SOSTENIBILITÀ DEI MATERIALI PER USO STRUTTURALE

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PLES - Prodotti Locali per l'Edilizia Sostenibile

SVILUPPO DI SOLUZIONI COSTRUTTIVE ECOSOSTENIBILI PER PARETI E SOLAI ENERGETICAMENTE EFFICIENTI

SOSTENIBILITÀ DEI MATERIALI PER USO STRUTTURALE

GIOVANNA CONCU

DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILE, AMBIENTALE E ARCHITETTURA UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI CAGLIARI

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI CAGLIARI

DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILE AMBIENTALE E ARCHITETTURA

POR Sardegna FESR 2014/2020 - ASSE PRIORITARIO I - “RICERCA SCIENTIFICA, SVILUPPO TECNOLOGICO E INNOVAZIONE”

Azione 1.1.4 Sostegno alle attività collaborative di R&S per lo sviluppo di nuove tecnologie sostenibili, di nuovi prodotti e servizi REALIZZAZIONE DI AZIONI CLUSTER “TOP-DOWN”

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Cagliari, 20 giugno 2019, Facoltà di Ingegneria e Architettura, Aula Magna di Ingegneria

La sostenibilità dello sviluppo è incompatibile con il degrado del patrimonio e delle risorse naturali

SOSTENIBILITÀ ECONOMICA SOSTENIBILITÀ SOCIALE SOSTENIBILITÀ AMBIENTALE SOSTENIBILITÀ ISTITUZIONALE

Lo sviluppo sostenibile risponde ai bisogni del presente senza compromettere la capacità delle generazioni future di rispondere ai propri bisogni

(G.H. Brundtland, World Commission on Environment and Development, 1987)

FONTI: ABITAREBIOS

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SOSTENIBILITÀ IN EDILIZIA

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MATERIALI STRUTTURALI NEL PROGETTO PLES

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COSTRUZIONI IN LEGNO – PERCHÈ?

Energia/m²richiesta Emissioni di CO₂/m²associate

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COSTRUZIONI IN LEGNO

Impatto ambientale, su un periodo di 20 anni, relativo a tre costruzioni analoghe realizzate con materiali differenti Energia

Gas serra

Inquinamento dell’aria

Rifiuti

Impatto sulle risorse

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COSTRUZIONI IN LEGNO

Eco-compatibilità

Economicità

Comfort abitativo

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FILIERA DEL LEGNO IN ITALIA

FONTI: CONFARTIGIANATO, FEDERLEGNO ARREDO

1,6% del PIL 15% delle imprese

Volume d’affari

> 30 Mrd EUR

export diretto del legno e mobili delle piccole imprese con meno di 50 addetti nei paesi UE (Mld EUR)

2/3 legno-arredo

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EDILIZIA IN LEGNO IN ITALIA

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EDILIZIA IN LEGNO IN ITALIA

FONTI: ASSOLEGNO, FEDERLEGNO ARREDO

Che legno si impiega?

Distribuzione delle foreste nel mondo Distribuzione bosco in Italia % di superficie territoriale boscata La superficie forestale nazionale corrisponde a oltre il 35% del totale territoriale

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EDILIZIA IN LEGNO IN ITALIA

Che legno si impiega?

Legname grezzo

• 1° importatore europeo di legname per l'industria

• 1° importatore mondiale di legna da ardere

• 4° importatore mondiale di cippato e scarti in legno

LEGNO

IMPORTATO

Semilavorati

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LEGNO E SVILUPPO SOSTENIBILE

SOSTENIBILITÀ

ECONOMIA CIRCOLARE

RISORSE LOCALI FILIERA CORTA DEL

LEGNO STRUTTURALE

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LATERIZIO E SOSTENIBILITÀ

LATERIZI IMPREDIL

MATERIALE COSTRUTTIVO TRADIZIONALE DURABILITÀ

PORTANZA

INERZIA TERMICA ECONOMICITÀ

ISOLAMENTO TERMICO ISOLAMENTO ACUSTICO

MATERIALE SOSTENIBILE

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CALCESTRUZZO E SOSTENIBILITÀ

FRATELLI SERRA S.R.L.

