NATURA E AMBIENTE. Il metodo lca applicato al ciclo di vita degli edifici

Transcript

1 Il metodo lca applicato al ciclo di vita degli edifici NATURA E AMBIENTE

2 Il metodo LCA OBIETTIVO UNITA FUNZIONALE FUNZIONE DEL SISTEMA CONFINI DEL SISTEMA ISO MATERIALI PROCESSI INVENTARIO ISO EMISSIONI E RISORSE ENERGIE Competenze: INGEGNERIA, FISICA, SC. AMBIENTALI, SC. NATURALI, BIOLOGIA, ARCHITETTURA, CHIMICA, MEDICINA, STORIA, ECONOMIA CLASSIFICAZIONE Emissioni e risorse CARATTERIZZAZIONE Emissioni e risorse CARATTERIZZAZIONE Categorie impatto NORMALIZZAZIONE VALUTAZIONE DEL DANNO VALUTAZIONE DEL DANNO AMBIENTALE ISO Metodi Eco-indicator 99, EPS 2000, EDIP 2003, IMPACT 2002+, ReCiPe ANALISI DI SENSIBILITA E VALUTAZIONE DEI MIGLIORAMENTI ISO 14044

3 Obiettivo dello studio e campo di applicazione Obiettivo: valutazione del danno dovuto alla costruzione o al recupero di un edificio. Unità Funzionale: l edificio e i suoi impianti durante la vita dell edificio. Confini del sistema: dall estrazione delle materie prime al fine vita dei materiali comprendendo la costruzione dei materiali, il cantiere, la costruzione dell edificio, l uso e la manutenzione. Banche dati: Ecoinvent e banche dati proprie costruite nell elaborazione di 250 studi LCA. Metodi usati: IMPACT (midpoint e endpoint) modificato con l introduzione dei costi esterni, dei costi interni, di indicatori socioculturali, EPS (endpoint) per i costi esterni, ReCiPe midpoint ed endpoint, USEtox. Codice utilizzato: SimaPro

4 Scomposizione dell edificio secondo la norma UNI 8290 e lo schema di classificazione di cui all appendice sistema tecnologico EDIFICIO MATERIE PRIME MATERIALI ELEMENTI TECNICI (capriata) CLASSI DI ELEMENTI TECNICI (copertura a tetto) UNITA TECNOLOGICHE (chiusure superiori) CLASSI DI UNITA TECNOLOGICHE (chiusure) LCA Estrazione e trattamento delle materie prime Produzione dei materiali Costruzione (cantierizzazione) Gestione (uso e manutenzione) Fine vita (riuso, riciclo, inceneritore e discarica) Articolazione in fasi del ciclo di vita secondo la definizione proposta dalla SETAC

5 Fasi principali del ciclo di vita di un edificio e dei relativi impianti 1. la fase di pre-produzione: approvvigionamento delle materie prime; 2. la fase di produzione dei materiali componenti l edificio e gli impianti e la loro distribuzione: produzione fuori opera; 3. la fase di costruzione: produzione in opera e cantierizzazione; 4. la fase di utilizzo: climatizzazione invernale ed estiva dell edificio, produzione acqua calda sanitaria, illuminazione e uso apparecchiature elettroniche, consumo di gas per uso alimentare, consumo di acqua, pulizia, gestione rifiuti, trasporto utenti; 5. la manutenzione: mantenimento delle funzioni dell edificio e degli impianti; 6. la fase di dismissione finale: demolizione, discarica, inceneritore, riciclo.

6 LCA fase 1: Estrazione e trattamento uso del territorio trattamento del minerale estratto abbattimento degli alberi trasporto stoccaggio

7 LCA fase 2: produzione dei materiali Laterizi Cemento Isolanti Tegole Rivestimenti Componenti degli impianti (elettrico, termico, idrico, climatizzazione, rete gas, di sicurezza) Vernici Sanitari Vetrocamera Infissi

8 LCA fase 3: costruzione Ponteggio Gru Macchine di carico Strumenti di lavoro Cantiere Tubazioni di scarico degli scarti e loro fine vita Betoniera Scavatore WC chimico Gestione rifiuti di imballaggio Assemblaggio dei componenti Scavo Fondazioni Solaio contro terra Pareti verticali Copertura Solai Muratura interna Scale Serramenti Impianti Pavimentazione Cucine e bagni Arredi Tinteggio Aree cortilive

9 Costruzione del sistema impiantistico Impianti termici Impianto elettrico Impianto idrico

10 Uso L uso dell edificio e degli impianti (termico, elettrico, idrico e rete gas) dipende anche dall utilizzatore, ma nell LCA viene attribuito solo al sistema edificio impianti. Uso di energia per la climatizzazione invernale ed estiva dell edificio: energia primaria invernale e potenza estiva. Uso dell energia per la produzione di acqua calda sanitaria. Uso di energia elettrica per l illuminazione degli ambienti che devono essere progettati in modo tale da ottimizzare l illuminazione naturale. Uso di energia elettrica per le apparecchiature elettroniche, per gli elettrodomestici per gli impianti di sicurezza, per l ascensore. Consumo di gas per uso alimentare. Consumo di acqua. Pulizia dell edificio e delle aree cortilive. LCA 4 fase: gestione (1) Gestione dei rifiuti prodotti dagli utenti da collegare alla raccolta dei rifiuti cittadina. Trasporto degli utenti per raggiungere l edificio: questo deve essere vicino ai luoghi di maggiore interesse per gli utenti. Gestione delle aree cortilive allo scopo di ridurre l impatto dovuto all occupazione del suolo dell edificio

