XXII ciclo
tale importanza quali: aspetti energetici, di durabilità, ambientali, legati ai potenziali rischi per la salute uma- na, e di costo.
La ricerca si struttura in due parti principali; la prima parte consiste in uno studio comparativo multi crite- ri di una gamma scelta di prodotti per l’isolamento termico, nella seconda è invece stata messa a punto una
metodologia di valutazione di interventi di isolamen- to termico dell’involucro sulla base di indicatori omogenei relativi alle voci “energia”, “ambiente” e “costo”.
I prodotti per l’isolamento termico
Un ruolo chiave di “strumenti di mitigazione”1per la
riduzione delle emissioni di gas serra, è rappresenta- to dai prodotti per l’isolamento termico, che contri- buiscono all’aumento delle prestazioni termiche del- l’involucro architettonico, e conseguentemente al risparmio energetico per il condizionamento degli edifici.
Allo stesso tempo essi risultano generatori di non trascurabili impatti ambientali se si considera che il mercato italiano è costituito per il 68% da isolanti or- ganici plastici derivati da petrolio, e per il 19,3% da materiali fibrosi di origine minerale, mentre i prodot- ti a matrice rinnovabile, provenienti da riciclo ed i prodotti innovativi super-isolanti rappresentano un settore di nicchia del mercato.
Altra problematica relativa ai materiali isolanti può essere riportata, citando le parole di Eduardo Vittoria alla necessità di “conciliare la qualità dello spazio ar- chitettonico con la modellazione del paesaggio”, dal momento che, a fianco di sempre più alte prestazio- ni energetiche richieste all’involucro, corrisponde spesso una scarsa qualità dell’aria degli ambienti con- finati, con insufficienti ricambi d’aria e presenza di composti organici volatili nocivi alla salute umana, tal- volta contenuti proprio negli stessi prodotti isolanti. Se quindi per tutelare il paesaggio, inteso come am- biente che ci circonda, si ricorre ad interventi di sem- pre maggiore isolamento termico degli edifici, la qua- lità dello spazio architettonico deve essere sempre tenuta presente ed evitare l’effetto “sigillatura”. In questa ottica è stata condotta la ricerca su una gamma scelta di materiali per l’isolamento termico, al fine di rappresentare le diverse categorie di prodot- to esistenti; da un lato gli isolanti di uso comune co- Introduzione
Il rapporto ENEA “Energia e Ambiente 2007”, ripor- ta che nella U.E., nonostante gli sforzi di azioni con- giunte internazionali, come la ratifica del protocollo di Kyoto, le emissioni di CO2, direttamente respon- sabili dei cambiamenti climatici, sono in aumento ogni anno di circa il 5%.
Il settore delle costruzioni, essenzialmente statico e poco permeabile all’innovazione, risulta responsabile per quasi il 40% delle emissioni, e quindi rappresen- ta un ambito di emergenza nel quale la ricerca deve necessariamente contribuire in modo attivo.
La creatività innovativa può costituire in questo qua- dro un importante strumento per la elaborazione di idee guida progettuali mirate ad incrementare la so- stenibilità del settore.
La ricerca si pone come obiettivo generale quello di offrire un contributo al quadro problematico su sca- la globale legato ai consumi energetici del settore delle
costruzioni ed i relativi impatti ambientali.
L’indagine, condotta sui prodotti per l’isolamento ter- mico ed i relativi sistemi di messa in opera, è mirata ad approfondire la loro conoscenza su più livelli, met- tendo in relazione vari aspetti ritenuti di fondamen-
1. Impatto ambientale di un pannello in PET riciclato.
verse accezioni, facendo sempre riferimento al
Guidance Paper della Commissione Europea2 in ma-
teria.
Nello studio comparativo di prodotto sono stati rac- colti dati da articoli scientifici e dichiarazioni dei pro- duttori al fine di determinare la “working life periodo di tempo durante il quale la prestazione di un pro- dotto sarà mantenuta ad un livello tale da soddisfar- ne i Requisiti Essenziali.
A scala edificio, nella seconda parte dello studio, l’a- nalisi di durabilità è stata utilizzata per determinare l’orizzonte temporale delle soluzioni di isolamento termico, in base all’”età” delle strutture pre esistenti ed alla vita attesa dei materiali per l’isolamento ter- mico, seguendo il concetto di “working life works”, ri- portata nel documento sovra citato.