DIFFUSIONE ECONOMICITÀ AFFIDABILITÀ VERSATILITÀ PORTANZA DURABILITÀ

MASSA TERMICA

RICERCA E SVILUPPO PER LA RIDUZIONE DELL’IMPATTO AMBIENTALE ED ENERGETICO

PRODUZIONE LOCALE CON MATERIALI A KM 0

MATERIALE SOSTENIBILE

COSTI AMBIENTALI ED ENERGETICI ELEVATI

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GRAZIE

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PLES - Prodotti Locali per l'Edilizia Sostenibile

SVILUPPO DI SOLUZIONI COSTRUTTIVE ECOSOSTENIBILI PER PARETI E SOLAI ENERGETICAMENTE EFFICIENTI

SOSTENIBILITA DEI MATERIALI PER IL RECUPERO

MADDALENA ACHENZA

DICAAR

DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILE AMBIENTALE E ARCHITETTURA

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PLES - Prodotti Locali per l'Edilizia Sostenibile

SVILUPPO DI SOLUZIONI COSTRUTTIVE ECOSOSTENIBILI PER PARETI E SOLAI ENERGETICAMENTE EFFICIENTI

SOSTENIBILITÀ E FILIERA DI MATERIALI LOCALI

ANDREA FRATTOLILLO

DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILE, AMBIENTALE E ARCHITETTURA UNIVERSITÀ DEGLI SRUDI DI CAGLIARI

DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILE AMBIENTALE E ARCHITETTURA

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…La conferenza sul clima di Parigi ( COP21 ) dicembre 2015.

195 paesi hanno adottato il primo accordo universale e giuridicamente vincolante sul clima mondiale.

L’accordo definisce un piano d’azione globale , inteso a rimettere il mondo

sulla buona strada per evitare cambiamenti climatici pericolosi limitando il

riscaldamento globale ben al di sotto dei 2ºC.

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Sono state concordate politiche ambiziose a livello europeo, compreso un rafforzamento del sistema di scambio delle emissioni dell'UE.

Riduzioni totali delle emissioni di gas serra 45% al 2030 ….. circa il 60% entro il 2050.

Questo, tuttavia, non è sufficiente per la UE a contribuire agli obiettivi dell'Accordo di Parigi

La nuova direttiva europea sull’efficienza energetica degli edifici in clima Mediterraneo

Al fine di limitare l'aumento della temperatura a 1,5 °C , devono essere raggiunte emissioni di CO2

prossime a zero entro il 2050 e la neutralità per tutti gli altri gas serra un pò più tardi nel corso del secolo.

Le eventuali emissioni di gas serra residue in alcuni settori devono essere compensate

dall'assorbimento in altri settori,

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Gli otto scenari in linea con l’accordo di Parigi

Utilizzo dell’idrogeno

Produzione degli e- combustibili (power-to-X) Incremento

dell’intensità di elettrificazione nei settori di uso finale

Efficienza energetica dell'utente finale

Sviluppo di una economia circolare

Maggiore incremento del consumo di elettricità Maggiori investimenti nei settori

dell’approvvigionamento energetico +6 volte uso

stoccaggio +150% nel

2050

LATO OFFERTA LATO DOMANDA

Utilizzo di vettori energetici a zero emissioni;

efficienza;

+

cattura e lo stoccaggio del carbonio CCS per bilanciare le restanti emissioni.

• Economia altamente circolare

• Cambiamento nelle scelte dei consumatori a minore intensità di carbonio

• Uso del suolo come «sink» per la raccolta di CO2

+35% nel 2050

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Nel panorama dell’Unione Europea l’energia impiegata il settore industriale, e in particolare quello delle costruzioni, rappresenta circa il 40% del totale dell’energia consumata.

Inversione del paradigma estrai-produci-usa e getta, a favore di un’economia circolare basata sul modello estrai-produci-usa-riusa, pianificato per riutilizzare i materiali in successivi cicli produttivi, riducendo al massimo gli sprechi.

Dato EUROSTAT 2017

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Cagliari, 20 giugno 2019, Facoltà di Ingegneria e Architettura, Aula Magna di Ingegneria La produzione, il trasporto e l'installazione di acciaio, calcestruzzo e vetro richiedono una grande quantità di energia, nonostante rappresentino una minima parte del costo finale dell'edificio nel suo insieme.

