analisi emergetica di un edificio: effetti ambientali

FACOLTÀ DI SCIENZE MATEMATICHE FISICHE NATURALI
Corso di Laurea Specialistica in Chimica per lo Sviluppo Sostenibile
Dipartimento di Scienze e Tecnologie Chimiche e dei Biosistemi
ANALISI EMERGETICA DI UN EDIFICIO:
EFFETTI AMBIENTALI DI MATERIALI E TECNICHE
DELLA BIOARCHITETTURA
Relatore:
Chiar.ma Prof.ssa Nadia Marchettini
Correlatore:
Arch. Riccardo Maria Pulselli
Tesi di Laurea Specialistica di:
Eugenio Simoncini
Anno Accademico 2004- 2005
A tutti i partigiani,
che mi hanno permesso
d’avere quattro mura intorno,
un cielo dove splende ancora un po’ di sole
e la forza e la volontà
di pensare un altro
mondo
2
INDICE
Premessa………………………………………………………………………………..6
Capitolo 1. L’architettura e politiche ambientali…………………………………….8
1.1 Il valore dell’architettura……………………………………………………………8
1.2 Rilevanza del settore edile nel mondo……………………………………………..11
1.3 Bioarchitettura: politiche ambientali nel settore edile…………………………… 15
Capitolo 2. Le basi scientifiche della sostenibilità…………………………………..19
2.1 Il concetto di limite e la Teoria della Sostenibilità………………………………..19
2.2 Dalla Termodinamica agli edifici, attraverso il concetto di Struttura Dissipativi…22
Capitolo 3. Tecniche e indicatori per il monitoraggio dei trend di consumo delle
risorse ambientali nel settore edile…………………………………………………...29
3.1 La valutazione attraverso tecniche e indicatori applicati al settore edile…………..29
3.2 Indicatori di stato dell’ambiente e di pressione…………………………………….31
3.3 Indicatori di sostenibilità…………………………………………………………...36
Capitolo 4. Metodi per la valutazione della sostenibilità ambientale attraverso
indicatori olistici………………………………………………………………………37
4.1 La valutazione di sostenibilità nella normativa nazionale e europea………………38
4.2 Analisi del Ciclo di Vita (LCA)……………………………………………………39
4.3 Impronta Ecologica (Ecological Footprint)………………………………………..40
4.4 Analisi eMergetica ( H. T. Odum)………………………………………………….41
4.5 Emergia ed Economia………………………………………………………………51
3
Capitolo 5. Calcolo dell’emergia specifica del cemento e del calcestruzzo..............52
5.1 Introduzione………………………………………………………………………...53
5.2 Calcolo della Transformity del cemento…………………………………………...55
5.3 Calcolo della Transformity del trasporto dei materiali edili…………………….....57
5.4 Calcolo della Transformity del calcestruzzo……………………………………….61
5.5 Conclusioni e verifica dei risultati………………………………………………….64
5.6 Caratteristiche generali del calcestruzzo…………………………………………...66
5.7 Cemento, calcestruzzo e inceneritori……………………………………………….73
Capitolo 6. Analisi Emergetica dell’edificio…………………………………………76
6.1 Descrizione dell’edificio…………………………………………………………..78
6.2 Diagramma energetico (Energy System Diagram)………………………………...83
6.3 Selezione dei dati…………………………………………………………………..85
6.4 Struttura dell’analisi……………………………………………………………….89
6.4.1 Analisi Emergetica dei materiali………………………………………………………90
6.4.2 Analisi Emergetica delle Parti Costruttive………………………………………...97
6.4.3 Analisi Emergetica della Fase d‘ Uso dell’edificio………………………………..104
6.5 L’Emergia della Funzione Abitativa: alcuni indici……………………………….107
Capitolo 7. Analisi Comparata di scenari bioclimatici. Il tema dell’involucro…..112
7.1 Sistemi di facciata e scenari per prestazioni migliorate………………………......113
7.1.1 Il sughero per il rivestimento esterno…………………………………………….117
7.1.2 Il sistema di facciate ventilate…………………………………………………...120
7.2 Analisi Emergetica dei sistemi di facciata………………………………………..123
7.2.1 Scenario A: sistema di Facciata Tradizionale……………………………………123
7.2.2 Scenario B: sistema di facciata con cappotto esterno in sughero………………….124
7.2.3 Scenario C: sistema di Facciata Ventilata………………………………………..125
7.3 Analisi Termica dei sistemi di facciata……………………………………………126
7.3.1 Scenario A: Analisi Termica……………………………………………………..135
7.3.2 Scenario B: Analisi Termica……………………………………………………..136
7.3.3 Scenario C: Analisi Termica……………………………………………………..137
7.4 Discussione e conclusioni………………………………………………………...138
4
Capitolo 8. Analisi emergetica di una cella fotovoltaica e calcolo della
Transformity dell’energia elettrica fotovoltaica…………………………………...141
8.1 Analisi Emergetica del processo produttivo………………………………………142
8.2 Produzione di energia elettrica……………………………………………………146
8.3 Transformity del fotovoltaico……………………………………………………..147
8.4 Analisi Economica………………………………………………………………...147
8.5 Conclusioni………………………………………………………………………..149
Capitolo 9. Analisi comparata Emergetica – Economica………………………….150
9.1 Introduzione……………………………………………………………………….151
9.2 Calcolo dell’emergia a partire dalla situazione economica: stima dell’errore……152
9.3 L’indice Φ: rapporto F/Pr.C. ……………………………………………………..154
Conclusioni…………………………………………………………………………..155
Appendici…………………………………………………………………………….158
Appendice A: Calcoli Emergetici………………………………………………………..159
Appendice B: Valore Attuale Netto e indici economici correlati…………………………..183
Appendice C: elenco delle transformity ed emergie specifiche utilizzate…………………..187
Appendice D: calcolo dell’emergia specifica della terra cruda per laterizi………………..191
Bibliografia...…………………………………………………………………………192
Ringraziamenti……………………………………………………………………….200
5
PREMESSA
Questo lavoro è ispirato ad un chiaro intento, quello di orientare le forze e le conoscenze
verso un uso più razionale delle risorse naturali, facendo esplicito riferimento al settore
delle costruzioni.
La casa è un bene primario dell’uomo, ed un elemento caratterizzante di una società,
una comunità organizzata e insediata in un luogo specifico. La tendenza ad uniformare
le molteplici espressioni dell’architettura (che rispecchiano culture, tradizioni, storie,
climi e stili) a pochi canoni, dettati da sterili operazioni di mercato, a partire dagli anni
‘70 del boom economico in Italia, ha compromesso le basi di un legame secolare tra
l’uomo e la Terra, tra abitante e habitat.
Alcuni paesaggi urbani contemporanei, a partire dalle periferie delle grandi città fino ai
più recenti insediamenti e piccoli agglomerati di provincia, testimoniano una perdita del
legame logico tra il pensiero e le azioni: non c’è corrispondenza tra il desiderio di vivere
in un ambiente sano e confortevole e molte delle pratiche edili attuali.
I criteri del costruire devono pertanto essere riformulati a partire dal riconoscimento di
una stretta dipendenza tra le attività dell’uomo, come l’architettura, e l’integrità delle
funzioni e delle risorse naturali.
Il Principio universale che nessun essere umano può eludere, ed al quale l’architettura e
l’abitare devono attenersi, è l’esistenza dei limiti fisici dettati dalla natura e dalla
necessità di equità tra specie, individui e generazioni.
Il presente lavoro ha l’intento di individuare questi vincoli fisici e orientare le scelte
verso pratiche costruttive sostenibili e compatibili con l’ambiente.
La Tesi prende l’avvio con una prima parte in cui sono stati esposti i principi di
sostenibilità e le teorie scientifiche generali alla base delle discipline ecologiche. Inoltre,
sono stati introdotti indicatori comunemente usati per le valutazioni ambientali nel
settore edile, a partire dai metodi di valutazione diffusi in Europa e in USA, e si è poi
discusso sull’opportunità di usare indicatori di sostenibilità per la verifica delle pratiche
costruttive tradizionali e bio-compatibili.
