SICUREZZA e SOSTENIBILITA’:
Progettazione consapevole del territorio e degli edifici - Lanciano (CH), 23 settembre 2016
SOSTENIBILITA’ E’ SICUREZZA: PAROLE CHIAVE
cultura
ambiente
progetto come valore
salvaguardia risorse
SOSTENIBILITA’
SICUREZZA
società
tutela salute
economia
Architetto Francesco Masciarelli
cost effectiveness
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SOSTENIBILITA’ E’ SICUREZZA: AZIONI
Ridurre quasi a zero il fabbisogno di energia
Ridurre quasi a zero l’impatto sull’ambiente
Architetto Francesco Masciarelli
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edifici a consumo di energia quasi zero (NZEB)
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direttiva 2010/31/UE
legge 03.08.2013 n° 90 etc etc
NZEB: norme e definizioni
edificio a energia quasi zero (NZEB)
richiesta energetica vicina allo zero
coperta in misura molto
significativa da fonti rinnovabili
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NZEB o Passivhaus? Un concetto, non uno standard ...
Casa passiva non è uno
standard energetico, ma un
concetto integrato finalizzato
al raggiungimento di un
elevato livello di comfort
La casa passiva è un
edificio nel quale il comfort
termico (ISO 7730) può
essere raggiunto solo con
il post-riscaldamento (e/o il
post raffrescamento)
dell’aria di ricambio, aria
necessaria per soddisfare i
requisiti minimi di norma
per le qualità dell’aria
interna
Passivhaus: definizione funzionale
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Cos’è un edificio passivo?
Principi (cinque) di base
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NZEB e clima freddo: caratteristiche costruttive
grandi aperture finestrate verso sud
vetrate basso emissive
guadagno solare diretto
iper isolamento termico
thermal bridge free design
costruzione ermetica
ventilazione meccanica
carichi interni
attenzione però: le strategie (solo) invernali possono penalizzare il
comportamento estivo
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NZEB e carichi interni (internal loads)
prestare particolare attenzione ai carichi interni, soprattutto in edifici
non residenziali
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NZEB MED: clima mediterraneo
occorre diversificare le strategie
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NZEB MED: case study
progettazione integrata bioclimatica
sfruttamento apporti solari passivi
invernali & protezione dal
surriscaldamento estivo
bassi valori di trasmittanza per
involucro opaco e trasparente,
isolanti ad elevato calore specifico e
massa adeguata
thermal bridge free design &
costruzione a tenuta all’aria
ventilazione meccanica controllata
(VMC) con recupero di calore
(rendimento elevato)
preriscaldamento/preraffrescamento
(geotermico) dell’aria in ingresso
concetti di base
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NZEB MED concetti
l’approccio
integrato prevede
che architettura,
struttura, impianti e
sistemi per la
produzione di
energia da FER
vengano progettati
e lavorino assieme,
in armonia
con l’ambiente,
come parti
di un unico
“organismo”
progettazione integrata
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NZEB MED concetti
l’architettura
bioclimatica
prevede
un elevato
livello di
interazione
dell’edificio
con l’ambiente
naturale
interazione che,
nel clima
mediterraneo,
deve essere
equilibrata tra
esigenze invernali
ed esigenze estive
progettazione bioclimatica
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NZEB MED
In un edificio a consumo di energia
quasi zero è possibile ridurre i
problemi connessi alla presenza di
ponti termici seguendo i principi del
“Thermal bridge free design”
1. l’isolamento termico dell’involucro
deve essere progettato in modo che
sia possibile disegnare il suo
perimetro senza staccare mai la matita
dal foglio (linea rossa nel disegno)
2. Seguendo la correlazione tra il coefficiente Ψ
(asse y) e la conduttività termica λ (asse x), se il
valore λ < 0.25 W/(mK) allora Ψ ≤ 0.01 W/(mK) ed
il particolare costruttivo è considerato “thermal
bridge free”. Il criterio è evidenziato nel grafico
dalla linea blu
thermal bridge free design
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NZEB MED: case study
isolanti in fibra di
legno
Scopo del “Thermal bridge
free design” è soprattutto
quello di aumentare
l’attenzione verso i dettagli
costruttivi
elevata capacità
termoisolante
elevato
calore specifico
massa differenziata
(in relazione
all’esposizione)