15%

energy consumption

75%

energy consumption

10%

energy consumption

Opere civili e costruzione di edifici = 60% delle materie prime estratte dalla litosfera.

L'edificio rappresenta il 40%, (24%).

In Europa si estraggono 4,8 ton/ab all'anno = 64 volte il proprio peso (medio)

Conseguente diminuzione dell’exergia associata alle riserve naturali di ferro, alluminio e rame

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Un prodotto realizzato con sottoprodotti o sfridi di produzione può

aver richiesto un consumo energetico in fase di riprocessamento e trasporto tale da annullare o ridurre consistentemente la positività del risparmio di materie prime.

≠

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Attenzione al ciclo di vita (costi economici ed ambientali) al momento della progettazione o ristrutturazione

• Prodotti presentati a buon mercato a medio termine possono avere costi elevati di manutenzione o di gestione dei rifiuti

• prodotti altamente tecnologici possono avere costi di produzione molto elevati che non vengono mai recuperati.

Al contrario, considerando l'intero ciclo di vita, materiali con significative emissioni di CO

₂

, come il calcestruzzo, possano ridurre le loro emissioni vivendo una seconda vita come materiale di riempimento nelle infrastrutture, con un doppio effetto: la riduzione delle emissioni rispetto all'ottenimento di materiali di riempimento dalle cave e

all'assorbimento di CO

₂

dovuto ai processi di ricarbonatazione.

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L’LCA è un metodo di analisi normato (ISO 14040 e 14044) che consente di misurare

l’impatto ambientale di un prodotto in tutte le fasi del suo ciclo di vita, considerando

dunque tutti i processi che vanno dall’estrazione all’elaborazione delle materie prime

fino allo smaltimento e il riciclaggio finale

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Cagliari, 20 giugno 2019, Facoltà di Ingegneria e Architettura, Aula Magna di Ingegneria Principali limiti:

- il carattere prototipico del settore edilizio: ogni edificio è di fatto un “prototipo” di se stesso, essendo diverso per forma, materiali, impianti, da tutti gli altri

- la complessità del processo edilizio, accresciuta dalle interazioni tra manufatto e fattori esterni - la quantità di operatori interessati nel ciclo di vita dell’edificio

- la difficoltà nel reperimento di dati specifici del contesto in cui l’edificio è inserito: i codici di calcolo che implementano la LCA contengono banche dati internazionali o estere, mentre un’accurata LCA richiederebbe dati nazionali o addirittura locali

In termini di embodied energy per i materiali utilizzati:

L'ampia gamma di risultati è dovuta alla varietà di edifici, materiali, la durata di vita considerata e le condizioni geografiche e climatiche.

La durata di vita solitamente considerata è di 50 anni, ma anch’essa variabile:

Paesi Bassi: 75 anni per le abitazioni e di 20 anni per gli uffici, Regno Unito, 60 anni per edifici commerciali e domestici,

Finlandia e Svizzera sono considerati rispettivamente 100 anni e 80 anni .

edifici a basso

consumo energetico

9% e il 46%

edifici convenzionali

2% e il 38%

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Potenzialità:

- la trasparenza del metodo: si tratta di un metodo quantitativo, quindi oggettivo - il carattere iterativo del processo

- la quantificazione e la qualificazione del danno ambientale del manufatto

- la verifica del danno ambientale nelle diverse fasi del ciclo di vita del manufatto (costruzione-uso-manutenzione-dismissione)

- la comparazione tra soluzioni costruttive e impiantistiche alternative e la possibilità di utilizzare la LCA come strumento di eco design.

Risultati espressi in termini di tonCO

₂

eq e MJeq, oppure in Ecopoints (metodo Eco- indicator 99H/H), suddivisi in 11 categorie di impatto raggruppabili in 3 categorie di danno:

- alla salute umana,

- alla qualità dell’ecosistema

- impoverimento delle risorse

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Cagliari, 20 giugno 2019, Facoltà di Ingegneria e Architettura, Aula Magna di Ingegneria Obiettivo della ricerca sviluppata nell’ambito del PLES:

determinare l'energia incorporata di materiali da costruzione locali e valutare gli effetti sui parametri del costo del ciclo di vita.

