DI RISO A CHAMOIS

3. Il Contesto di studio

3.1. La Valle d'Aosta

3.2 La Valtournenche e il comune di Chamois

3.3 L'edificio preesistente

3.3.1 I dissesti

4. L'edificio in progetto

4.1 Brief di progetto

4.2 Proposta progettuale

4.3 Messa in opera

4.4 Soluzioni stratigrafiche e prestazioni di involucro

4.5 Fabbisogni energetici in fase d’uso

4.6 Valori limite e Classe energetica dell'edificio

5. Confronto tra soluzione in legno-paglia e sistemi costruttivi convenzionali

5.1 Sistema costruttivo in laterocemento

5.1.1 Ipotesi progettuale

5.1.2 Ipotesi di predimensionamento strutturale

5.1.3 Ipotesi di messa in opera

5.1.4 Ipotesi stratigrafiche e prestazioni di involucro

5.1.5 Fabbisogni energetici in fase d'uso

5.1.6 Valori limite e Classe energetica dell'edificio

5.2 Sistema costruttivo in legno-lana di roccia

5.2.1 Ipotesi progettuale

5.2.2 Ipotesi di messa in opera

5.2.3 Ipotesi stratigrafiche e prestazioni di involucro

5.2.4 Fabbisogni energetici in fase d'uso

5.2.5 Valori limite e Classe energetica dell'edificio

5.3 Confronto tra prestazioni di involucro

5.3.1 Pareti perimetrali

5.3.2 Copertura

5.3.3 Solaio contro terra

5.4 Confronto tra fabbisogni energetici in fase d'uso

5.5 Confronto tra costi di costruzione

5.5.1 Pareti perimetrali

5.5.2 Copertura

5.5.3 Solaio contro terra

5.6 Confronto tra tempi di costruzione

PARTE III-VALUTAZIONE AMBIENTALE DELL'EDIFICIO IN LEGNO-PAGLIA & CONFRONTO CON IPOTESI COSTRUTTIVE IN MATERIALI CONVENZIONALI

