Materiali tradizionali dell architettura e del risparmio energetico (8 cfu)

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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI MEDITERRANEA DI REGGIO CALABRIA CdL SCBAA Corso di Storia e Conservazione dei Beni Architettonici e Ambientali-Classe L-43 DASTEC Dipartimento "Arte Scienza e Tecnica del Costruire" Anno Accademico Materiali tradizionali dell architettura e del risparmio energetico (8 cfu) Docente: Cherubina Modaffari Lez. 4- Materiali da costruzione e ambiente 25/11/10 Novembre

2 Indice Materiali da costruzione e ambiente Introduzione Materiali da costruzione e ambiente La scelta del materiale Etichette ecologiche Bilancio ecologico dei materiali 25/11/10 2

3 Introduzione È importante considerare la complessità delle interazioni tra oggetto edilizio e ambiente (nel caso specifico, contesto e clima) La qualità ambientale come obiettivo imprescindibile dell attività progettuale è perseguibile attraverso maggiore consapevolezza nelle scelte progettuali per ottenere: IL RISPARMIO ENERGETICO LA RIDUZIONE DEI RIFIUTI LA SALUBRITA DEGLI AMBIENTI La scelta dei materiali deve dipendere dalle condizioni climatiche locali, da esigenze di benessere (microclimatico, visivo, acustico, olfattivo), salvaguardia dell ambiente (controllo degli impatti), sicurezza, aspetto, ecc.. 25/11/10 3

4 Introduzione Un materiale è tanto più sostenibile quanto MINORE È L'ENERGIA, da un lato, e la PRODUZIONE DI RIFIUTI, dall'altro, necessarie per l'estrazione delle materie prime di cui è fatto, per i cicli intermedi di lavorazione,per l'imballaggio, il trasporto e la distribuzione, per l'applicazione, l'uso e il consumo e per l'eventuale riutilizzo o riciclo, ed infine per la sua dismissione o smaltimento finale. i materiali dovrebbero essere: - di origine naturale e provenienti da fonti rinnovabili; - con un ridotto impatto ambientale nell'intero ciclo di vita; - esenti da sostanze tossiche, nocive e/o inquinanti durante la composizione e produzione; - senza rilascio sostanze tossiche, nocive e/o inquinanti durante la fase di messa in opera, utilizzo e dismissione; - certificati con marchio di qualità e/o ecocompatibilità. - Estrazione di materie prime - progettazione - produzione - assemblaggio - distribuzione - uso/consumo - Dismissione Riuso/riciclo, compostaggio Ciclo di vita del prodotto 25/11/10 4

5 Introduzione La eco-compatibilità di un prodotto si valuta sempre rispetto all intero CICLO di VITA e alla sua CONTESTUALIZZAZIONE IN FASE DI PRODUZIONE 1 ridurre i fattori di inquinamento 2 ridurre i consumi energetici 3 ridurre il consumo di risorse 4 impiegare materiale rinnovabile 5 impiegare materiali riciclati 6 impiegare materiali riciclabili IN FASE DI UTILIZZAZIONE 1 ridurre emissioni nocive 2 ridurre il consumo di risorse 3 consentire manutenibilità, riparabilità, sostituibilità 4 incrementare la durabilità 5 ridurre consumi energetici di gestione 6 ridurre consumi energetici di manutenzione Criteri di analisi per la valutazione della qualità ecologica dei materiali da costruzione: ecologici tecnici igienici - compatibilità - riciclablità - smaltibilità - durevolezza - resistenza - coibenza - adeguatezza - piacevolezza - Assenza di emissioni nocive - salubrità IN FASE DI DISMISSIONE 1 facilità di smontaggio e separazione 2 possibilità di riciclaggio 3 Facilità di smaltimento e dismissione 25/11/10 T. Frutschi L architettura naturale n