permeabilità al
vapor d’acqua
prodotti naturali &
riciclabili
progetto involucro e struttura: dettagli esecutivi (accurati)
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NZEB MED: case study
calcolo della
trasmittanza del
componente
verifica fenomeni di
condensa –
diagramma di
Glaser
analisi ad elementi
finiti e calcolo del
ponte termico
0
0
0
0
0
progetto involucro e struttura: analisi di fisica edile
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NZEB
La prima ragione per un’architettura a
tenuta all’aria è quella di prevenire la
formazione di condensa nell’involucro
e di ridurre le dispersioni di energia
La seconda ragione per un’architettura a
tenuta all’aria, valida solo per NZEB, è che
così diviene possibile usare l’aria di rinnovo
per riscaldare e raffrescare l’edificio
costruzione ermetica: ragioni
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NZEB MED: case study
nastri butilici per
sigillature
elementi
strutturali o
passanti
nastri acrilici per
sigillature
superficiali
pannelli
nastri espansivi
per sigillature
serramenti
costruzione ermetica: particolari cantiere
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Sostenibilità è Sicurezza: progetto ed edificio come valore
progettazione integrata/olistica bioclimatica
attenzione ai dettagli costruttivi nel progetto: involucro, struttura,
impianti, ambiente
attenzione ai dettagli costruttivi nel cantiere: involucro, struttura,
impianti, ambiente
compensi e costi adeguati alla qualità del progetto e della costruzione
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NZEB
L’impianto VMC preleva aria esausta da
cucina, bagni e locali di servizio con
alti contenuti di inquinanti ed umidità (e
calore), ed immette aria fresca in
camere, soggiorni, etc.
Per una gestione energetica efficiente
deve essere presente un sistema di
recupero del calore contenuto nell’aria
esausta che, attraverso uno
scambiatore, viene ceduto all’aria
fresca in ingresso. La tecnologia dei
sistemi di recupero garantisce oggi
percentuali comprese tra il 75 ed il
90%, consentendo di recuperare una
quantità di calore da 8 a 15 volte
superiore all’energia elettrica spesa
ventilazione meccanica controllata (VMC)
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NZEB MED: case study
Per incrementare l’efficienza energetica nella fornitura di aria fresca esterna viene aggiunto
al sistema, se possibile, uno scambiatore di calore interrato per pre-riscaldare o preraffrescare l’aria. L’impianto riduce il rischio di formazione di ghiaccio invernale nell’unità di
recupero, e l’umidità estiva dell’aria in ingresso
ground (subsoil) heat exchanger
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NZEB
Il grafico evidenzia come in
corrispondenza del valore di
15 kWh/m²a (1,5 lt/m²a ) si verifichi
una riduzione dei costi di costruzione
dovuta al minor impatto
dell’impianto termico,
conseguenza della riduzione
del fabbisogno energetico.
La letteratura tecnica riporta, rispetto
all’edilizia tradizionale, maggiori
costi di costruzione del 10% circa
e minori consumi di energia del 90% circa
passivhaus: cost effectiveness
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Sostenibilità è Sicurezza: cost effectiveness
minori costi per energia
rapporto equilibrato costi-benefici
minori costi sanitari, maggiore efficienza lavoro e studio
minori costi per errori di progettazione e di costruzione
appropriatezza investimenti
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edifici ad impatto ambientale quasi zero: case study
Studio sull’impatto ambientale (quasi) zero di questo edificio
Tesi di laurea magistrale Facoltà di Ingegneria Università di Perugia
Energy and Buildings
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case study
Nessun impatto sulla vegetazione
Minor spostamento di terra e pietre
Minor inquinamento generato dallo
spostamento e/o
dall’approvvigionamento del
materiale necessario
mantenimento/spostamento essenze - riuso materiale di scavo
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case study
Permeabilità totale della superficie non coperta dagli edifici
Mantenimento della funzione di regolazione idrica:
assorbimento acqua piovana, riduzione rischio idro-geologico,
maggior efficienza dei sistemi fognari urbani
permeabilità superficie non coperta
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case study
Stoccaggio (interrato) di grandi dimensioni
Autonomia oltre 2 mesi (senza precipitazioni).