6. Valutazione del ciclo di vita in ambito edilizio

6.1 II concetto di ciclo di vita

6.2 L'applicazione del ciclo di vita all'ambito edilizio

6.3 Gli obiettivi della Life Cycle Assessment

6.4 Le fasi della Life Cycle Assessment

6.5 Standard tecnico di riferimento

6.6 Potenzialità e limiti della Life Cycle Assessment

6.7 Lo stato dell'arte in Italia e nel mondo

7. Obiettivi e scopo della valutazione

7.1 Definizione degli obiettivi

7.2 Confini del sistema

7.3 Unità funzionale

8. Analisi di inventario

8.1 Metodi di allocazione

8.2 Analisi di inventario per l'edificio in legno-paglia

8.3 Analisi di inventario per l'edificio in laterocemento

8.4 Analisi di inventario per l'edificio in legno-lana di roccia

9. Analisi degli impatti

9.1 Indicatori di impatto ambientale

9.2 Metodi di caratterizzazione

10. Interpretazione dei risuItati

10.1 Risultati per l'edificio in legno-paglia con vita utile di 50 anni

10.1.1 Fabbisogno di fonti di energia rinnovabile dell'edificio

10.1.2 Valori di impatto ambientale dell'edificio

10.1.3 Building Energy Analysis & Building Carbon Analysis dell'edificio in legno-paglia

10.1.4 Confronto con fabbisogno di fonti energetiche rinnovabili dell'edificio in laterocemento

10.1.5 Confronto con valori di impatto ambientale dell'edificio in laterocemento

10.1.6 Building Energy Analysis & Building Carbon Analysis dell'edificio in laterocemento

10.1.7 Confronto con fabbisogno di fonti energetiche rinnovabili dell'edificio in legno-lana di roccia

10.1.8 Confronto con valori di impatto ambientale dell'edificio in legno-lana di roccia

10.1.9 Building Energy Analysis dell'edificio in legno-lana di roccia

10.1.10 Confronto fra soluzioni costruttive analizzate in riferimento ad una vita utile di 50 anni

10.2 Risultati per l'edificio in legno-paglia con vita utile di 70 anni

10.2.1 Confronto con valori di impatto ambientale dell'edificio in laterocemento

10.2.2 Confronto con valori di impatto ambientale dell'edificio in legno-lana di roccia

10.2.3 Confronto fra soluzioni costruttive analizzate in riferimento ad una vita utile di 70 anni

10.3 Risultati per l'edificio in legno-paglia con vita utile di 100 anni

10.3.1 Confronto con valori di impatto ambientale dell'edificio in laterocemento

10.3.2 Confronto con valori di impatto ambientale dell'edificio in legno-lana di roccia

10.3.3 Confronto fra soluzioni costruttive analizzate in riferimento ad una vita utile di 100 anni

10.4 Confronto tra strumenti di valutazione delle emissioni di gas serra prodotte in fase di dismissione dell'edificio: eTool vs. Carbon Calculator.

11. Confronto parametrico tra edifici

12. Conclusioni

12.1 Confronto di sintesi tra soluzioni costruttive

12.2 Approccio del presente lavoro alla progettazione

Appendici

Appendice 1. Strumenti per la valutazione della compatibilità ambientale degli edifici

1.1 eToolLCD

1.2 SimaPro

Appendice 2. Strumenti per la certificazione energetica e la valutazione ambientale degli edifici

2.1 Building Energy Analysis (BEA) & Building Carbon Analysis (BCA)

Appendice 3. Fogli di calcolo per la determinazione delle prestazioni termiche e dei fabbisogni energetici degli edifici

3.1 Foglio di calcolo dei parametri termici dinamici e della prestazione igrotermica dei componenti edilizi

3.2 Foglio per il calcolo del fabbisogno di energia termica utile dell'edificio

Appendice 4. Fogli per il calcolo delle emissioni di gas serra associate ai processi di costruzione e dismissione degli edifici

4.1 Foglio di calcolo "Carbon Calculator of Construction and demolition Waste"

Note

Bibliografia

Ringraziamenti

Allegati

Bibliografia:

Albano, J. R. e C. Talamo (2008), La manutenzione degli edifici: 250 schede pratiche, Napoli.

Anderson, J., D. Shiers e K. Steele (2009), The Green Guide to Specification: An Environmental Profiling System for Building Materials and Components, 4th Edition, Wiley-Blackwell.

APROPAILLE (2011), La paille, projet construits - Vers une reconnaissance de la paille comme matériau isolant dans la construction, Vadémécum 3, Vallonla, Belgio.

Associazione Svizzera Inquilini della Svizzera tedesca (MV) e Associazione Svizzera dei Proprietari Immobiliari (HEV Schweiz) (2017), Tabella della durata di vita, Massagno.

Basbagill, J. P. (2013), Integration of life cycle assessment and conceptual building design, Università di Stanford, USA.

Beck, A., U. Heinemann, M. Reidinger e J. Fricke (2004), "Thermal transport in straw insulation",\nJournalof Building Physics, 27:227-234, DOI: 10.1177/1097196304039831.

Blengini, G. A. e M. Busto (2008), "The lifecycle of rice: LCA of alternative agri-food chain management systems in Vercelli (Italy)", in Journal of Environmental Management, 90:1512-1522, DOI: 10.1016/j.jenvman.2008.10.006.

Blengini, G. A. e T. Di Carlo (2009), "The changing role of life cycle phases, subsystems and materials in the LCA of low energy buildings", in Energy and Buildings, 42:869- 880, DOI: 10.1016/j.enbuild.2009.12.009.

Bocco, A. (2013), Werner Schmidt architekt, Vienna.

Butchart, T. (1994), "Doesn't it Rot?", in The Last Straw Journal, 8:6.

Canever, A. (2008), "Il riso - Utilizzazione - Lavorazione e sottoprodotti", in A. Ferrero (a cura di), Coltura & Cultura, Bayer CropScience, 536-561.