- Valutazione di impatto ambientale con la metodologia
Life Cycle Assessment (LCA): si tratta di uno stru-
mento scientifico di valutazione quantitativa degli im- patti ambientali generati da un prodotto o da un si- stema, basato sull’approccio Life-CycleThinking, che pone l’attenzione sull’intero ciclo di vita di un manu- fatto, dall’estrazione delle materie prime al fine vita. Nella prima parte dello studio l’analisi LCA è stata impiegata al fine di valutare gli impatti ambientali ge- nerati in fase di produzione dei materiali per l’isola- mento termico attraverso un’analisi “input-output” di dati direttamente forniti da alcuni produttori ed in- tegrati con informazioni di banche dati internazional- mente riconosciute ed articoli scientifici in materia. Ciò significa che sono stati quantificati per ogni fase a partire dall’estrazione delle materie prime al pro- dotto finito (analisi “dalla culla ai cancelli”), i fattori di ingresso (materie prime ed energia) e di uscita (rifiu- ti ed emissioni inquinanti) valutando i conseguenti impatti ambientali.
I risultati dell’analisi di impatto ambientale condotta me ad esempio il polistirene espanso e la lana di roc-
cia, dall’altro isolanti a matrice naturale come la fibra di kenaf ed isolanti riciclati come quelli realizzati in fi- bra tessile di recupero, poco impiegati anche per la mancanza di specifiche normative CEE per la marca- tura.
Materiali di natura molto diversa sono quindi stati messi sullo stesso piano; in particolar modo l’analisi ambientale è stata mirata al superamento dei luoghi comuni tipici dell’area commerciale, secondo i quali un materiale a matrice naturale o riciclato necessa- riamente sia più “ecocompatibile” o “sostenibile” di materiali sintetici.
Metodologie dell’analisi DECAS
Il lavoro è stato svolto con l’ausilio di metodologie provenienti da diverse aree della ricerca, allo scopo di offrire una valutazione a più livelli di sistemi e pro- dotti per l’isolamento termico che tenesse in consi- derazione, accanto alla prestazione energetica in fase d’uso, tradizionale “vocazione” dei prodotti, anche quella ambientale, di durabilità, di interazione con la salute umana, e di costo.
Le metodologie impiegate nella ricerca sono state: - Analisi energetica: durante lo studio comparativo tra prodotti sono stati individuati i parametri fondamen- tali per la quantificazione della prestazione energeti- ca in regime statico ed in regime dinamico.
Nella seconda parte dello studio invece si è proce- duto, tramite l’uso di un software di simulazione ener- getica, basato sugli algoritmi di calcolo specificati nel- le UNI/TS 11300 e strutturato sulla vigente norma- tiva italiana, alla valutazione del fabbisogno di energia primaria di un edificio tipo, su cui si suppone di in- tervenire con strati di isolamento da applicare sull’in- volucro esistente.
Simulando il comportamento energetico di un edifi- cio tipo sono stati calcolati i fabbisogni annuali di energia primaria, per climatizzazione invernale, estiva e produzione di acqua calda sanitaria, in funzione del sistema impiantistico ipotizzato.
Per ogni intervento di isolamento termico è stato sti- mato il risparmio di energia primaria generato ri- spetto al caso base non isolato.
- Analisi di durabilità: secondo la European
Construction Products Directive (CPD) rappresenta un
requisito essenziale di prodotto. Nelle due fasi della ricerca l’analisi di durabilità è stata impiegata con di-
tra diversi prodotti si è ritenuto opportuno riporta- re alcuni dati relativi al loro costo, poiché tale com- ponente risulta spesso essere alla base delle scelte dei progettisti e di conseguenza alla base della diffu- sione dei prodotti sul mercato.
Una valutazione più approfondita sulla tematica co- sto è stata effettuata nella seconda parte dello stu- dio, ove la metodologia LCC, è stata applicata al fine di valutare l’efficacia degli interventi simulati di isola- mento termico su un modello; valutazione intesa sia in termini energetici, che ambientali ed economici. La metodologia è stata quindi applicata anche in am- bito extra finanziario, al fine di ottenere risultati con- frontabili sotto i diversi profili considerati.
Tramite il calcolo dei “payback periods”, è stato sti- mato, per ogni soluzione studiata, quanto tempo fos- se necessario per il recupero di “spese” relative agli interventi di isolamento ipotizzati.
Per “spese” sono state considerate dal punto di vista energetico il quantitativo di energia incorporata dei materiali isolanti, da quello ambientale la CO2eq. emessa durante la produzione dei materiali isolanti, mentre per le spese economiche è stato realizzato un computo metrico estimativo relativo alle opere di riqualificazione energetica dell’involucro.