6 Introduzione Certificazione dei materiali da costruzione: Direttiva del 1989/106, sui requisiti essenziali dei materiali da costruzione per avere libera circolazione nel mercato europeo. Tra questi: igiene, salute e ambiente: l edificio non deve provocare alcun danno alla salute in generale, e in particolare non provocare sviluppo di gas tossici, presenza e accumulo di particelle o di gas pericolosi per gli organismi nell aria, emissioni di radiazioni pericolose, inquinamento o tossicità dell acqua e del suolo, difetti nello scarico delle acque luride, dei rifiuti solidi o liquidi, formazione di umidità sulle pareti.. Regolamento 880/92: prevede la costituzione di un marchio europeo denominato "ecolabel" per la certificazione della ecocompatibilitá dei prodotti (non solo per l'edilizia). Il marchio è fornito a prodotti che dimostrano, nella loro produzione, di avere un ridotto impatto ambientale in tutto il ciclo di vita. Marchio ANAB,IBO,IBN: certifica la qualità ecologica di alcuni prodotti sulla base di criteri ecologici, tossicologici, fisico-tecnici. 25/11/10 6

7 Introduzione Alcuni anni fa è stato introdotto il concetto di sviluppo sostenibile è lo sviluppo che soddisfa i bisogni della popolazione odierna senza compromettere la possibilità soddisfare i bisogni delle generazioni future (Rapporto Brundtland, 1987) un architettura sostenibile è quella che tende a minimizzare, nell arco del suo intero ciclo di vita, il consumo di risorse non rinnovabili (materiali da costruzione e fonti energetiche) e l impatto sull ecosistema, locale e globale. 25/11/10 7

8 Materiali da costruzione e ambiente Dalla rivoluzione industriale in poi e fino ai primi anni 70 i criteri che stavano alla base della scelta del materiale da costruzione dipendevano, quasi esclusivamente, dalla sua funzionalità ed economicità. La conoscenza della capacità di un determinato materiale di soddisfare, con le sue caratteristiche (proprietà intrinseche) e le sue prestazioni tecniche (aspetto, resistenza, stabilità...), determinate funzioni, nonché la conoscenza della sua disponibilità sul mercato e dell'investimento finanziario richiesto per il suo acquisto e la sua utilizzazione erano generalmente considerati sufficienti per una sua scelta ottimale. Dagli anni settanta in poi, complice, almeno in parte, la crisi petrolifera del 1973, si è lentamente andata delineando, anche nel settore della costruzione, una maggior sensibilità nei confronti del rapporto tra processo produttivo e ambiente naturale. 25/11/10 8

9 Materiali da costruzione e ambiente Partendo dall'esigenza di operare nell'intento di ridurre i costi ("consumi") energetici è gradualmente maturata la necessità di affrontare più globalmente il problema con una riflessione più ampia e approfondita delle implicazioni che i processi produttivi comportano sull'uomo e sull'ambiente. Si è andata precisando la necessità di tener maggiormente conto di tutta una serie di aspetti relativi alla compatibilità ambientale del materiale da costruzione. Sinteticamente possiamo affermare che attualmente i criteri di scelta dei materiali da costruzione dovrebbero tener conto della loro funzionalità, economicità e compatibilità ambientale. 25/11/10 9

10 Materiali da costruzione e ambiente Prodotti edilizi tradizionali e innovativi L impiego dei diversi materiali da costruzione è mutato nel tempo in relazione allo sviluppo tecnicoscientifico e alle continue nuove esigenze dell utenza. Ai materiali tradizionali che oggi risultano generalmente profondamente trasformati dal punto di vista prestazionale, nell ultimo secolo, si sono affiancati materiali nuovi (spesso prodotti compositi) che sarebbe più corretto definire prodotti finalizzati alla realizzazione di particolari parti d opera o di precise finiture. 25/11/10 10