Metodologia:

1. Valutazione dell'energia incorporata dei materiali costituenti a partire dai dati disponibili in letteratura.

2. Confronto con l'energia incorporata dei materiali da costruzione convenzionali.

3. Durate di vita previste ed impatto sul costo di gestione degli edifici saranno valutati in relazione alle condizioni climatiche tipiche della Sardegna.

4. Tutti i dati sopra riportati consentiranno di valutare l'impatto di ciascun materiale (e tecnica) sul costo del ciclo di vita dell'edificio.

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Unapproccio eco-compatibile al progettonon può limitarsi a perseguire la sola riduzione del fabbisogno energetico di riscaldamento e raffrescamento dell’edificio.

D'altra parte, è difficile soddisfare ogni crescente domanda di edifici adottando solo materiali e metodi di costruzione tradizionali a basso consumo energetico

Per sviluppare tecnologie di costruzione alternative sostenibili, è necessario attenersi:

Ridurre al minimo l'uso di materiali ad alta energia.

Tecnologie rispettose dell'ambiente.

Ridurre al minimo il trasporto

Massimizzare l'uso di materiali e risorse locali.

Produzione decentrata e uso massimo delle competenze locali.

Uso di fonti di energia rinnovabile.

E’ necessario selezionare accuratamente i prodotti da costruzione, sia quelli innovativi,

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La lana di pecora appartiene a quest’ultima categoria. Le sue prestazioni nell’isolamento termo-acustico degli edifici sono note, così come la sua origine. Questo però può non essere sufficiente per catalogare la lana di pecora come materiale sostenibile.

Emerge un quadro caratterizzato da luci e ombre.

In particolare, nel caso della lana di pecora: incapacità di costruire una più efficiente filiera produttiva che coinvolga allevatori, intermediari, produttori, enti pubblici ed enti di ricerca.

L’obiettivo della ricerca dovrà essere

quello di migliorare l’insieme articolato

delle attività, dei flussi, delle tecnologie

che concorrono alla trasformazione,

distribuzione, commercializzazione della

lana di pecora, con particolare riferimento

al territorio locale

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La lana di pecora di tosatura viene prima lavata con saponi naturali e sciacquata con soda (carbonato di sodio). Poi si tratta con sali o derivati di base urea che hanno un effetto antitarmico oltre a migliorarne la resistenza al fuoco. La lana di pecora impiegata nell’edilizia si ottiene attraverso la pettinatura, pressatura e agugliatura della lana di tosatura. Ha eccellenti proprietà termofonoisolanti, è traspirante e molto igroscopica.

Caratteristiche tecniche

La lana di pecora è una materia elastica e traspirante. E’ un’ottima fibra climatizzante sia contro il freddo sia contro il caldo. È idrorepellente e allo stesso tempo assorbe l’umidità. Ciò significa che respinge l’acqua in forma liquida ma è in grado di assorbire il vapore acqueo fino al 33% del suo peso, senza apparire umida, favorendo una regolazione naturale dell’umidità all’interno delle abitazioni e riducendo il rischio di condensa con successivi danni alla struttura. Ha la capacità di assorbire e neutralizzare le sostanze tossiche presenti nell’aria (formaldeide, ozono ecc.). È autoestinguente e in caso di incendio non brucia ma si scioglie. Grazie alla sua particolare microstruttura la lana di pecora si propone come ottima e naturale alternativa alle fibre minerali per l’isolamento termico e acustico.

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Cagliari, 20 giugno 2019, Facoltà di Ingegneria e Architettura, Aula Magna di Ingegneria La lana di pecora si presta a essere utilizzata nell’isolamento termico e acustico delle coperture con struttura in legno, dei solai, delle partizioni interne, dei controsoffitti, dei cappotti interni ed esterni ventilati. Trattandosi di una fibra tessile e quindi con facile attaccabilità da parte di tarme e parassiti è importante in fase progettuale prevederne l’utilizzo attraverso opportune scelte costruttive. È adatta sia nel caso di nuova costruzione sia di ristrutturazione e possiede ottime proprietà come materiale drenante e di

alleggerimento. Non è adatta invece nei casi di elevate sollecitazioni statiche. Sul mercato la lana di pecora si trova in forma di rotoli, materassini e feltri fino a uno spessore di 10 cm. La si può anche trovare sotto forma di fiocchi e di treccia, per riempire piccole intercapedini in pareti, pavimenti, soffitti e per sigillare fessure e interstizi tra murature e infissi.