6
Nella seconda parte della tesi, un metodo di contabilità ambientale è stato applicato ad
alcuni processi afferenti al settore edile: la produzione dei materiali edili (cemento e
conglomerati), il trasporto degli inerti, la costruzione di un edificio con tecniche
costruttive tradizionali, l’uso dell’edificio nel tempo di vita (la funzione abitare).
Sono stati inoltre ipotizzati diversi scenari prevedendo l’impiego di materiali a minor
impatto, di tecniche costruttive innovative e della tecnologia fotovoltaica per migliorare
le prestazioni degli edifici e contenere i consumi energetici. Il confronto tra
investimento iniziale per la costruzione dell’edificio, in termini di risorse naturali (o
capitale naturale), e il consumo di risorse nella fase d’uso, stimando sprechi e risparmi
energetici, ha dunque lo scopo di verificare l’efficacia delle pratiche comuni della
bioarchitettura e orientare le scelte verso tecniche costruttive a minor impatto.
La necessità di equità era profondamente nota a coloro cui dedico questa Tesi. A loro,
ai partigiani, devo il fatto di avere una casa, una memoria diversa e dei principi: che
questo mondo non è l’unico dei mondi possibili, che ne può esistere uno più equo, e che
non si può rimanere indifferenti a nessuna delle cose che accadono, ad ogni tipo di
contaminazione forzata, in ogni parte del mondo.
7
1. L’ARCHITETTURA E LE POLITICHE AMBIENTALI
“Quando avrete tagliato l’ultimo degli alberi
Avvelenato l’ultimo dei fiumi
Pescato l’ultimo dei pesci
Ucciso l’ultimo dei bisonti,
solo allora
capirete che non potete mangiare
i vostri soldi”
Profezia degli indiani Cree, attribuita a Nuvola Rossa
1.1 Il valore dell’architettura
L’architettura rappresenta una forma d’arte particolare, carica di significato, fantasia e
regole fisiche. Alle regole fisiche riferibili alla statica dell’edificio si devono aggiungere
altri fattori più propriamente identificabili come Limiti Fisici. I potenziali fattori di crisi
dell’architettura risiedono nella sempre maggiore carenza a livello mondiale delle
risorse naturali, dovuta al sovrasfruttamento e all’eccessiva pressione sull’ambiente
delle economie basate sulla logica della crescita, una logica che è messa in discussione
dalla natura stessa.
Il sistema economico attuale ha portato all’uso di materiali facilmente gestibili ma a
maggior impatto ambientale. Il cemento, l’alluminio e i laminati metallici per i
rivestimenti esterni delle facciate sono solo alcuni esempi.
In questo contesto rientrano anche le strategie di mercato che spingono il progettista e il
costruttore ad adottare criteri costruttivi e materiali più a buon mercato. Di fatto, il
mercato condiziona i gusti e le scelte operative. In questo campo ricade il problema del
cemento.
L’architettura diventa sempre più “edilizia”, perde, cioè, la sua essenza di arte e habitat
a tutto tondo e diventa una mera operazione economica, con l’aggravante del maggior
peso sul Capitale Naturale.
8
L’uomo dovrebbe riprendere l’edilizia stessa e guidarla in una direzione che esprima
una nuova condizione umana. Una condizione in cui l’uomo comprende ed accetta i
limiti del mondo fisico che lo circonda e che sostengono la vita e le società, con vincoli
termodinamici sempre esistiti, in cui l’uomo affidi la propria sopravvivenza e quella
delle future generazioni all’impiego in maniera sostenibile delle risorse naturali ed alla
loro conservazione. In questo paradigma, la nuova architettura deve essere “bio” e farsi
carico della volontà di stabilire una “Nuova Alleanza”1 tra uomo e natura.
Il degrado del simbolismo dell’architettura è illustrato in alcune pagine di Notre Dame
de Paris, di Victor Hugo, Libro Quinto, Secondo Capitolo (Edizioni Corriere della Sera,
2002). In questo passo, Victor Hugo tratta della successione al potere, nel mondo della
comunicazione, dall’architettura alla scrittura; nello studio nascosto ed oscuro
dell’arcivescovo Claudio Frollo, si scorge un suo appunto: “Questo ucciderà quello. Il
libro ucciderà l’edificio”. Scriveva Hugo:
“Dall’origine delle cose fino al quindicesimo secolo dell’era cristiana incluso,
l’architettura, infatti, è il grande libro dell’umanità, l’espressione principale dell’uomo ai
suoi diversi stadi di sviluppo, sia come forza fisica che come intelligenza. […] Il dolmen e
il cromlech celtici, il tumulo etrusco, il galgal ebraico, sono parole. Taluni, i tumuli
specialmente, sono nomi propri”.
Piano piano, però, il linguaggio ed il simbolismo dell’uomo si è ampliato, fino a
diventare “libro”. Scrive ancora Victor Hugo:
“Il simbolo aveva bisogno di espandersi nell’edificio. Allora l’architettura si sviluppò
insieme con l’umano pensiero; divenne gigantessa dalle mille teste e dalle mille braccia; e
fissò sotto una forma eterna, visibile, palpabile, tutto quell’ondeggiante simbolismo. […] il
pilastro, che è una lettera, l’arco, che è una sillaba, […] messi contemporaneamente in
moto da una legge di geometria e da una legge di poesia, si raggruppavano, si
combinavano, […] salivano, si sovrapponevano sul suolo, si disponevano a ripiani nel
cielo […].”
Possiamo dunque concludere che:
1
In riferimento a: “La nuova Alleanza”, Prigogine I., Stengers I., 1981.
9
”[…] l’architettura fu, sino al quindicesimo secolo, il principale registro dell’umanità, […]
in tale intervallo non apparve nel mondo un pensiero un po’ complesso che non si sia fatto
edificio, […] ogni idea popolare così come ogni legge religiosa ebbe i suoi monumenti;
[…] il genere umano, insomma, nulla pensò d’importante che non l’abbia scritto in pietra.
E perché? Perché ogni pensiero, sia religioso, sia filosofico, ha interesse a perpetuarsi;
perché l’idea che ha sommosso una generazione vuole sommuoverne altre, e lasciar
traccia di sé.
[…] La stampa. Non si prenda abbaglio. L’architettura è morta, morta senza ritorno,
uccisa dal libro a stampa, uccisa perché dura di meno, uccisa perché costa di più.”
Le ultime parole, a mio parere, sono profonde, e, oltre a descrivere la caduta espressiva
alla fine del medioevo, ricalcano l’attuale assassinio dell’architettura da parte
dell’edilizia funzionale ed inespressiva.
L’idea, da cui scaturisce questo lavoro di tesi, è quella di ridare all’architettura un ruolo
comunicativo ed al tempo stesso una funzione basilare: ricollegare le attività umane ai
cicli degli elementi, alle leggi ed ai vincoli della natura.
Architettura e impatto delle società umane sull’ambiente
L’architettura ha un valore simbolico e comunicativo che, tendenzialmente, è andato
perso nel corso degli ultimi secoli. Si parla delle funzioni dell’abitare e si concede poco
spazio alla comunicazione dei suoi criteri.
Le “grandi opere” non sono più quelle che esprimono un significato che va oltre le
necessità statiche e pratiche. La trasmissione delle “sensazioni” è eclissata da quella
delle “informazioni” (intese come brevi notizie esplicative), affidata ad altri mezzi.
L’edificio ha un peso enorme sul flusso di materia ed energia che sostiene la vita del
genere umano; questo è il problema che ci si pone oggi, nei confronti del settore edile
ed abitativo, in quanto il nostro pianeta è stato impoverito di parte del Capitale Naturale,
per far fronte alle richieste dell’uomo. Questa scarsità di risorse ha portato la necessità
dello studio di strategie sostenibili.