11 Materiali da costruzione e ambiente Il ruolo della quantità L esigenza di ridurre la quantità di materiale da impiegare nella costruzione di un edificio ha assunto un importanza sempre maggiore anche in relazione all aumento del contenuto tecnologico e relativo impatto ambientale dei materiali utilizzati. Uno degli aspetti di punta della ricerca nel campo dei nuovi materiali riguarda la messa a punto di prodotti che offrano maggior prestazioni a parità di peso. Il ruolo della qualità L informazione e certificazione che accompagna il materiale - nell intento di specificarne non solo le proprietà e le caratteristiche ma anche i corretti criteri di progettazione e di messa in opera - hanno assunto un importanza sempre maggiore (prodotto di qualità = materiale + informazione e certificazione). Con l apertura dei mercati un ruolo sempre più importante è assunto dalla normativa europea. È importante tener presente che la qualità del prodotto non garantisce la qualità dell opera costruita. 25/11/10 11

12 Materiali da costruzione e ambiente Inoltre è indispensabile riconsiderare l importanza di affiancare alle prestazioni tradizionali quelle relative all impatto ambientale. Alla base della classificazione dei materiali ci sono le loro caratteristiche atomiche, strutturali e prestazionali. I materiali ceramici sono frutto della combinazione di elementi metallici e elementi non metallici tra cui il più ricorrente è l ossigeno. Si caratterizzano per una notevole durezza e fragilità, una buona inerzia chimica e refrattarietà. Possono essere degli ottimi isolanti elettrici. Sono da considerarsi ceramici: il cemento, il vetro, la ceramica, le pietre naturali e artificiali. 25/11/10 12

13 Materiali da costruzione e ambiente I materiali metallici (metalli e le loro leghe) sono di solito ottimi conduttori, sono opachi e spesso duri, rigidi e lavorabili. Le loro proprietà sono dovute prevalentemente al tipo di legame con elettroni liberi (legame metallico) che li caratterizza. I materiali polimerici (materie plastiche) sono composti da macromolecole costituite da lunghe catene a base di atomi di carbonio sulle quali sono fissati altri elementi. Sono leggeri, generalmente poco rigidi, facili da lavorare, isolanti e, a dipendenza della struttura macromolecolare si comportano diversamente nei confronti delle variazioni di temperatura. I materiali compositi sono il frutto della combinazione di due o più materiali diversi. 25/11/10 13

14 Materiali da costruzione e ambiente Esistono altre possibilità di classificazione. La suddivisione in materiali naturali e materiali artificiali è anch essa di un certo interesse. La suddivisione tra Materiali da costruzione sani e materiali ecologici I Materiali sani Devono essere traspirabili, igroscopici e porosi La traspirabilità è una caratteristica dei materiali permeabili all aria (mattoni, calce,legno, ecc.). L igroscopicità èla capacità di una materiale di assumere o cedere vapore acqueo, influendo in tal modo sul clima. Queste due caratteristiche sono entrambe legate alla porosità del materiale. Inoltre, dovrebbero risultare: privi di sostanze tossiche e inquinanti, non in grado di rilasciare polvere, vapori, odori biologicamente nocivi durante la fase di produzione, di messa in opera e di utilizzo; resistenti a muffe, batteri e virus e altri microrganismi nocivi; radioattivamente sicuri; sicuri dal punto di vista elettromagnetico (non permettere la conduzione e l accumulo di elettricità statica, né emettere campi magnetici nocivi). 25/11/10 14

15 Materiali da costruzione e ambiente I Materiali ecologici Devono essere: rigenerabili e abbondanti; possibilmente reperibili in loco; prodotti con un impatto ambientale ridotto; non inquinanti (non devono emettere nell ambiente vapori, sostanze, particelle tossiche nocive, durante la fase di produzione, di messa in opera e di utilizzo); tali da usare poca energia per produzione, trasporto e utilizzo; in grado di garantire un buon accumulo di energia ed elevati valori di isolamento; in grado di essere riutilizzati e riciclati (per risparmiare energia per i trattamenti delle materie prime); 25/11/10 15

16 La scelta del materiale gli isolanti termici naturali e/o ecologici Isolanti naturali: fibra di roccia; fibra di legno; fiocchi di cellulosa; fibra di canapa; lana di pecora; fibra di lino; sughero; Non derivati da materiali petrolchimici ma da materiali naturali; Buon riciclaggio e smaltimento; Permettono buona traspirazione; In alcuni casi la materia prima non è reperibile nelle vicinanze; Per i loro trattamenti ignifughi e antitarme si usano materiali non naturali (sali di boro,...) 25/11/10 16