Cereghini, M. (1950), Costruire in montagna, Del Milione, Milano.

Colombo, A., P. Garbuglio e G. Gianazza (2003), Villaggi delle Alpi, Idea Libri, Almen.

Corum, N. eJ.Goodall (2005), Building a Straw Baie House: The Red Feather Construction Handbook, New York.

Ding, G. e C. Langston (2011), Sustainable Practices in the Built Environment, New York.

Donovan, D., R. Pis e S. Elfass (2016), "Seismic Response of Innovative Straw Bale Wall Systems and System Identification", in ResearchGate.net. https://www.researchgate.net/publication/268402850

El khouli, S., V. John e M. Zeumer (2015), Sustainable Construction Techniques, From structural design to interior fit-out: Assessing and improving the environmental impact of buildings, Monaco.

ENAMA (Ente Nazionale Meccanizzazione Agricola) (2011), "Capitolo 1 - Caratteristiche tecniche delle biomasse e dei biocombustibili", in Biomasse ed Energia - parte 1, Roma.

FASBA (Fachverband Strohballenbau) (2009), Thermal performance: straw bale building research development 2003-2009, Germania.

FAO (Food and Agriculture Organization of the United States) (2017), Rice Market Monitor (RMM), vol. 20, n. 2, USA.

Ghailene, B.-A. (1993), Straw Bales and Straw-Bale Wall Systems, Università dell'Arizona, Tucson.

Giordano, R., G. Scudo e M. Grosso (2010), I prodotti per l'edilizia sostenibile. La compatibilità ambientale dei materiali nel processo edilizio, Napoli.

Gruber, A. e H. Gruber (2000), Costruire in Paglia, Okobuch-Verlag, Staufen.

Guine'e, J., R. Heijungs e G. Huppes (2004), "Economic Allocation: Examples and Derived Decision Tree", in The International Journal of Life Cycle Assessment, 9:23-33. https://doi.org/10.1007/BF02978533

IBO (Austrian Institute for Healthy and Ecological Building) (2011), Guidelines to calculating the 013 indicators, v.2.2, Vienna.

Jones, B. (2006), Costruire con le balle di paglia. Manuale pratico per la progettazione e la costruzione, S. Soldati (a cura di), Terra Nuova Edizioni, Firenze.

King, B. (2003), "Load-bearing straw bale structures - A summary of testing and experience to date", in EBNet (Ecological Building Network). https://www.ecobuildnetwork.org/images/straw_bale_papers/Load-Bearing_SB_Construction_King_2003.pdf

King, B. (2006), Design of Straw Bale Buildings: The State of the Art, Green Building Press, San Rafael, California.

Lavagna, M., D. Mondini e M. Paleari (2011), Murature ad alte prestazioni - Valutazioni termiche, acustiche, ambientali ed economiche di soluzioni dì involucro in laterizio, Maggioli Editore, Milano.

Lechi, G. (2010), Prefabbricato in paglia - Una filiera sostenibile, Tesi di Laurea in Architettura e Società, a.a. 2009/2010, Politecnico di Milano.

McCabe, J. (1998), "The thermal insulating value of straw bale for construction", Proceedings of the national passive solar conference, Albuquerque, in Journal of Solar Energy Engineering, 23:139-142.

Maggio, R. (2017), "Scende la superficie coltivata a risaia - C'è chi getta la spugna", in La Stampa di Cuneo, 07 agosto 2017.

Magwood, C., P. Mack e T. Therrien (2005), More Straw Bale Buildings -A Complete Guide to Designing and Building with Straw, New Society Publishers.

Masoni, P. ed E. Scimia (1999), Life Cycle Assessment : sviluppo di indicatori specifici per l'Italia per la fase di valutazione d'impatto, ENEA, Roma.

Minke, G. e F. Mahlke (2005), Building with Straw: Design and Technology of a Sustainable Architecture, Basel-Berlin-Boston.