I payback periods hanno rappresentato indicatori di facile lettura e comprensione, impiegabili per valuta- zioni di massima in fase meta-progettuale di inter- venti di isolamento termico.
Lo studio comparativo di prodotto
Dalla prima fase di studio comparativo di prodotto viene offerta una lettura sui prodotti considerati mi- rata all’acquisizione di una maggiore consapevolezza delle potenzialità e dei rischi connessi in relazione al- le applicazioni previste; consapevolezza non acquisi- bile dalla consultazione delle schede tecniche di pro- dotto generalmente messe a disposizione ove le ca- ratteristiche termo fisiche risultano costituire gli uni- ci dati forniti.
Le schede descrittivo prestazionali , di cui riportiamo un esempio in Fig. 2, sintetizzano la prima parte del lavoro e sono uno strumento di facile lettura per tecnici progettisti o committenti, offrendo una mol- teplicità di informazioni multilivello aggregate, fino ad oggi inesistenti in questa forma.
Dalla lettura comparativa delle caratteristiche dei di- versi prodotti è stato possibile elaborare un sistema sui vari materiali per l’isolamento termico sono stati
comparati in base all’indicatore “Global Warming Potential”, che quantifica gli impatti in rapporto a quelli prodotti dalla CO2, ed in base all’”Energia Primaria Incorporata”, ovvero al quantitativo di ener- gia e risorse dal contenuto energetico impiegate per produrre il manufatto.
I dati sono stati elaborati tramite specifico software e gli impatti quantificati e comparati tramite il concetto chiave di “unità funzionale” assunta in funzione della prestazione termica del materiale, in quanto presta- zione essenziale di questa categoria di prodotti. Nella seconda parte del lavoro i dati relativi agli im- patti ambientali generati in fase di produzione da ogni prodotto per l’isolamento termico sono stati rapportati con quelli generati dall’energia termica ed elettrica necessarie ogni anno per il condizionamen- to dell’edificio e la produzione di acqua calda sanita- ria, ovvero l’energia primaria.
- Analisi dei rischi per la salute umana: tema “Igiene, sa- lute e ambiente” rappresenta il terzo requisito es- senziale della Direttiva n. 89/106/CEE sui prodotti da costruzione.
Nel presente studio è stata condotta un’analisi di ti- po qualitativo per determinare i potenziali effetti ne- gativi dei prodotti oggetto dello studio sulla salute umana. Nello studio comparativo sui prodotti isolan- ti i rischi per la salute umana connessi all’impiego di isolanti termici sono stati valutati con la metodologia relativa alla prevenzione per la salute nei luoghi di la- voro per quanto riguarda le fasi di produzione e messa in opera dei prodotti ed alla Indoor Air Quality per quanto riguarda la fase d’uso.
I dati raccolti relativamente alla composizione e ca- ratteristiche di ogni materiale sono stati confrontati con le dimensioni delle fibre respirabili, i valori limite di esposizione alla concentrazione di fibre tossiche nei cantieri (LEP – limiti di esposizione professiona- le), la concentrazione massima indoor di composti or- ganici volatili (COV) e le proprietà di traspirabilità dei materiali.
A scala edificio tali valutazioni sui prodotti sono sta- te tenute in considerazione per il posizionamento dell’isolante nell’edificio modello, evitando applicazio- ni interne per quei materiali potenzialmente dannosi per la salute umana.
- Analisi di costo tramite la metodologia Life Cycle
2. Esempio di scheda descrittivo prestazionale di prodotto.
3. Variabili per la definizione del caso studio
di punteggi sulle voci “energia”, “ambiente” e “costo”, relativi alla gamma scelta (e quindi non da interpre- tarsi in modo assoluto ma solo in contesto compa- rativo con la gamma di prodotti selezionati).
In tal modo è stato possibile mettere in relazione prodotti di natura molto diversa; una delle maggiori problematiche affrontate è stata quella sotto il profi- lo ambientale, grazie all’uso di unità funzionali basate sulla prestazione termica, ovviando ad uno dei più comuni problemi in materia, ovvero quello dell’inter- pretazione comparativa dei risultati, dovuta alla man- canza di valori limite (benchmark) di riferimento nel- la metodologia LCA.
La valutazione a scala edificio
Nell’ultima parte dello studio sono state utilizzate le informazioni derivanti dallo studio comparativo di prodotto simulandone l’applicazione su un edificio modello al fine di migliorarne la prestazione termica di involucro.