10
Delineiamo adesso un breve quadro dell’impatto del settore edile e di quello abitativo
sull’ambiente. Si deve innanzitutto notare quanto segue:
-
La costruzione del luogo in cui abitare, e il suo mantenimento in una condizione
confortevole per sé e per la comunità più intima, rappresentano forse uno degli scopi
primari nella vita di un essere umano; è dunque intuibile che le nostre società rivolgano
in questa direzione molte delle loro attenzioni, sforzi, e in ultima analisi energie e
materiali.
-
L’uomo si adatta sempre meno alle condizioni ambientali in cui viene a trovarsi,
creandosi il suo ambiente congeniale ed artificiale. Si può quindi prevedere un uso
sempre più massiccio dei sistemi di riscaldamento e condizionamento delle abitazioni,
che acquistano un peso elevatissimo su scala globale per quanto riguarda le emissioni di
composti inquinanti e l’uso di energia.
-
Per alimentare i sistemi energetici per il riscaldamento e il condizionamento
dell’abitazione si usano i combustibili fossili (dal petrolio alla legna, passando dai Paesi
più ricchi a quelli in via di sviluppo), risorse non rinnovabili e pertanto esauribili, oltre
ad essere responsabili delle emissioni di CO2 nell’atmosfera. E’ dunque evidente che
l’uso di un’abitazione ha dei costi ambientali.
1.2 Rilevanza del settore edile nel mondo
Come scrive Uwe Wienke (Wienke U., 2004), “il […] settore edilizio consuma circa il
40% delle risorse naturali ed è diventato, negli ultimi 50 anni, uno dei maggiori
consumatori di combustibili fossili. Circa il 50% dell’energia prodotta da questi
combustibili serve per la climatizzazione degli edifici. […] Anche la produzione e la
lavorazione dei materiali da costruzione hanno un forte impatto ambientale, in quanto
consumano grandi quantità di acqua pulita ed energia e producono enormi cumuli di
rifiuti incrementati ulteriormente dai detriti che risultano dalle demolizioni.”
Già dagli anni settanta si pubblicavano le prime statistiche sull’impatto del settore edile.
L’ambiente costruito (edifici e strutture urbane) costituiva già il 40% circa del consumo
mondiale dei materiali, ed incideva per un terzo sul consumo totale di energia del
pianeta (1992) (Lenssen, Roodman, 1995).
11
L’ambiente costruito, però, consuma per il suo funzionamento e per il suo
mantenimento nel tempo. Negli Stati Uniti, i settori edile e abitativo hanno consumato
dal 35 al 60% del budget totale nazionale (dati in media tra fonti del 1977, 1991, 1995)
(Lessen, Roodman, 1995; Stein, 1997).
L’Impronta Ecologica dell’ambiente edificato dall’uomo (Ecological Footprint, vedi
capitolo 3) su scala globale equivale a 2,2 ettari a persona, su un totale di 6148,1 milioni
di persone; questo dato indica che vengono consumati in media sul pianeta 2,2 ettari di
terreno ecologicamente produttivo per persona per la costruzione ed il mantenimento di
tutte le aree costruite. In questa misura ricade soltanto la costruzione dell’ambiente ed il
mantenimento delle strutture, ma non la gestione del settore abitativo civile (che ricade
nel settore energetico e di vari altri materiali) (Living Planet Report, 2004).
Il Settore Abitativo: situazione Mondiale ed Europea
Negli Stati Uniti, si stima che il settore abitativo (civile) consumi il 68% dell’energia
elettrica prodotta annualmente, della quale il 75% è generato tramite combustione di
carburanti fossili (Olgyay, 2004), con un notevole apporto di CO2 ed altri inquinanti
nell’atmosfera e nelle acque piovane.
Dati molto più precisi si hanno riguardo al Regno Unito. In generale, le emissioni di
anidride carbonica sono associate a 4 settori principali: industrie, trasporto, domestico,
agricolo ed altri. In U.K., dal 1974, tutti i settori hanno fatto registrare un calo delle
emissioni di CO2, in maniera molto drastica, ad esempio, per l’industria. L’unica
eccezione si ha per il settore dei trasporti, che è andato crescendo. Nel 1974 le
abitazioni emettevano circa 55 milioni di tonnellate di CO2 equivalente, mentre nel
2002 circa 40 milioni, diminuendo, rispetto agli altri settori, in modo tendenzialmente
costante e lento. Sempre nel Regno Unito, la quantità di carbonio emessa nel 2003 dal
settore abitativo è stata di 41,2 milioni di tonnellate. Nel 2003, tale settore
rappresentava il 27%
delle emissioni; in sostanza, in questo Paese le emissioni
domestiche di CO2 sono diminuite dagli anni settanta di circa il 24%, facendo registrare
un lento decremento a causa dell’elevata crescita delle emissioni derivanti dal settore
dei trasporti (UK DEFRA, 2005).
In Francia, la produzione di energia è destinata per la maggior parte al settore abitativo e
terziario: dal 1973 ad oggi si è avuto un aumento da circa 55 a quasi 70 tonnellate di
12
petrolio equivalenti (ADEME, 2005). Questi dati tengono conto che, in più di trenta
anni, la Francia ha cambiato l’uso finale dell’energia, diminuendo l’uso diretto del
petrolio ed aumentando quello di energia elettrica e gas naturale.
Anche in Irlanda, il settore costruttivo ed abitativo rappresenta circa il 25% delle
emissioni legate alla produzione di energia; in questo Paese, il consumo di energia del
settore abitativo è in aumento dell’1,8% all’anno (SEI, Ireland, 2004).
Quanto il settore abitativo sia importante rispetto alle emissioni di gas serra, per le quali
il Protocollo di Kyoto ormai entrato in vigore deve e dovrà vigilare e regolare, è
sottolineato in modo esaustivo, infine, dai dati Eurostat, di cui si riporta il grafico
riassuntivo (dati riferiti all’anno 2000, in megatonnellate di petrolio equivalente).
Figura 1.1. Uso finale dei consumi energetici in Europa nel 2000. Sono mostrati i tre differenti settori
dell'economia: trasporto, terziario e residenziale, industria (Eurostat, 2000).
Le emissioni di anidride carbonica e degli altri gas serra avvengono in ogni processo
legato alla costruzione degli edifici (estrazione, lavorazione, trasporto e messa in opera
delle materie prime) e alla fornitura dei beni (materiali ed energetici) necessari alla
funzione abitativa. Consumi ed emissioni legati al settore edile e civile si distribuiscono
su tutto il ciclo di vita di un edificio e della funzione abitativa.
13
Roodman e Lenssen (1995) affermano che alcuni materiali edili, tra cui il conglomerato,
necessitano della stessa quantità di energia per la produzione da materie prime che dal
riciclo di altri materiali; per altri materiali, ad esempio, come il vetro o l’alluminio, c’è
un risparmio dal 20 al 90% di energia, se prodotti dal ciclo del riciclaggio.
L’opportunità del riciclo dei materiali può quindi risultare, in alcuni casi, un ottimo
metodo per porre un freno al consumo delle risorse naturali, sia materiali che
energetiche.
Nei primi decenni in cui si è visto nascere l’idea di bioarchitettura, bioedilizia ed
energie rinnovabili, la tecnologia appropriata raggiungeva costi iniziali spropositati
rispetto ai guadagni effettivi e alle spese tradizionali. Attualmente, la tecnologia sembra
essere diventata conveniente (almeno in alcuni casi), anche dal punto di vista della spesa
iniziale.
Figura 1.2. Costi di gestione di una casa. I dati danno una visione generale del problema del prezzo delle
nuove tecnologie (Legambiente, 2005)
Come mostra la figura sopra riportata, la gestione tradizionale di una casa costa, in un
anno, in media 1705 euro; queste stime sono valutate su scala nazionale.