Usi ammessi: giardino, scarichi e lavatrici
Mantenimento della funzione di regolazione idrica:
- riduzione rischio idro-geologico
- maggior efficienza dei sistemi fognari urbani
- minor consumo di acqua potabile
recupero e riuso acque piovane
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Environmental Product Declaration (EPD)
Tipo I
Etichette ecologiche volontarie basate su un
sistema multicriteria che considera l’intero ciclo
di vita del prodotto, sottoposte a certificazione
esterna da parte di un ente indipendente
(marchi di qualità - norma ISO 14024)
Tipo II
Etichette ecologiche che riportano auto-dichiarazioni
ambientali da parte di produttori, importatori o
distributori di prodotti, senza che vi sia l’intervento di un
organismo indipendente di certificazione (tra le quali:
”Riciclabile”, “Compostabile”, ecc. - (norma ISO 14021)
Tipo III
Etichette ecologiche che riportano dichiarazioni basate
su parametri stabiliti e che contengono una
quantificazione degli impatti ambientali associati al
ciclo di vita del prodotto calcolato attraverso un sistema
LCA. Sono sottoposte a un controllo indipendente e
presentate in forma chiara e confrontabile (EPD norma ISO 14025)
Uso di materiali etichettati (e se possibile naturali), preferibilmente Tipo I e III.
ATTENZIONE: l’etichettatura riguarda la sostenibilità ambientale del prodotto non
dell’edificio!
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case study
Materiali isolanti naturali - EPD Tipo III
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case study
Materiali isolanti sintetici EPD Tipo III
Uso appropriato dei materiali:
isolanti sintetici al suolo!
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case study
Materiali per pavimentazione (artificiali) - EPD Tipo I
Collanti ed impermeabilizzanti per pavimentazione – Etichettatura non ISO
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Life Cycle Assessment (LCA)
L’impatto sull’ambiente derivante dalla costruzione, gestione e manutenzione, dismissione di un edificio può
essere analizzato attraverso il Life Cycle Assessment (LCA). Questa analisi consente di studiare tutti i flussi di
materia e di energia all’interno di un processo edilizio e di quantificare gli impatti ambientali ad essi collegati.
Segue le norme UNI EN ISO serie 14040
Gli indicatori di impatto ambientale più utilizzati sono i seguenti:
1
consumo di risorse naturali (consumi energetici netti, consumi da fonti non rinnovabili, consumi di acqua,
consumi di materia,occupazione di volumi)
2
inquinamento atmosferico (emissioni in aria di polveri, metalli e organici, crescita dell’effetto serra,
acidificazione)
3
inquinamento dell’acqua (scarico di metalli, solidi sospesi e sostanze organiche disciolte, eutrofizzazione)
4
generazione di rifiuti solidi (di varia provenienza e classe)
L’applicazione della metodologia LCA agli edifici fornisce informazioni ambientali necessarie alle scelte
progettuali per mezzo della valutazione dei consumi di energia e risorse ambientali e delle emissioni inquinanti
dovuti a materiali, componenti ed impianti. Lo studio viene esteso nel tempo alle fasi di costruzione,
gestione e manutenzione, dismissione: dalla culla alla tomba. LCA è considerato l’unico approccio
scientifico in grado di fornire dati oggettivi sulla sostenibilità ed il carico ambientale generati da un edificio
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LCA: decostruzione progettata *
Minimizzazione rifiuti C&D (2008/98/CE)
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LCA senza FER: impatto ambientale minimo
N.B. l’apporto maintenance è considerato solo per Passive house
MJ/m2 anno
LCA senza apporti da FV
1200
1000
800
600
400
200
0
-200
Pre use &
maintenance
Use
End of use
Single house Perugia
PV
Lyfe cycle
Passive house Perugia
Un edificio ad impatto (quasi) zero ha un effetto negativo sull’ambiente circa 3 volte inferiore ad un
edificio ordinario simile per localizzazione, superficie e tipologia …
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LCA + FER: impatto ambientale quasi zero *