17 Isolanti artificiali: Fibra di vetro; Polistirolo espanso; Polistirolo estruso; Poliuretano; Vetro cellulare; La scelta del materiale gli isolanti termici artificiali Spesso derivati da sostanze petrolchimiche; Non favoriscono la traspirazione; Prodotti utilizzando sostanze nocive; Le vernici Le pitture, le vernici,formano una barriera protettiva. Questi prodotti vengono utilizzati, oltre che a scopi estetici, per accrescere le proprietà superficiali di alcuni materiali. In alcuni casi possono però causare problemi: Emanazione di sostanze nocive; Problemi di salute in fase produttiva, di messa in opera e per l utente; diminuire la traspirabilità della costruzione; 25/11/10 17

18 Le etichette ecologiche Le etichette ecologiche Garanzia che i prodotti etichettati presentano caratteristiche ecologiche superiori alla media dei prodotti sul mercato Costo relativamente elevato Criteri di attribuzione dell etichetta che soddisfano le esigenze di una valutazione globale della compatibilità ambientale del prodotto. Procedure di ammissione e modalità di controllo ben definite 25/11/10 18

19 Le etichette ecologiche Le etichette ecologiche Il Blue Angel è una delle più antiche certificazioni ambientali. Viene emesso da RAL (Deutsches Institut für Gütesicherung und Kennzeichnung e.v.) e dal ministero Federale per l Ambiente. Swan label. Il certificato Scandinavo Swan Label valuta l intero processo produttivo.ciò include anche l emissione di sostanze inquinanti oltre al consumo di energia e acqua. Austrian Environment Mark. Il Certificato Ambientale Austriaco si propone come una garanzia per prodotti e servizi ecocompatibili. Introdotto nel 1990 su iniziativa del Ministro dell Ambiente in carica in quell periodo. Marlies Flemming, premia I prodotti, le società del settore turistico e servizi in ambito educativo. Fornisce al pubblico le informazioni riguardo all impatto ambientale delle merci in base alla loro produzione, uso e smaltimento e identifica le alternative ecocompatibili. 25/11/10 19

20 Le etichette ecologiche Le etichette ecologiche BRE Global Limited (parte del Gruppo BRE) è un terzo organo di approvazione indipendente nel Regno Unito che offre certificazioni al fuoco, di sicurezza e per prodotti sostenibili, nonché servizi ad un mercato internazionale. BRE ha ideato una metodologia in collaborazione con Governo e 24 associazioni commerciali del settore di prodotti da costruzione, per fornire un unico, efficace approccio per l applicazione di LCA (Life Cycle Assessment) a tutti i tipi di prodotti da costruzione. Questo approccio consente ai produttori e progettisti di confrontare prodotti rispetto ad altri e aiuta ad aumentare la conoscenza in merito al tema del Ciclo di Vita. Un punteggio Ecopoint è la misura dell impatto ambientale totale di un particolare prodotto o processo. 25/11/10 20

21 Le etichette ecologiche Le etichette ecologiche LEED. introdotto e implementato nel 1998 dal U.S. Green Building Council, è un sistema di valutazione che certifica edifici commerciali e uffici nuovi o esistenti così come strutture residenziali. Un edificio riceve il certificato LEED se soddisfa I requisiti ecologici fondamentali della costruzione e guadagna un certo numero di punti basati su determinate specifiche e l uso di materiali da costruzione eco-compatibili. EPD. Dichiarazioni ambientali di Prodotto (Environmental Product Declarations, EPD). I dati si basano sulle conosciute norme internazionali ISO e documentano le caratteristiche dei vari materiali da costruzione. Oltre alle risorse e l utilizzo dell energia così come la compatibilità ambientale(e anche tossicologica), vengono prese in considerazione la durata e la manutenzione del prodotto. 25/11/10 21