11 LCA 4 fase: gestione (2) Manutenzione Si stabilisce la vita utile dell elemento tecnico analizzato e si definiscono i cicli manutentivi a cui è soggetto l elemento tecnico e i singoli materiali che lo compongono. Nell LCA gli elementi tecnici vengono considerati per un numero di volte pari al rapporto tra la vita utile dell edificio e la vita utile dell elemento.

12 LCA fase 5: Fine vita Smontaggio degli componenti da riciclare (serramenti, isolanti, laterizi, tegole) Smontaggio dei componenti con trattamenti di fine vita ad hoc (lana di roccia) Abbattimento della parte restante Frantumazione della parte abbattuta Riciclo o discarica del frantumato Fine vita dei componenti con trattamento ad hoc Fine vita degli scarti

13 LCA per la progettazione a minor impatto ambientale degli edifici Scelta della fonte energetica Carichi statici e dinamici Verifica strutturale Scelta dei pacchetti tecnologici (1mq) Rumore, acqua, energia elettrica per illuminazione, rifiuti, trasporti Criteri di bioedilizia PROGETTO DELL EDIFICIO Analisi del ciclo di vita Comfort termo-igrometrico nell edificio Scelta dell impianto di climatizzazione Calcolo del fabbisogno energetico invernale ed estivo Verifica energetica Energia primaria teorica invernale ed estiva e fine vita Costi esterni < Cest.lim SI Stop NO Costi interni

14 Progettazione a minore impatto ambientale Progettazione che consenta la separazione del massimo numero di componenti: design for disassembly. Progettazione degli elementi tecnici che consenta di ridurre la dispersione del calore. Progettazione dell assetto dei vani in modo da rendere minimo l uso di energia elettrica per l illuminazione. Orientamento dell edificio e assetto dei vani in modo da permettere un raffrescamento naturale. Uso di energia rinnovabile. Recupero e depurazione delle acque piovane. Gestione dei rifiuti per ottimizzare la raccolta differenziata. Scelta del luogo nel quale costruire l edificio tale da rendere minimo il trasporto per raggiungere i luoghi necessari per la vita comune e mantenere il valore urbano. Aree cortilive con verde e con pavimentazione permeabile. Uso di legno proveniente da foreste certificate. Uso di materiali provenienti da riciclo. Assenza di materiali provenienti da scarti industriali nei laterizi e nelle vernici. Uso di vernici ad acqua. Arredi senza emissioni indoor.

15 Applicazione dell analisi LCA alla scala dell ELEMENTO TECNICO Si consiglia, in fase di progetto, di seguire l iter procedurale per la scelta del pacchetto di involucro (pareti verticali, copertura, solai, serramenti) ottimale dal punto di vista energetico - ambientale: la progettazione del pacchetto deve contenere il consumo di energia e il fine vita.

16 Vantaggio della valutazione LCA nella nuova costruzione 1. Il progettista ha a disposizione uno strumento oggettivo e scientifico che gli permette di scegliere, durante la fase di progettazione, la soluzione dell elemento tecnico e del sottosistema tecnologico con il minor danno ambientale complessivo tra i sistemi edificioimpianto studiati. 2. La somma dei costi esterni (ambientali) e dei costi interni (costi economici) può essere un importante parametro decisionale per l utente dell edificio. 3. La certificazione energetica degli edifici potrebbe essere fatta richiedendo una valutazione degli impatti ambientali generati dall intero ciclo di vita del sistema edificioimpianto, poiché rappresenta un ottimo strumento per valutare le strategie costruttive che minimizzino la quantità di energia richiesta in tutte le fasi della vita dell edificio. La certificazione ambientale potrebbe essere sostituita da una certificazione ambientale (come l Ecolabel degli Edifici). 4. Nei concorsi per l attribuzione dei lavori per le opere pubbliche, la Pubblica Amministrazione potrebbe stabilire per l edificio proposto un limite superiore del danno ambientale o del costo esterno, in relazione alle tecnologie costruttive ed impiantistiche attualmente adottabili.

17 Ecolabel degli edifici (2010, 3 a bozza)

18 Applicazione dell analisi LCA alla scala dell edificio: RISTRUTTURAZIONE L analisi LCA può essere applicata per valutare la convenienza ambientale di una ristrutturazione, di una demolizione con successiva ricostruzione o del mantenimento dell edificio nella condizione attuale.

