Energia incorporata nei materiali e nei componenti edilizi. Nel 1980

Energia incorporata nei materiali e nei componenti edilizi.
Nel 1980 le uniche fonti disponibili sull’argomento erano quelle (di area anglo-statunitense) qui
riportate in bibliografia. Si tratta di dati da interpretare con elasticità data la grande variabilità che
esiste fra un paese e l’altro riguardo: tecnologie costruttive, materiali, componenti e metodi produttivi
degli stessi.
I metodi seguiti per valutare l’energia incorporata in un prodotto sono basati sull’assunto che per un
dato processo industriale il costo energetico di tutti gli imputs è pari a quello di tutti gli outputs.
Esistono vari metodi di valutazione [1]:
a) il metodo statistico è basato su dati statistici nazionali, l’input energetico di un processo produttivo
viene diviso per il suo output [J/kg],
b) il metodo input/output prevede che siano calcolati gli input energetici ad ogni stadio del processo
produttivo e che poi vengano sommati gli input relativi ai vari stadi per ottenere il costo energetico
globale del prodotto finito,
c) il metodo PER (richiesta energetica del processo) prevede un’analisi dei costi energetici effettivi in
ogni particolare situazione.
I dati di seguito riportati in Tab. 1 si riferiscono al lavoro di Gartner e Smith [2], che parte dalla
valutazione degli inputs energetici per la produzione dei principali materiali utilizzati in edilizia e poi
confronta i contenuti energetici in quattro diversi tipi residenziali:
1) edificio a due piani costruito con metodo tradizionale, involucro portante in blocchi o mattoni), tetto
in legno catramato e travicelli in legno,
2) edificio a due piani costruito con metodo tradizionale, ma con muri portanti trasversali (non esterni)
in blocchi o mattoni e tamponamenti in pannelli leggeri,
3) edificio a quattro piani costruito con metodo tradizionale, struttura portante in blocchi o mattoni,
tetto come nei tipi precedenti e solai in (lastre di) c.a.,
4) edificio a nove piani costruito con murature portanti (armate –NdR-), solai e tetto in c.a..
Tabella I. Fonte: Gartner e Smith [2]
Si noti la differenza delle tecnologie costruttive menzionate in tabella con quelle in uso in Italia, in
nessuno dei tipi considerati è presente la struttura a telaio in c.a..
Il metodo seguito dagli autori è quello della richiesta energetica del processo (PER), e prevede la
quantificazione del consumo di energia relativo ad ogni materiale da costruzione.
Nel caso specifico gli autori sono giunti alla valutazione dell’energia incorporata nella costruzione dei
quattro tipi, ed all’analisi delle sue variazioni in funzione della tipologia e dei materiali impiegati.
Come si può osservare in Tabella I, pur in presenza di notevoli variazioni degli inputs energetici relativi
ai vari materiali, non si riscontrano grandi variazioni dell’energia incorporata media totale tra i primi tre
tipi edilizi, mentre per il quarto tipo quest’ultima grandezza assume un valore molto maggiore, il 40%
di questo maggior onere energetico è dovuto all’armatura in acciaio delle murature.
Osservando le ultime due righe della tabella (contenuto energetico per alloggio) si rileva che l’energia
incorporata è maggiore nelle costruzioni a più alto contenuto tecnologico (edifici alti) rispetto alle
costruzioni di tipo tradizionale.
Per uno stesso tipo edilizio sono possibili variazioni del 100% del contenuto energetico totale in
funzione dei materiali impiegati.
Nei valori riportati in tabella non sono compresi i costi energetici del trasporto, sia perché non
influenzate dalla tipologia edilizia, sia perché funzione del luogo.
Tra i tipi analizzati in tabella 1 non sono riscontrabili tuttavia grosse variazioni nella tecnologia
costruttiva e nei materiali.
Figura 1. Energia incorporata in funzione delle tipologie e delle tecnologie costruttive, in MJ/m3 vuoto
per pieno. Fonte: prime elaborazioni del gruppo di lavoro sulla normativa coordinato dal Prof. P.N.