22 Bilancio ecologico dei materiali Definizione Il bilancio ecologico dei materiali, degli elementi e dell edificio Per ecobilancio si intende l analisi del ciclo di vita di un prodotto dalla culla alla tomba e la valutazione quantitativa e qualitativa degli effetti, sugli esseri umani e sull ambiente, che ne conseguono. L ecobilancio è uno strumento di indagine degli influssi esercitati sull ambiente dalle attività umane. In larga misura si fonda sui bilanci di materia e di energia in un ambito ben definito. Costituisce la base per la valutazione delle conseguenze ecologiche e per la concessione del marchio ambientale. 25/11/10 22

23 Bilancio ecologico dei materiali Alla base dell ecobilancio sta il ciclo di vita del materiale, comprensivo di tutti i processi di trasformazione che dalla materia prima conducono allo smaltimento finale. In entrata avremo della materia prima e dell energia, che ritroveremo quantitativamente identici ma qualitativamente assai diversi in uscita, sotto forma di rifiuti solidi, liquidi o gassosi e di energia trasformata e in parte degradata. 25/11/10 23

24 Bilancio ecologico dei materiali L ecobilancio è dunque uno strumento, che deve permettere in primo luogo di quantificare per poi valutare gli effetti sugli esseri umani e sull ambiente del ciclo di vita completo di un prodotto. Si tratta di considerare aspetti molto differenziati i quali devono venir analizzati e valutati singolarmente senza ottenere un valore globale comprensivo di tutti gli effetti. 25/11/10 24

25 Bilancio ecologico dei materiali Consumo di materia prima: dedotto sulla base di dati reali e accertati. Consumo di energia (energia grigia) Inquinamento dell aria e dell acqua : si riferisce a tutte le emissioni provocate dai processi produttivi compresi evidentemente quelli richiesti dalla produzione di spesso espressa sotto forma di quantità d aria e d acqua critiche considerando i valori limite d inquinamento stabiliti dalle leggi vigenti o adottando altri criteri quali la loro influenza sull effetto serra, sul buco nell ozono o sull acidificazione delle acque). Inquinamento del suolo: considera tutte le sostanze non recuperabili emesse dai processi che avvengono su suoli non protetti (valutazione quantitativa non sempre possibile per mancanza di valori limite d inquinamento). 25/11/10 25

26 Bilancio ecologico dei materiali Le tappe che permettono di giungere alla determinazione dell energia grigia di un materiale si possono riassumere come segue. Definire e precisare tutti i processi di trasformazione del prodotto durante il suo ciclo di vita, analizzare i processi suddividendoli in un certo numero di stadi dilavorazione, per ogni stadio di lavorazione definire i diversi flussi di materia ed energia, quantificare il consumo di energia, relativamente a ciascun vettore energetico, determinare i diversi consumi di energia in termini di energia primaria comprensiva dell energia richiesta per produrre energia*-, sommare i consumi di energia primaria per ottenere l energia grigia. 25/11/10 26

27 Bilancio ecologico dei materiali Gli ecobilanci si inseriscono nelle nuove politiche ambientali volte a prevenire piuttosto che a curare il degrado ambientale. Essi costituiscono la base conoscitiva indispensabile per prendere delle decisioni nel campo della politica ambientale. Permettono l individuazione e la messa in evidenza di eventuali punti deboli (ad esempio spreco di materie prime e di energia) che si possono evitare nell interesse dell ambiente e dell impresa migliorando e ottimizzando i processi di produzione e il prodotto.. 25/11/10 27

28 Materiali da costruzione e ambiente Alcuni riferimenti S.Piardi, P. Carena, I. Oberti, A, Ratti, Costruire edifici sani - Guida alla scelta dei prodotti; (Progettazione Tecniche & Materiali, Maggioli editore, 1999) G. Allen, M. Moro,L. Burro, Repertorio dei materiali per la bioedilizia - ANAB; (Progettazione Tecniche & Materiali, Maggioli editore, 2001) 25/11/10 28