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Incidenza energetica

La produzione di materiali isolanti a base di lana di pecora è determinata da un consumo energetico piuttosto basso, da 10 a 40 volte inferiore rispetto al consumo associato alla produzione di un materiale sintetico come il poliuretano. Garantisce un basso livello di inquinamento ambientale durante la fase di produzione. Risultano essere più critici invece i tempi di trasporto.

Incidenza della crisi sul tessile

L’industria tessile italiana ha subito una forte crisi con relativa delocalizzazione degli impianti produttivi all’estero.

Una delle tante assurde conseguenze di tale processo è che la lana di pecora non trattata - che

un tempo forniva un reddito addizionale agli allevatori - è diventata rifiuto speciale Categoria 3

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Cagliari, 20 giugno 2019, Facoltà di Ingegneria e Architettura, Aula Magna di Ingegneria Prodotto Ditta Costanzo Salis

Innovativo sistema di utilizzo della lana in bioedilizia come materiale coibente (in combinazione con la calce tradizionale)

un sistema di coibentazione in cui lana e calce formano un unico strato autoportante.

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Altri materiali promettenti: LINO

 ciclo di rinnovamento molto rapido (3-4 mesi);

 proviene esclusivamente da coltivazioni biologiche;

 richiede un modestissimo uso sia di pesticidi, perché resistente ai parassiti sia di fertilizzanti, grazie alla ridotta richiesta di azoto da parte della pianta;

 non necessita di irrigazione tanto che è sufficiente la sola acqua piovana per la sua crescita (in Europa è stimato un risparmio di 650.000 milioni di mc di acqua);

 è un vero “pozzo” di CO₂(circa 3,7 Tonnellate di CO₂assorbiti per ettaro di superficie coltivata all’anno).

 adatto alla rotazione dei raccolti, permette non solo di aumentare la biodiversità ma anche di migliorare la qualità agronomica tanto da ottenere una produttività superiore del 20-30%;

 è riutilizzabile e riciclabile al 100% per la produzione di energia;

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Primo caso studio

L’impianto di produzione

esaminato è specializzato nella produzione di blocchi di

calcestruzzo multicellulare, da 2 ad 8 fori.

La produzione si basa sulla filiera corta: i materiali

provengono da distanze non

superiori ai 60 km.

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1.ACCUMULO 2. MIXAGGIO 3. LAVORAZIONE 4.MATURAZIONE 5.STOCCAGGIO FINALE

2 1 3 4

5

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* *

Conclusioni

Riferimento temporale 1 h 91,79 kWh

Produzione 900 blocchi 241,55 A

Tensione fornitura 380 V

Descrizione Cont/Interm f util h Pele E ele

[HP] [kW] [kW] [kWh]

Silo carico cemento C 1 2 1,49 0,95 1,57 1,57

Raggi raschianti

n.1 C 1 2,5 1,86 0,95 1,96 1,96

n.2 C 1 3 2,24 0,95 2,35 2,35

n.3 C 1 3 2,24 0,95 2,35 2,35

Motore vibrante C 1 2,5 1,86 0,95 1,96 1,96

Nastro convogliatore 1 C 1 2 1,49 0,95 1,57 1,57

Mescolatore C 1 50 37,29 0,95 39,25 39,25

Avanzamento tavole C 1 0,2 0,15 0,95 0,16 0,16

Vibroblock

raffredd. motori 1 C 1 0,5 0,37 0,95 0,39 0,39

raffredd. motori 2 C 1 0,5 0,37 0,95 0,39 0,39

vibratori I 0,5 5,5 4,10 0,95 4,32 2,16

agitatore per riemp. I 0,6 3 2,24 0,95 2,35 1,41

Pnom

… … … … … … … …

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