Maggi all’interno del PFE 1 del CNR [6].
Mentre il contenuto energetico dei singoli materiali può essere valutato in base ad una analisi del ciclo
produttivo (in genere a cascata) i costi energetici di trasporto, sollevamento, posa in opera ed
assemblaggio di componenti e materiali variano notevolmente a seconda della tecnologia costruttiva
impiegata. Un’indagine condotta nell’ambito del PFE 1 del CNR [6], analizza queste variazioni, si
riporta una figura riassuntiva ed una valutazione dei contenuti energetici dei singoli materiali contenuta
nello stesso lavoro.
Embodied Energy [MJ/kg]
Zinco
Vetro
Vernice
Stagno
Rame
Polistirolo
Polietilene
Poliestere
Plastica
Piombo
Ottone
Olio lubr.
Mattoni
Legno
Lane minerali
Inerti
Ghisa
Gesso
Cemento
Calce
Amianto
Alluminio
Acciaio
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Figura 2. Energia incorporata di singoli materiali. Fonte: prime elaborazioni del gruppo di lavoro sulla
normativa coordinato dal Prof. P.N. Maggi all’interno del PFE 1 del CNR [6].
Domanda di energia in fase di utilizzo
I materiali isolanti (di conseguenza i tamponamenti leggeri) sono caratterizzati in genere da un
maggior contenuto energetico rispetto ai materiali tradizionali (pesanti), ma consentono poi un
rilevante risparmio energetico durante la vita (la fruizione) dell’edificio.
La cosa è confermata dalla differenza di contenuto energetico tra tecnologie che impiegano
componenti leggeri e quelle che impiegano componenti pesanti mostrata in Fig. 1.
Questo risparmio non è trascurabile dal momento che l’energia consumata nella fase di fruizione
(esercizio) di un’abitazione era stimata, nel 1980, pari a 10-15 volte quella richiesta dalla costruzione
[1]. Su questa valutazione concordano altre fonti più recenti [7], secondo cui i consumi legati alla
costruzione e ristrutturazione degli edifici possono essere stimati, sia pure con scarsa precisione, in 56 Tep (5,5·42·103= 231000 MJ per 100 m2) (*) per una unità abitativa (un appartamento) di 90-100 m2,
dunque dai 2100 ai 2500 MJ/m2. Questo in considerazione del fatto che ciò richiede l’impiego di circa
100 t di materiali, in gran maggioranza prodotti con processi di cottura o metallurgici, ed in
considerazione dei (modesti) costi energetici di cantiere.
Va rilevato che questa valutazione non concorda con quella prima citata [6], secondo la quale i costi di
costruzione, per una palazzina in linea di 3 piani con due vani scala e sei appartamenti per piano,
varierebbero tra i 5250 MJ/m2 (1750 MJ/m3), nel caso di tecnologia tradizionale, ed i 6750 MJ/m2
(2250 MJ/m3), nel caso di prefabbricazione leggera.
Il riscaldamento invece costituisce ancora (al 2006) il maggiore consumo energetico nella gestione di
edifici civili (61% del totale degli usi finali nel settore residenziale) [8]. In tutto esistono 19 milioni di
unità abitative (appartamenti) dotate di impianto fisso di riscaldamento, ognuna di esse consuma
mediamente 1 tep/anno per riscaldarsi (420 MJ/(m2·anno)). Si tratta ovviamente di una media tra
valori molto diversi, le cui variazioni sono in gran parte dipendenti dal clima.
Quindi in media, basandosi su quanto riportato in [7], un’unità abitativa consuma in 6 anni, per il solo
riscaldamento, una quantità di energia pari a quella necessaria per la sua costruzione, gli anni
scendono a tre se si considerano i consumi energetici totali relativi alla fruizione della stessa unità.