Gli ultimi dati affermano che a livello nazionale è presente un forte investimento nel
settore edile, fermo restando la crisi del settore; nel 2005 è stato investito il 9% del PIL
nell’industria delle costruzioni, per un 46,2% degli investimenti fissi del Paese. In tutta
14
la filiera si stima un numero di 28.500.000 occupati2. Questi dati testimoniano
abbastanza bene la rilevanza del settore costruttivo.
E’ lecito oggigiorno chiedersi quanto costi una casa, per un anno, all’ambiente, e
quanto si possa risparmiare utilizzando la bioarchitettura o soluzioni comunque
compatibili con l’ambiente. L’ipotesi non è soltanto che la bioarchitettura abbia un
minore impatto ambientale, ma che migliori le prestazioni ed i consumi.
1.3 Bioarchitettura: politiche ambientali nel settore edile
Nel passaggio dall’edilizia tradizionale a quella ecologica si inizia a pensare ad un uso
razionale di energie e materiali ed al loro reimpiego, nonché al convogliare tecnologie e
materiali della produzione industriale verso soluzioni compatibili con le esigenze
dell'utenza, la salvaguardia dell'ambiente e la creatività del progettista. In particolare, la
Bioarchitettura è prima di tutto una disciplina progettuale che, attraverso profondi studi
svolti sinergicamente da equipe di medici, architetti, ingegneri, geologi, etc., cerca di
dare una risposta all'origine ad alcuni problemi che insidiano la salute dell'uomo e
dell’ambiente in epoca contemporanea.
Essa costituisce un ponte tra l'edilizia moderna e quella di un passato in cui era vivo
l'orgoglio di costruire "a regola d'arte", quando la posa della prima pietra assumeva un
significato rituale di cui, nella odierna cementificazione selvaggia, si è persa la traccia.
In una visione caratterizzata da un'ampia inter-disciplinarietà e da un utilizzo razionale
ed ottimale delle risorse, la Bioedilizia tende a conciliare le tecniche pianificatrici e edili
atte ad assicurare modelli abitativi qualitativamente elevati con costi ambientali
contenuti.
Qualsiasi forma di indagine o programmazione nel settore deve tener conto della stretta
interazione tra l’edificio, un involucro inerte, e il vivente. Questa trama dinamica di
relazioni può essere immaginata in forma di flussi di energia e materia, di persone e
beni, di informazione e risorse e diventa l’oggetto della ricerca.
Può essere definita Architettura Bioclimatica quel modello di architettura che ottimizza
le concordanze energetiche con l’ambiente naturale circostante mediante il progetto
architettonico (Bruno S., 1999).
2
“Primo congresso nazionale della filiera delle costruzioni”, Opuscolo informativo.
15
Materiali edili e loro problematiche
I materiali solidi possono essere divisi in tre gruppi principali, in base al loro stato
chimico-fisico3 e dunque alle loro proprietà: i materiali metallici, quelli ceramici e
quelli polimerici. La figura sottostante mostra la posizione dei materiali edili
tradizionali in questa suddivisione.
Figura 1.3. Suddivisione dei diversi tipi di materiale solido, con esplicito riferimento ai materiali edili.
Molti dei materiali usati correntemente in edilizia presentano varie tipologie di problemi
ambientali. Introduciamo adesso i cosiddetti materiali biocompatibili. Per materiali
biocompatibili si intende quelli aventi:
- basso impatto ambientale;
- bassa tossicità umana ed ecotossicità;
- basso costo energetico nella manifattura e nell’eventuale riciclo;
- alta efficienza, ad esempio, nel trasmettere o nell’isolare la temperatura esterna o
quella interna.
Molti dei materiali edili biocompatibili sono già usati, anche da millenni, per la
costruzione delle nostre case.
3
Si intende il tipo di legame chimico tra le singole molecole che compongono la sostanza: legame e
struttura metallici, stato vetroso, stato cristallino, stato monocristallino semplice e polimerico.
16
Si riporta, nella tabella sottostante, una sintesi dei materiali edili tradizionali con,
accanto, quelli a minor impatto ambientale (Wienke, 2004).
Materiali tradizionali
Termoisolanti prodotti con CFC
Materiali alternativi
Termoisolanti in lana di roccia, fiocchi di
cellulosa, fibre di legno
Lastre drenanti in Poliuretano
Elementi in laterizio
Elementi multistrato incollati
Elementi omogenei o facilmente separabili
Materiali bituminosi
Protezione dall’umidità con vespai, drenaggi
Pannelli Truciolati
Legno massiccio indigeno, senza formaldeide
Isolanti termoacustici in XPS, PUR
Sughero naturale
Membrane impermeabilizzanti
Carta Oleata
Intonaco interno in malta cementizia
Intonaco in malta di calce e gesso
Tabella 1.1. Sintesi dei materiali edili tradizionali e corrispondente materiale a minor impatto ambientale.
Una tematica ulteriore riguarda l’inquinamento degli ambienti confinati, il cosiddetto
“inquinamento indoor”, dovuto all’introduzione di sostanze tossiche negli edifici e alla
ridotta ventilazione. L’inquinamento da gas, polveri, fibre, microbi, muffe e agenti
chimici sta all’origine di varie tipologie patologiche, conosciute come “Building
Related Illness” (BRI) e “Sick Building Sindrome” (SBS).
In “Manuale di Bioedilizia”, Uwe Wienke introduce all’argomento dell’edilizia
biologica come segue:
“L’edilizia ecologica nasce come reazione alla grave crisi ambientale in cui attualmente ci
troviamo e il suo obiettivo principale è quello di mitigare gli impatti ambientali connessi
all’edilizia. I sintomi più rilevanti di questa crisi in atto sono:
- inquinamento atmosferico […];
- prevedibile esaurimento delle risorse naturali non rigenerabili […];
- dissesti idrogeologici […]:
- diminuzione della biodiversità […].
[…] Un ulteriore effetto negativo dell’edilizia moderna è la perdita delle tradizioni edili.
[…] L’obiettivo generale dell’edilizia ecologica è quello di progettare e costruire edifici
che non causino sprechi e che non esercitino gravi effetti negativi sull’ambiente e sulla
salute degli abitanti.” (Wienke U., 2004).
17
L’edilizia è in crisi, sia di idee che di materiali. L’ambiente, il nostro pianeta, sta
cambiando, sta evolvendo da uno stato stazionario ad un altro, per sopperire il
disequilibrio prodotto dall’uomo. La bioarchitettura è necessaria; è inoltre
indispensabile la sicurezza che questa sia utile e rilevante, e che non sia soltanto mera
apparenza che alimenta un nuovo mercato.
Questa tesi cerca di verificare il carico ambientale dell’edilizia, il suo rapporto con
l’ambiente, stimando e verificando i vantaggi ambientali di alcuni scenari
bioarchitettonici e di alcuni materiali biocompatibili.
18
2 LE BASI SCIENTIFICHE DELLA SOSTENIBILITA’
Ricordati che ogni elemento della natura
è come una persona.
Perciò parla alle tempeste,
parla al tuono:
sono amici,
ti proteggeranno.
Anonimo Navaho
2.1 Il concetto di limite e la Teoria della Sostenibilità
Si introduce la Teoria della Sostenibilità, trattando, seppur brevemente, di quella nuova
branca della ricerca attuale che è l’Economia Ecologica.
Robert Costanza (1991) afferma:
“Un obiettivo chiave in questa ricerca è quello di incoraggiare modelli sostenibili di
sviluppo economico, distinti dalla crescita economica che non è sostenibile in un pianeta
finito. Un aspetto chiave, questo, nell' implementare modelli sostenibili dei vincoli: vincoli
termodinamici, limiti biofisici, limiti di risorse naturali, limiti dell'assorbimento
dell'inquinamento, limiti demografici, vincoli imposti dalla “carrying capacity” del pianeta
e, soprattutto, limiti della nostra conoscenza rispetto a ciò che questi limiti sono e a come
influenzano il sistema”.