Dalla scala di prodotto, su cui è stata strutturata la prima parte dell’indagine, siamo passati ad una appli- cazione a scala edificio, ove gli output della sezione precedente costituiscono basilari input di progetto. L’utilizzo di informazioni differenziate, riguardo alle prestazioni energetiche, ambientali, e di costo, ac-
4. Schema di calcolo dei payback periods
cessari ad ogni soluzione per “ripagarsi” dal punto di vista energetico, ambientale ed economico (Fig. 4). Conclusioni
Sotto il profilo metodologico la tesi propone l’appli- cazione di strumenti consolidati, come l’analisi ener- getica, e di strumenti nuovi, come l’analisi LCA e LCC, e la valutazione dell’impatto sulla salute, in un modello integrato di valutazione di materiali e di si- stemi di componenti edilizi, al fine di verificarne la so- stenibilità sotto il profilo prestazionale e ambientale. La peculiarità dei risultati raggiunti dalla ricerca con- siste non tanto nella elaborazione di nuove valuta- zioni specifiche, quanto nell’aver predisposto una metodologia atta a tenere contemporaneamente in considerazione fondamentali aspetti legati al concet- to di sostenibilità del costruito appartenenti a diver- si ambiti di ricerca.
La ricerca, in linea con il pensiero di Eduardo Vittoria, passa inoltre attraverso le diverse scale di “modella- zione del paesaggio, del territorio e del prodotto in- dustriale”, tenendo in considerazione gli impatti o i benefici ambientali sull’intero territorio che la produ- zione e messa in opera di un prodotto industriale può generare.
L’analisi multilivelli svolta nella prima parte del lavoro ha avuto come scopo principale quello di offrire un contributo su base scientifica alla valutazione dei pro- dotti per l’isolamento termico.
I risultati derivanti dallo studio comparativo di pro- dotto, largamente richiesto dai produttori coinvolti nella ricerca al fine di interpretare i pochi e disomo- genei studi ambientali in materia, ha portato all’ela- borazione di schede utilizzabili in fase progettuale, e risultati particolarmente utili per sviluppare innova- compagnate da considerazioni sulla durabilità di
prodotto e modalità di applicazione, dettate anche da una maggiore consapevolezza sui potenziali rischi per la salute umana, è stata funzionale alla valutazio- ne di ipotetici interventi di riqualificazione energetica di un edificio tipo.
In questa sede sono stati perseguiti due diversi obiettivi: mettere a punto una metodologia valutati- va che potesse essere di supporto ad interventi di isolamento termico dell’involucro su edifici esistenti, con l’impiego di informazioni a più livelli elaborate precedentemente e successivamente verificare quale possa essere il contributo dell’intervento di isola- mento termico sull’involucro di edifici esistenti e quindi poter trarre conclusioni su come massimizza- re l’efficacia di interventi di questo tipo.
Dopo aver definito il modello di edificio tramite va- riabili esistenti (3 zone climatiche e 3 tipologie di pa- reti), si sono ipotizzati interventi da effettuare per mi- gliorarne la prestazione energetica, tramite l’applica- zione di strati di isola mento termico esterni, interni od in intercapedine, da realizzarsi con una gamma di prodotti alternativi, analizzati nella seconda parte del lavoro (Fig. 3).
A partire dalle simulazioni energetiche effettuate sul- le più di 500 casistiche generate dal modello è stato calcolato per ognuna di esse il fabbisogno annuo di energia primaria ed il risparmio energetico ottenuto per ogni soluzione di isolamento termico rispetto al caso base non isolato.
Le spese ed i risparmi energetici sono poi state tra- dotte in quantitativi di CO2 equivalente ed in termi- ni monetari. Dal rapporto delle spese sostenute e dei risparmi generati da ogni soluzione sono stati ot- tenuti i payback periods, ovvero i tempi di ritorno ne-
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Note
1. Definizione della Convenzione quadro sui cambiamenti climatici (UN Framework Convention on Climate Change, 1992).
2. European Commission enterprise and industry directorate-general, Guidance Paper (concerning the Construction Products Directive - 89/106/EEC) - Durability and the construction pro ucts directive, 2004.
zione di prodotto, al fine di minimizzarne gli impatti ambientali, tenendo contemporaneamente in consi- derazione le altre prestazioni essenziali.
Le metodologia messa a punto nella seconda parte della ricerca ha come destinatari privilegiati i proget- tisti e le associazioni di categoria; essa infatti può rap- presentare un utile strumento per una valutazione scientifica di massima di interventi di larga diffusione, come quelli di isolamento termico di involucri di edi- fici esistenti.