N.B. l’apporto maintenance è considerato solo per Passive house
LCA con apporti da FV (10 kWh/m2 anno)
MJ/m2 anno
N.B. il maggior impatto ambientale di un edificio ordinario (fase use) è dato dal consumo di energia
1000
800
600
400
200
0
Pre use &
-200 maintenance
Use
End of use
PV
Lyfe cycle
-400
Single house Perugia
Passive house Perugia
… ma se dotiamo entrambi gli edifici di un identico sistema di produzione di energia da fonti
rinnovabili, vediamo come l’impatto sull’ambiente dell’edificio “ad impatto zero” si annulla, mentre
quello dell’edificio ordinario rimane comunque elevato
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Sostenibilità è Sicurezza: salvaguardia risorse
consumo di energia quasi zero
auto-sufficienza energetica da FER
impatto ambientale (LCA) quasi zero
decostruzione progettata e minimizzazione rifiuti C&D
minimizzazione/azzeramento emissione gas climalteranti
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La temperatura dell’aria è il parametro con la
maggiore influenza sullo stato di salute degli individui
(Piano Sanitario Nazionale)
Qualità della vita e salute
Batteri e funghi (muffa) all’interno degli edifici sono la
causa di patologie del sistema respiratorio ed
immunitario (World Healt Organization - WHO)
Esistono relazioni dirette tra inquinamento dell’aria
interna ed insorgenza di patologie legate a processi
infettivi ed a tossicità diretta. Sick Building Syndrome
In persone anziane l’incidenza di fenomeni di
insufficienza respiratoria acuta connessi alla quantità
di inquinanti presenti nell’aria interna è più elevata
L’utilizzo di materiali da costruzione con etichettatura
EPD ed a basso contenuto (emissione) di inquinanti,
garantisce un ambiente interno più sano
Gli edifici ad impatto zero creano un
ambiente favorevole alla salute delle
persone con temperatura costante,
assenza di muffe e funghi da
condensa, con ridotta presenza di
allergeni ed inquinanti.
Architetto Francesco Masciarelli
16°
19°
14°
12°
18°
17°
10°
Aria 23°
15°
17°
Aria 20°
18°
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Povertà energetica: inverno
Esiste una relazione tra morti invernali in eccesso,
basse temperature interne e scarsa efficienza
energetica.
La “povertà energetica” viene definita come una
spesa ≥ 10% degli introiti di una famiglia per il
riscaldamento (od il raffrescamento), al fine di
mantenere la temperatura dell’abitazione a livelli
confortevoli (OMS 21° zona giorno, 18° zona notte
per almeno nove ore al giorno); oppure risparmiare
sul consumo mantenendo la casa poco riscaldata.
La povertà energetica è generata da quattro fattori:
1. Efficienza energetica dell’abitazione
2. Stato ambiente circostante e meteoclimatico
3. Costo dell’energia
4. Situazione economica degli abitanti
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Povertà energetica: estate
Esiste una relazione tra morti estive in
eccesso, temperature interne elevate e
scarsa inerzia termica degli edifici.
Secondo studi consolidati la
temperatura interna estiva non
dovrebbe superare i 25°C con
umidità relativa attorno al 50%.
Quando questo limite è superato di
molto, l’organismo umano spende
molte energie per adattarsi e
ciò riduce le difese immunitarie.
Le persone con difese immunitarie più
deboli, soprattutto anziani, sono le più
esposte a rischi anche gravi.
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Povertà energetica estiva: l’isola di calore
In città il problema aumenta:
le abitazioni con scarsa
inerzia termica sono ancora
più calde, a causa dell’effetto
città (surriscaldamento da
raffrescamento, assenza di
vegetazione ed evaporazione,
asfalto), ed uscire per trovare
fresco è impossibile.
I rischi per le persone anziane
e per i soggetti più deboli
aumentano sensibilmente.
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Sostenibilità è Sicurezza: tutela salute (e maggiore equità)
temperatura ed umidità costanti
assenza patologie da condensa
ricambio aria costante ed efficiente
ridotta presenza allergeni ed inquinanti
migliore salute e qualità della vita indoor (ed outdoor)
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