La questione fondamentale in cui credono gli economisti ecologici, invece, è che
l'economia umana sia passata da un'era nella quale il capitale prodotto dall'uomo era il
fattore limitante per la crescita economica ad un'era in cui fattore limitante è il capitale
naturale rimasto.
Capire quali siano i limiti biofisici della crescita economica e dello sviluppo e come
affrontare l'incertezza di questi limiti sono dunque punti cruciali per la sostenibilità:
occorre valutare questioni di livello globale, problemi portati dall'inquinamento e dal
modello di sviluppo economico corrente, ma anche discutere sulle nuove modalità di
19
produzione e di prevenzione dei rischi connessi ad uno sfruttamento non sostenibile
delle risorse naturali.
In questa direzione, le nuove basi scientifiche dello sviluppo sostenibile parlano
dell'emergente evidenza di un'economia basata non più su due parametri, il lavoro e il
capitale, ma un'economia ecologica che ne riconosce tre: il lavoro, il capitale naturale
(introdotto da H. Daly come concetto fondamentale nella teoria dello sviluppo
sostenibile e come grandezza evolutiva) e il capitale prodotto dall'uomo.
Per capitale naturale si intende, così, l’insieme dei sistemi naturali (mari, fiumi, laghi,
foreste, flora, fauna, territorio), ma anche i prodotti agricoli, i prodotti della pesca, della
caccia e della raccolta e il patrimonio artistico-culturale presente in un territorio.
Afferma Herman Daly (1990):
“Alcuni preconcetti ci trattengono dal vedere l'ovvio: in particolare che la pesca è limitata
dalla popolazione dei pesci nel mare non dal numero di pescherecci; che il legname è
limitato da ciò che rimane delle foreste non dal numero delle segherie. Più segherie e più
pescherecci non danno come risultato maggior legname e più pesce pescato. Per questo c'è
bisogno di più foreste e di un maggior numero di pesci nel mare. Il capitale naturale e il
capitale prodotto sono complementari; e il capitale naturale è divenuto il fattore limitante.
Più capitale prodotto, lungi dal sostituire il capitale naturale, fa aumentare la domanda di
quest'ultimo
in
maniera
complementare,
facendolo
diminuire
per
supportare
temporaneamente il valore del capitale prodotto e rendendolo, in tal modo, ancora più
limitante per il futuro” (Daly, 1990).
H. Daly ha inoltre definito due principi guida per la realizzazione della sostenibilità:
“Per la gestione delle risorse ci sono due ovvi principi di sviluppo sostenibile. Il primo è
che la velocità del prelievo dovrebbe essere pari alla velocità di rigenerazione (rendimento
sostenibile). Il secondo, che la velocità di produzione dei rifiuti dovrebbe essere uguale alle
capacità naturali di assorbimento da parte degli ecosistemi in cui i rifiuti vengono emessi
(capacità di assorbimento). La capacità di rigenerazione e di assorbimento devono essere
trattate come capitale naturale, e il fallimento nel mantenere queste capacità deve essere
considerato come consumo di capitale e perciò non sostenibile”.
Lo sviluppo sostenibile richiede quindi che il capitale naturale sia mantenuto intatto.
20
Il concetto di capitale naturale è molto vicino a quello dei sistemi lontani dall'equilibrio,
dei sistemi complessi in evoluzione; conseguentemente, quindi, è urgente trattarlo in
termini evolutivi e non-conservativi, assumendo fino in fondo il ruolo costruttivo del
tempo.
Il tema della sostenibilità nasce così da uno sguardo globale, dalla consapevolezza della
unicità e unitarietà della biosfera, dal suo essere un sistema termodinamicamente
chiuso. È indiscutibile la centralità del tema dei vincoli, dei constraints, appunto, della
biosfera.
Oggi stiamo vivendo la transizione da un’economia a “mondo vuoto” a un’economia a
“mondo pieno”: in questa seconda fase l’unica strada per raggiungere la sostenibilità
passa dall’investire nella risorsa più scarsa, nel fattore limitante, che sempre di più
risulta essere quello delle risorse naturali. La tecnologia, per esempio, può aumentare i
livelli di efficienza nello sfruttamento delle risorse e può contribuire al cosiddetto
processo di “dematerializzazione” dell’economia, ma la fiducia nella scienza e
nell’innovazione tecnologica non è condizione sufficiente al ripristino degli equilibri
necessari alla sopravvivenza del pianeta.
Alcune descrizioni di tipo termodinamico possiedono il grado di generalità necessario
per comprendere l’effetto di un processo rispetto alla sostenibilità globale. La visione
ampia della termodinamica può fornire alla pianificazione e progettare un punto di
riferimento, ma più in generale informare le politiche ambientali, affinché il tema della
sostenibilità torni ad essere, anziché una formula consolatoria, l’occasione per costruire
un’autentica cultura della trasformazione.
21
2.2 Dalla Termodinamica agli edifici, attraverso il concetto di Struttura Dissipativa
Venticinque anni fa, molte novità emergevano nel panorama scientifico che sarebbero
state determinanti per la storia della scienza, o di una parte di essa, negli anni a venire.
Dopo i primi lavori di Herman Daly, Barry Commoner, Howard Odum e Ilya Prigogine,
a partire già dagli anni ’60 e ‘70, le ipotesi più discusse erano quelle della ricerca di una
epistemologia della scienza orientata allo studio del vivente, delle dinamiche non
lineari, irreversibili e imprevedibili della natura. La biodiversità, la storia
dell’evoluzione darwiniana, la ricchezza di fenomeni nuovi ed inaspettati che si osserva
in natura, nel mondo vero, quello del vivente, poneva quesiti insoluti, per i quali non si
aspettavano soluzioni deterministe, univoche, riduzioniste. L’osservazione di queste
caratteristiche nella realtà e, soprattutto, del loro persistere nel tempo animava allora le
speranze di molti studiosi e, da allora, ha orientato la ricerca scientifica verso lo studio
della complessità dell’ambiente, della società e degli ecosistemi.
La teoria dei sistemi lontani dall’equilibrio e la fisica evolutiva di Ilya Prigogine sono la
chiave di volta di questo passaggio paradigmatico. “Lontano dall’equilibrio la materia
acquista nuove proprietà, tipiche delle situazioni di non equilibrio, situazioni in cui un
sistema, lungi dall’essere isolato, è sottoposto a forti condizionamenti esterni. E queste
proprietà completamente nuove sono veramente necessarie per comprendere il mondo
intorno a noi” (Ilya Prigogine). La scienza sembra riscoprire in questo modo il fascino
della complessità e il valore del tempo e della storia, delle singolarità e diversità
presenti nella natura e dei comportamenti imprevedibili, nuovi e creativi, riscontrabili
osservando il mondo reale. È anche sulla base di questa convinzione che, di fronte
all’esigenza di investigare la realtà e l’enorme varietà di soluzioni organizzative,
regolative, adattative riscontrabili nella natura, nelle dinamiche sociali e nella vita reale,
la scienza deve riformulare alcune delle domande che era solita porsi. L’inadeguatezza
della scienza classica riduzionista è evidente di fronte ai grandi problemi che l’umanità
si trova a dover fronteggiare con urgenza, se non vuole mettere a rischio la
sopravvivenza della stessa specie. Le scienze dei processi evolutivi sono finalmente
chiamate in causa per lo studio dei processi irripetibili e quindi per fornire, al massimo,
22
una ricostruzione ipotetica di una successione di eventi all’interno di un contesto non
più modificabile, irreversibile. “Si assiste all’abbandono della priorità epistemologica
delle categorie semplicità, ordine, regolarità e reversibilità per adottare, al fine di
arrivare ad una conoscenza più adeguata della realtà, le categorie opposte di
complessità, disordine caos e irreversibilità quando risulta impossibile ricondurre
queste ultime alle prime” (Cini, 1995).