19 L LCA applicato all edificio: differenti approcci 1 approccio Confronto tra 2 LCA: LCA dell edificio vecchio e LCA edificio ristrutturato, riferiti ad uno stesso orizzonte LCA edificio temporale. non COSTRUZIONE FINE VITA Da ristrutturato tale confronto si ottiene una disequazione che quantifica il vantaggio o lo svantaggio della ristrutturazione rispetto al mantenimento: t 0 LCA edificio ristrutturato < o t> 1 LCA edificio non ristrutturato t 2 Tale metodo può essere applicato anche per il confronto tra LCA dell edificio vecchio e LCA edificio nuovo, riferiti ad uno stesso orizzonte temporale: LCA edificio ristrutturato COSTRUZIONE LCA edificio nuovo < o > LCA edificio vecchio RISTRUTTURAZIONE FINE VITA t 0 t 1 t 2

20 L LCA applicato all edificio: differenti approcci 2 approccio LCA dell edifico ristrutturato (relativo ad un orizzonte temporale pari al tempo che va dalla ristrutturazione (t 1 ) al suo fine vita (t 2 )) che tenga conto del contributo che ad esso forniscono i componenti dell edificio vecchio (t 0 ), mantenuti in vita: LCA ((componenti vecchi + fine vita)*(t 2 -t 1 )/(t 2 -t 0 ) + (fine vita componenti dismessi durante la ristrutturazione) + (componenti nuovi + fine vita)+ uso da t 1 a t 2 ) 3 approccio LCA dell edificio ristrutturato senza tener conto dei componenti mantenuti in vita: LCA (fine vita componenti dismessi durante la ristrutturazione) + (componenti nuovi + fine vita)+uso da t 1 a t 2 ) LCA edificio ristrutturato COSTRUZIONE RISTRUTTURAZIONE FINE VITA t 0 t 1 t 2

21 Valutazione del danno ambientale Gli indicatori socio-culturali Valutazione + socio-culturale dell edificio = LCA completo Età dell edificio Testimonianza storica dell edificio Caratteristiche architettoniche dell edificio I vantaggio sociali derivanti dall uso dell edificio Considerati nella valutazione del danno come nuovi indicatori con valori negativi (modifica dei metodi di valutazione) Oppure come coprodotti della ristrutturazione I coprodotti assumono una parte del danno della ristrutturazione Allocazione basata sul grado di interesse collettivo

22 Uno strumento semplificato per il calcolo dell LCA Raccolta di 76 processi ottenuti da banche dati europee o frutto di studi LCA precedenti. Analisi ambientale di ogni processo con il Metodo dell Analisi del Ciclo di Vita (LCA). Individuazione delle variabili principali che influiscono sull Unità funzionale del processo. Calcolo degli indicatori in funzione di un insieme standard di variabili, con due Metodi di valutazione endpoint. Definizione per ogni processo di un Foglio per il calcolo degli indicatori in funzione delle variabili. Costruzione di un Sito web per il calcolo degli indicatori, il confronto e l assemblaggio dei processi.

23 Caso studio Progetto di riqualificazione della Villa Cuoghi Vignocchi, sede attuale Municipio di Fiorano. 1850: nasce come villa privata. 1929: acquisizione da parte del comune. La villa era composta dalla casa padronale e da terreni e giardini nei quali viene ricavata la piazza dedicata a Ciro Menotti. 1939: ampliamento della villa con una nuova ala verso nord e con una torretta e viene inaugurata come nuova sede del Municipio.

24 Life Cycle Assessment Obiettivo dello studio: la valutazione dell impatto ambientale del progetto di ristrutturazione del Municipio di Fiorano Modenese. Unità funzionale: sistema edificio-impianti nell arco di tempo che intercorre dalla sua costruzione (t 0 =1850) fino alla sua dismissione finale (t 2 =2113). La ristrutturazione avviene nell anno 2013 (t 1 ). Si assume un tempo di vita utile dell edificio ristrutturato di 100 anni.

25 Metodo di valutazione del danno IMPACT modificato Modifiche al metodo: Inserimento di indicatori socio-culturali allo scopo di considerare i vantaggi che possono provenire dalla riqualificazione di un edificio come il Cultural value of building, Human well-being, Function of building, Urban value. Inserimento di indicatori che contemplano i vantaggi (Non-carcinogens indoor, Respiratory inorganics indoor) e svantaggi (Carcinogens inhaled) generati dall impiego di materiali funzionalizzati con TiO 2.

26 Damage assessment % Social aspects % nanotio 2 benefits

27 Life Cycle Impact Assessment Total damage: Pt 28,6% Riscaldamento 12,6% Trasporti 12,6% Consumo energia elettrica e impianti 5,8% Pulizie 3% Consumo acqua e impianti Damage category % Human Health Resources Climate change Radioactive waste Ecosystem quality 6.69 Carcinogens inhaled (nanotio 2 )

28 Conclusioni L LCA consente al progettista di scegliere le soluzioni progettuali a minore impatto ambientale. Il risultato dell LCA permette una valutazione economica più completa dell edifici (costi interni + costi esterni). Il risultato dell LCA determina un limite di danno superiore che la Pubblica Amministrazione può utilizzare nella stesura del bando di gara di appalto. Il risultato dell LCA determina un criterio per l attribuzione di eventuali incentivi. L analisi ambientale dell edificio potrebbe condurre alla certificazione ambientale di esso.