Morel, P., L. Poncet e L-M. Rivière (2000), Les supports de culture horticoles, INRA (Institut National de la Recherche Agronomique), Editions Quae, Parigi.

Neri, P. (2008), Verso la valutazione ambientale degli edifici - Life Cycle Assessment a supporto della progettazione eco-sostenibile, Alinea Editrice, Firenze.

Oddo, A. (2005), "Vetrina a Bolzano", in Case Passive, n. 265, giugno 2005.

Perret, J. e C. Talamo (2001), Guida alla manutenzione degli edifici: 308 schede tecniche su frequenze e modalità di intervento, Rimini.

Piovesan, E. (2005), Costruire con la paglia, Tesi di Laurea in Architettura, a.a. 2004- 2005, IUAV (Istituto Universitario di Architettura di Venezia).

Popescu, C., K. Phaobunjong e N. Ovararin (2003), Estimating Building Costs, New York.

Provincia di Vercelli (2014), Paglia di riso - problema o risorsa?, APEVV (Agenzia Provinciale per l'Energia del Vercellese e della Valsesia), Vercelli.

Regione Autonoma Valle d'Aosta - Assessorato del Turismo, Urbanistica e Beni Culturali (1996), Valle d'Aosta, Guide De Agostini, Camponogara.

Rey, F.J., E. Velasco e F. Varela (2007), "Building Energy Analysis (BEA): A methodology to assessbuilding energy labelling", in Energy and Buildings, 39:709-716. DOI: 10.1016/j.enbuild.2006.07.009.

Ronc, M. C. (2000), Sguardi discreti - Espressioni d'arte fotografica 1999-2000, Arti Grafiche DUC, Chamois.

SETAC (Society of Environmental Toxicology and Chemistry) (1993), "Guidelines for Life-cycle Assessment: A "code of Practice" from the SETAC Workshop Held at Sesimbra, Portugal, 31 March - 3 April 1993", in Environmental Science and Pollution Research, 1:55-55. DOI: https://doi.org/10.1007/BF02986927.

Simonen, K. (2014), Life Cycle Assessment, Washington.

Soardo, G. P., L. Dematteis ed A. Mistrangelo (2010), Architettura rurale in Valle d'Aosta, Priuli e Verlucca editori, Scarmagno.

Sorbi, M. (2017), "La guerra del riso: quello padano rischia l'estinzione", in II Giornale, 19 luglio 2017.

Staniforth, A. R. (1979), Cereal straw, Clarendon press, Oxford.

Steen, A., B. Steen, D. Bainbridge e D. Eisenberg (1994), Le case in paglia, Vermont.

Summers, M.D., S.L. Blunk e B.M. Jenkins (2003), "How Straw Decomposes", in EBNet (Ecological Building Network), 12 agosto 2003. https://www.ecobuildnetwork.org/images/straw_bale_papers/How_Straw_Decomposes_Summers_et_al_2003.pdf

Udo De Haes, H. A., O. Jolliet, G. Finnveden, M. Hauschild, W. Krewitt e R. Muller-Wenk (1999), "SETAC-Europe: Second working group on LCIA (WIA-2) - Best available practice regarding impact categories and category indicators in life cycle impact assessment", in The International Journal of Life Cycle Assessment, 4:167-174. DOI: https://doi.org/10.1007/BF02979453

US EPA (Environmental Protection Agency) (1993), Life cycle assessment: inventory guidelines and principles, EPA/ 600/R-92/245, Washington.

Wang, M. (1999), The greenhouse gases, regulated emissions, and energy use in transportation (GREET) model, v.1.5, Energy Systems, Argonne National Laboratory, Chicago. https://anl.box.eom/s/howlnnm950uhdormbf74rrn4tt7etc7j

Walker, P., K. Wall, C. Gross, C. White e T. Mander (2012), "Development and testing of a prototype straw bale house", in Proceedings of the Institution of Civil Engineers - Construction Materials, 165(6):377-384. DOI: https://doi.org/10.1680/coma.ll.00003.

Modifica (riservato agli operatori) Modifica (riservato agli operatori)