La termodinamica dei sistemi lontani dall’equilibrio introdotta da Ilya Prigogine è il
preambolo di un nuovo paradigma scientifico con vasti campi di applicazione su sistemi
viventi o sistemi dinamici complessi. Sono coinvolte le discipline che si occupano di
comportamenti sociali, insediamenti umani e fenomeni dinamici. L’ambizione ultima è
quella di reinstaurare una armoniosa relazione tra scienza e natura a partire dalla
riabilitazione del tempo come fattore basilare in qualsiasi studio su sistemi evolutivi.
Un punto essenziale della rivoluzione scientifica di questo fine millennio è il passaggio
“dalla cultura dello spazio alla cultura del tempo” (Prigogine, 2003). Così scrive
Prigogine sostenendo che le teorie della meccanica quantistica hanno portato,
nonostante tutte le loro meravigliose conquiste, ad una descrizione eccessivamente
semplificata della natura. “La scienza classica ha enfatizzato la stabilità, l’ordine e
l’equilibrio. Oggi, al contrario, scopriamo ovunque instabilità e fluttuazioni”
(Prigogine, 2003).
L’irreversibilità del tempo impedisce a qualsiasi modello astratto di essere esaustivo e a
qualsiasi previsione di essere verosimile nei casi applicati al vivente. È sostanzialmente
in virtù di questa intuizione che la termodinamica di Prigogine approda verso un nuovo
paradigma scientifico dove leggi generali vengono fondate in un’ottica evolutiva e il
tempo gioca finalmente ed incondizionatamente un ruolo preminente nella modellistica
e nella conoscenza scientifica.
Questa estensione della termodinamica alle categorie della vita e dell’evoluzione
suggerisce una ulteriore osservazione in merito alle potenzialità ed ai limiti della
termodinamica classica. Mentre il primo principio della termodinamica formula il
23
concetto di energia in un’ottica conservativa, il secondo formula quello di entropia in
un’ottica evolutiva. È il secondo principio, e il concetto di entropia, ad introdurre la
necessità di un ramo della fisica-termodinamica che si occupi essenzialmente di sistemi
viventi.
La città è un sistema complesso che si evolve verso livelli di organizzazione e di
informazione superiori; è di fatto un contenitore inorganico, un supporto non vivente
che però modifica il suo stato confrontandosi quotidianamente con condizioni al
contorno estremamente varie e variabili, in virtù delle sue costanti interazioni con il
vivente e delle molteplici dinamiche che in esso si instaurano. Ne consegue che questo
ecosistema urbano non può essere letto soltanto come una somma di tecnologie,
materiali ed elementi freddi e separati; al contrario deve essere considerato come un
organismo evolutivo che interagisce continuamente con l’uomo e con l’ambiente, e
continuamente scambia energia ed informazione.
Le interazioni tra la società e l’ambiente costruito, cioè tra vivente e non vivente, sono
mutevoli ed assumono forme diverse osservabili su varie scale spaziali e temporali. Le
proprietà organizzative ed evolutive della città, come per gli ecosistemi, possono essere
osservate nell’insieme e trattate come un tutto; queste caratteristiche generali, strutturali
e dinamiche, sono adatte a descrivere e spiegare la formazione di patterns a livello
macro, composti dalle interazioni tra i costituenti del sistema ad un livello micro
(Ulanowicz, 1986). Un approccio ecosistemico pertanto sembra essere più che mai
auspicabile assumendo che alcune proprietà e comportamenti
dei sistemi urbani
dipendono dalle interazioni tra le parti e tra il sistema e l’ambiente esterno. Una
conoscenza completa di queste proprietà collettive impone che le relazioni sistemacostituenti e sistema-ambiente siano esplicitamente oggetto d’indagine (De Lappante,
Odenbaugh, 2006).
Sulla base di quanto detto, in un ambito teorico, il punto principale da indagare, nel
tentativo di comprendere il comportamento di sistemi viventi e tenere conto della loro
natura evolutiva irreversibile, è strettamente connesso al concetto di entropia introdotto
da Clausius nella seconda legge della termodinamica.
24
Di seguito si espongono i postulati di Clausius e Kelvin per il Secondo Principio della
Termodinamica:
I Postulato di Lord Kelvin: È impossibile realizzare una macchina termica
che utilizzi una sola riserva di calore a temperatura uniforme.
II Postulato di Lord Kelvin: È impossibile realizzare una trasformazione
termodinamica, il cui unico risultato, sia la conversione integrale di calore in
lavoro.
I Postulato di Clausius: È impossibile realizzare una trasformazione il cui
unico risultato sia un passaggio di calore da un corpo a temperatura minore
ad un corpo a temperatura maggiore.
II Postulato di Clausius: Se il calore fluisce spontaneamente da un corpo A
ad un corpo B, è impossibile realizzare una trasformazione il cui unico
risultato sia un passaggio di calore da B ad A.
Clausius riconosce l’esistenza in natura di una inevitabile universale tendenza verso il
disordine. L’entropia dell’universo tende verso un massimo. Questo trend generale
verso massimi di entropia equivale ad una tendenza spontanea verso condizioni di
equilibrio termodinamico che lo stesso Clausius definisce come stato finale di “morte
termica”. In termodinamica, il massimo di entropia corrisponde allo stato di equilibrio
di un sistema, uno stato in cui l’energia è stata completamente degradata e non è più
capace di fornire lavoro, o meglio, la disponibilità di energia diventa via via minore. Ciò
che il principio afferma è che, una condizione di equilibrio equivale ad uno stato di
massimo disordine in cui si è verificata una sostanziale perdita d’informazione; la
tendenza è verso uno stato di totale uniformità in cui non è possibile constatare diversità
o operare distinzioni tra le parti. La storia dell’evoluzione biologica, al contrario, è
testimonianza di un processo opposto.
I sistemi biologici rappresentano un’apparente manifesta violazione del secondo
principio della termodinamica evolvendosi nella direzione di un più elevato ordine, di
una maggiore complessità e, quindi, di una minore entropia; ma questa diminuzione
25
avviene a scapito di un aumento di entropia nell’ambiente esterno. La storia
dell’evoluzione biologica è testimoniata dalla comparsa di condizioni di diversità, dalla
definizione di sistemi distinti e quindi dalla creazione di organizzazione e informazione.
L’evoluzione biologica è, di fatto, evoluzione dell’informazione in forma di strutture ed
organismi. Tali strutture complesse ed ordinate sono caratterizzate da bassi valori
dell’entropia; ne consegue che le condizioni per la vita, la crescita e lo sviluppo di tali
organismi, è comunque subordinata ad una dissipazione di entropia nell’ambiente
circostante e quindi, complessivamente, ad una condizione di aumento d’entropia in
linea con quanto affermato dal secondo principio.
La configurazione di un sistema è l’espressione tangibile della sua organizzazione ed il
risultato (temporaneo) di una continua ricerca di armonia. L’ordine si ottiene da un
processo di acquisizione d’informazione in cui, come già detto, flussi neg-entropici
mantengono il sistema in vita. Processi di adattamento e selezione sono propri di sistemi
lontani dall’equilibrio, le cui dinamiche dissipative si alimentano di flussi di energia e
materia e si manifestano in forma di diversità, connessioni e relazioni multiple.
La fisica evolutiva e termodinamica del non equilibrio offrono riferimenti essenziali per
lo studio delle dinamiche dei sistemi complessi e dei processi di organizzazione e
autorganizzazione riscontrabili nei sistemi sociali urbani. Prigogine sottolinea che in
una città, come in un sistema vivente, esistono tipi differenti di ordine funzionale.