Pertanto nell’arco della vita utile dell’edificio (normalmente stimato in 40 anni) si avrebbe un consumo
energetico per solo riscaldamento di 40 tep, vale a dire anche otto volte il costo energetico di
costruzione.
In base ad elaborazioni condotte presso lo IUAV la domanda annua di energia primaria di un
appartamento situato in una palazzina in linea di 3 piani fuori terra con 2 vani scala e sei appartamenti
per piano, tipica delle nostre periferie a media densità, si aggira, nella provincia di Venezia, sui 450
MJ/m2 di energia primaria [9]. Il dato include la climatizzazione invernale (350 MJ/(m2·anno), la
climatizzazione estiva (30 MJ/(m2·anno) e l’illuminazione artificiale (70 MJ/(m2·anno). Se si assume
una vita dell’edificio di 40 anni la domanda di energia in fase di esercizio ammonta a 18000 MJ/m2 di
energia primaria, il che significa, facendo un confronto con i dati riportati in Figura 1 [6], dalle 2 alle 4
volte il costo energetico di costruzione, o dalle 7 alle 8,5 volte il costo energetico di costruzione
secondo [7].
Considerando la sola climatizzazione invernale (350 MJ/m2·anno) il suo costo è tra le 1,5 e le 3 volte il
costo energetico di costruzione secondo [6] o dalle 5,5 alle 6,6 volte il costo energetico di costruzione
secondo [7].
Questi dati devono far riflettere sulle possibilità di risparmio conseguibili nella fase di gestione di un
edificio, ed in particolare sulla riduzione delle sue dispersioni termiche.
Va detto che la stima eseguita nel 1980 molto probabilmente non includeva la climatizzazione estiva,
contemplava la climatizzazione invernale di un edificio non coibentato secondo le norme attuali, ed
includeva gli altri usi energetici: illuminazione, acqua calda, cucina, elettrodomestici.
Riferimenti bibliografici.
[1] I. Cicconi, S. Catalino e F. Finzi, “L’involucro edilizio e la questione energetica”, in Casabella n. 461
Settembre 1980.
[2] E.M. Gartner e M.A. Smith (Building Research Establishment Garston Wattor, G.B.), “Energy cost
of house construction”, in Energy Policy, Giugno 1976.
[3] G. Brown, P. Stellon, “The energy cost of a house” , in Energy Policy, Marzo 1977.
[4] P.F. Chapman, “Energy cost, a review of methods”, Open University, paper, Milton Keynes,
Novembre 1973.
[5] R.G. Stein, “Energy cost of building construction”, in Energy and Building, n.1 1977.
[6] Gruppo di lavoro sulla normativa coordinato dal Prof. P.N. Maggi all’interno del PFE 1 del CNR.
[7] V. Lattanzi (ENEA - Bari), “ADEMPIMENTI PROGETTUALI SECONDO IL DLgs N. 192/05 E
STATO DELL’ARTE DELLE NORME SULLA CERTIFICAZIONE ENERGETICA DEGLI EDIFICI”, Atti
del Convegno RISPARMIO ENERGETICO E CERTIFICAZIONE ENERGETICA DEGLI EDIFICI,
SALERNO 19 APRILE 2006 SALONE DEI MARMI PALAZZO DI CITTA’.
[8] AAVV. ENEA. Rapporto Energia e Ambiente 2005. Volume 1 - L’analisi. ISBN 88-8286-131-7
[9] Antonio Carbonari, Luca Porciani and Federica Fido, “Optimal orientation for a typical Italian
residential building and its urban context”, Proceedings of PLEA 2006 - The 23rd Conference on
Passive and Low Energy Architecture, Geneva, Switzerland, 6-8 September 2006. Vol. II pp 845- 848.
Note.
*) - Equivalenza: il potere calorifico inferiore (PCI) di 1 tonnellata equivalente di petrolio (tep) è di 42
gigajoules (GJ), ed equivale a sua volta a quello di 1,433 tonnellate equivalenti di carbone (tec).