“Per ottenere una teoria termodinamica per questo tipo di strutture si dovrà
mostrare come il non equilibrio può essere fonte di ordine. Processi
irreversibili possono portare a stati dinamici della materia che ho chiamato
strutture dissipative […]. Queste strutture manifestano un coerente
carattere sovramolecolare che porta a nuove spettacolari manifestazioni”.
L’idea di struttura dissipativa descrive le caratteristiche generali e le condizioni
necessarie per lo sviluppo e la sopravvivenza dei sistemi viventi o, più in generale,
sistemi lontani dall’equilibrio termodinamico. Tali strutture sono definite come sistemi
aperti, in grado di scambiare energia e materia con l’ambiente esterno e di auto-
26
organizzarsi. La capacità di ordinarsi in strutture complesse e mantenerle nel tempo
equivale a conservare uno stato stazionario (dinamicità, diversità, vita), lontano
dall’equilibrio termodinamico ed a mantenere livelli minimi di entropia in virtù delle
interazioni tra costituenti e tra sistemi. In che modo una città può essere riconosciuta
come una struttura dissipativa?
Un tale meccanismo, che prevede l’assunzione di input dall’esterno (neghentropia) e
l’emissione di output dall’interno (entropia, calore), è un principio estendibile allo
studio di sistemi sociali, sistemi economici, insediamenti umani e tutte le dinamiche ad
essi connesse. Una città assorbe flussi di energia di alta qualità dall’esterno ed emette
calore, residui, inquinanti e rifiuti; in termini entropici, tende a ridurre il livello interno
di entropia organizzandosi in forma di strutture, informazione, assetti sociali, economia.
Flussi di risorse alimentano la struttura dissipativa città, sono metabolizzate come in un
ecosistema, un insieme di organismi, e continuamente spese per conservare le strutture
ordinate nel tempo.
Come sarà mostrato nei paragrafi successivi (capitolo 4), l’Analisi di Sostenibilità di un
edificio può prevedere l’uso di diverse metodologie. Alcune valutazioni seguono delle
leggi o degli standard umani o dei paradigmi scientifici, cioè sono legate principalmente
all’uomo; altre, sono più “oggettive”, se così si può dire, se considerate nel contesto
della natura. Le valutazioni e l’Analisi di Sostenibilità di un edificio o di una città
devono essere svolte con metodologie oggettive, poiché tanto gli edifici quanto le città
sono sistemi aperti inseriti integralmente nella natura, da cui dipendono.
E’ per questo motivo che vengono qui considerati i criteri inerenti le Funzioni degli
ecosistemi (legate alla bioarchitettura ed alla bioedilizia) e gli indicatori su base
Termodinamica.
Le Funzioni degli ecosistemi sono quelle funzioni che i differenti ecosistemi svolgono
per loro natura, indipendentemente dall’uomo, ma che ci forniscono dei servizi a noi
utili. I nostri progetti e le nostre decisioni le dovrebbero emulare, al fine di non
intaccare il Capitale Naturale (per approfondimenti: Costanza, 1997).
27
Poiché un edificio (o una città) fornisce ai suoi abitanti dei servizi affinché essi possano
svolgere molte funzioni della loro vita, si possono trovare in qualche modo delle
analogie tra un edificio (o una città) e gli ecosistemi.
Come nel metabolismo umano, i processi fisici e biologici di un sistema urbano sono
supportati da flussi di energia e materiali in entrata ed in uscita; questi processi sono
basati sulle Leggi della Termodinamica e sono spesso chiamati “Metabolismo Urbano”.
Un Ciclo Metabolico non si può dire completato fino a che tutti i residui del consumo
giornaliero non sono stati rimossi o sistemati con il minimo disturbo e pericolo per la
vita.
La linearità dei processi con cui le zone urbane trasformano le risorse dell’ambiente in
prodotti di rifiuto è distruttiva per i sistemi di supporto alla vita sul pianeta.
Il metabolismo lineare delle moderne città è diverso da quello circolare della natura, nel
quale ogni prodotto degli organismi è allo stesso tempo un materiale in entrata che
rinnova e sostiene gli ecosistemi. La linearità dei modelli di produzione, di consumo e
di rifiuto nelle città non rende queste sostenibili.
Da questo punto di vista, dunque, si deve considerare che:
1) Un edificio può essere visto come una Struttura Dissipativa, inserita però in un
contesto, la città, che non appare sostenibile. Quindi, agendo sulle costruzioni e
portandole il più possibile vicino ad uno stato stazionario, si può migliorare la
sostenibilità dell’intera area urbana, e, considerando l’uomo come parte integrante del
sistema, è possibile definire questa situazione in termini di autorganizzazione.
2) E’ necessario che siano svolte delle analisi per quantificare il grado di vivibilità e
sostenibilità delle aree urbane, in termini, però, di distanza dall’equilibrio
termodinamico o da uno stato stazionario (ad esempio, Huang e Hsu (2003) identificano
una serie di parametri per la vivibilità di Taipei, Taiwan). In generale, i termini di
valutazione principali sono il consumo energetico totale, la vivibilità cittadina, il
rapporto tra flussi in entrata e uscita, l’efficienza e la spesa emergetica del metabolismo
urbano (in termini di materiali spesi e distrutti).
28
3. TECNICHE E INDICATORI PER IL MONITORAGGIO DEI TREND DI
CONSUMO DELLE RISORSE AMBIENTALI NEL SETTORE EDILE
“Io voglio vivere in un mondo
Senza scomunicati.
Non scomunicherò nessuno.
[…] Voglio vivere in un mondo
In cui gli esseri siano soltanto umani,
senza altri titoli che questo”.
Pablo Neruda, Confesso che ho vissuto, 1973
3.1 La valutazione attraverso tecniche e indicatori applicati al settore edile
Nella letteratura scientifica, l’analisi degli edifici è condotta principalmente seguendo
tre direttrici:
- Impatto sugli ecosistemi e sulle loro funzioni;
- Spesa energetica e correlato impatto ambientale;
- Impatto sulla salute umana: potenziale di emissioni indoor.
All’interno di ciascuno di questi ambiti sono stati sviluppati strumenti e indicatori.
Alcuni recenti progetti europei sono finalizzati alla definizione di strumenti per la
valutazione della sostenibilità ambientale delle costruzioni. Si citano ad esempio:
• BEQUEST (Building Environmental Quality for Sustainability through Time)
finalizzato alla strutturazione di uno schema per interventi di sviluppo urbano
sostenibile;
• CRISP (Construction and City Related Sustainability Indicators) il cui obiettivo
principale è quello di creare un gruppo dinamico di lavoro che si occupa di indicatori di
sostenibilità relativi al settore delle costruzioni;
• PRESCO (Practical Recommendations for Sustainable Construction), finalizzato a
definire un database di raccomandazioni pratiche classificate in funzione di una serie di
criteri caratteristici del settore delle costruzioni;
29
• HQE2R (Sustainable Renovation of Building for Sustainable Neighbourhood), per
determinare e diffondere nuove metodologie e strumenti per un rinnovo sostenibile del
contesto urbano a livello di singolo edificio e di quartiere;
• SUREURO (Sustainable Refurbishment in Europe), per definire linee guida
applicative dei principi della sostenibilità alle ristrutturazioni.
Con il termine ‘indicatore’ si identifica uno strumento in grado di fornire informazioni
sintetiche di un fenomeno più complesso e con significato più ampio; uno strumento in
grado di rendere visibile un andamento o un fenomeno che non è immediatamente
percepibile. Gli indicatori semplificano le informazioni relative a fenomeni più
complessi, favorendo in tal modo la comunicazione e il confronto.
Il calcolo di indicatori segue criteri e obiettivi diversi. In questa Tesi vengono distinte
due famiglie di indicatori:
A. Indicatori di stato e pressione dell’ambiente: sono quelli che misurano parametri
specifici per valutare la compatibilità rispetto ad alcune variabili dell’ambiente. Sono
spesso rivolti alla valutazione di componenti localizzate sulla base di dati rilevati in un
sito specifico, cioè offrono una informazione di primo livello che necessita di ulteriori
elaborazioni per offrire un'indicazione sintetica (vedi sezione 4.3).
B. Indicatori di sostenibilità: operano valutazioni generali sulla base di un bilancio
complessivo integrato ad una molteplicità di fenomeni anche non omogenei. Sono
rivolti alla valutazione di comportamenti generali in un’ottica di sostenibilità globale,
con riferimento alle problematiche del sovrasfruttamento delle risorse e dell’eccesso di
emissioni (vedi sezione 4.4).
Questa ripartizione è in linea con la definizione del documento “strategia d’azione
ambientale per lo sviluppo sostenibile in Italia” del Ministero dell’Ambiente, del 2002.
La descrizione e la quantificazione dei fenomeni rilevanti per lo sviluppo sostenibile
richiede l’uso sistematico di indicatori [...]. Occorrono molti indicatori perchè la
complessità dei fenomeni ecosistemici ed ambientali è grande. Un indicatore per lo
sviluppo sostenibile è necessariamente cosa diversa da un indicatore di stato
dell’ambiente o di pressione (modelli Pressione Stato Risposta), poiché deve essere
30
collegato ad un obiettivo, ad un target e ad un tempo di conseguimento e perchè può
essere integrato ad una molteplicità di fenomeni, anche non omogenei, che riflettono gli
aspetti ambientali ed economico-sociali dello sviluppo (art.62).
3.2 Indicatori di stato e pressione dell’ambiente
Indicatori pressione-stato-risposta.
Il Modello Pressione-Stato-Risposta (PSR) si basa sull’assunzione che le attività umane
esercitano pressioni sull’ambiente agendo sulla qualità e sulla quantità delle risorse (lo
stato dell’ambiente). La risposta della società a tali cambiamenti avviene attraverso
politiche ambientali, economiche e settoriali. Le risposte alle pressioni rilevate formano
un ciclo retroattivo con le pressioni, determinando altre attività umane e quindi altri
impatti sull’ambiente. Più in generale queste fasi fanno parte di un ciclo che include la
percezione dei problemi, la formulazione delle politiche, il monitoraggio e la
valutazione dell’efficacia delle politiche. Il modello PSR ha il vantaggio di mettere in
luce questi collegamenti e allo stesso tempo suggerisce relazioni lineari nell’interazione
fra attività umane e ambiente, senza poter tuttavia garantire una visione di relazioni più
complesse negli ecosistemi e nelle interazioni fra economia e ambiente.
All’interno del modello PSR si possono distinguere tre tipi di indicatori:
• Indicatori di pressione ambientale: descrivono le pressioni esercitate dalle attività
umane sull’ambiente, vale a dire sulla qualità e sulla quantità delle risorse naturali. Si
possono distinguere all’interno di questa categoria gli indicatori di pressione immediata
(pressioni direttamente esercitate sull’ambiente, normalmente espresse in termini di
emissioni o consumo di risorse naturali) e indicatori di pressione indiretta (indicatori di
background che rappresentano quelle attività umane che conducono indirettamente a
pressioni ambientali).
• Indicatori delle condizioni ambientali: relazionano la qualità dell’ambiente alla
quantità e alla qualità delle risorse naturali. Gli indicatori delle condizioni ambientali
sono definiti in modo tale da fornire una visione della situazione (lo stato) ambientale e
del suo sviluppo nel tempo.
• Indicatori di risposta sociale: sono misure che rappresentano il livello di reattività delle
strutture sociali allo sviluppo e ai mutamenti delle condizioni ambientali. Le risposte
31
della società si riferiscono ad azioni individuali o collettive messe in atto per mitigare,
adattare o impedire impatti negativi indotti dall’uomo sull’ambiente e fermare o
invertire il danno già inflitto. Le risposte della società comprendono azioni per la
preservazione e la conservazione dell’ambiente e delle risorse naturali.
Check list di indicatori.
Sono tecniche note e con una diffusa riconoscibilità internazionale anche se, per lo più,
sviluppate in ambiti nazionali. Esempi sono: il Building Research Environmental
Assessment Method (BREEAM), la Leadership in Energy and Environmetal Design
(LEED, negli USA), la Green Building Tool. Questi metodi di valutazione di edifici
sono standardizzati e operano tramite confronti con riferimenti e punteggi, non
direttamente collegati con gli impatti ambientali.
Simili procedure sono sviluppate a partire da check-list di fattori naturali (Cambiamento
netto Positivo, Wilderness-based Checklist, IBS e IES (Olgyay, 2004), Carrying
Capacity, Efficienza energetica, Embodied Energy).
Questa lista di indicatori è basata su valori oggettivi e pone l’attenzione sulla capacità
portante dell'ambiente a partire dalla definizione dei limiti entro i quali una specifica
attività (quella edilizia) può svilupparsi in maniera sostenibile.
Breve descrizione delle metodologie consolidate
Leadership in Energy and Environmetal Design (LEED): è un sistema di valutazione
per gli edifici, realizzato dalla Fondazione legata allo U.S. Green Building Council, che
posiziona i vari edifici in una graduatoria sulla base di punteggi. Questi punteggi
vengono assegnati per mezzo di analisi effettuate da tecnici della Fondazione tramite
sopralluoghi e compilazione di check-list inerenti: sostenibilità del sito, efficienza
idrica, energia ed atmosfera, materiali e risorse, qualità dell’ambiente indoor,
innovazione e manutenzione.
La struttura del LEED rimane più o meno invariata per i diversi tipi di edificio
(residenziale o commerciale, ex-novo o esistente); nella tabella si riporta la struttura del
Rating System per edifici già esistenti, articolata in sei ambiti, ognuno dei quali prevede
la presenza e la valutazione di certi specifici parametri. Ad ogni parametro è associato
32
un punteggio, sulla base del semplice rilievo di un dato o del soddisfacimento di
requisiti richiesti. Parametri e requisiti sono determinati dalle normative.
Figura 3.1. Scheda esplicativa del sistema LEED: elencati i vari ambiti in sui agisce la certificazione
Dal sito: www.usgbc.org/LEED (U.S. Green Building Council)
Environmemtal Rating for Homes (BREEAM) della Building Research Establishment
Ltd., UK: è usata in Gran Bretagna per l’analisi di abitazioni, appartamenti, rinnovi ed
edifici ex novo. La check-list riportata di seguito è divisa per settori di pertinenza:
energia, trasporti, inquinamento, materiali, uso del terreno, salute. Anche in questo caso
33
vengono stabiliti dei punteggi in base alle quantità di emissioni ed ai responsi delle
check-list o di certi parametri.
Ambiti:
Sezioni
- Energia
Ene 1 Carbon Dioxide
Ene 2 Building Fabric
Ene 3 Drying Space
Ene 4 EcoLabelled Goods
Ene 5 External Lighting
- Trasporti
Tra 1 Public Transport
Tra 2 Cycle Storage
Tra 3 Local Amenities
Tra 4 Home Office
- Inquinanti
Pol 1 Insulant ODP and GWP
Pol 2 NOx Emissions
Pol 3 Reduction of Surface Runoff
Pol 4 Zero Emission Energy Source
- Materiali edili
Mat 1 Timber: Basic Building Elements
Mat 2 Timber: Finishing Elements
Mat 3 Recycling Facilities
Mat 4 Environmental Impact of Materials
- Rifiuti
Wat 1 Internal Water Use
Wat 2 External Water Use
- Ecologia
Eco 1 Ecological Value of Site
Eco 2 Ecological Enhancement
Eco 3 Protection of Ecological Features
Eco 4 Change of Ecological Value of Site
Eco 5 Building Footprint
- Salute
Hea 1 Daylighting
Hea 2 Sound Insulation
Hea 3 Private Space
34
Green Building Tool: realizzata dal network internazionale GBC (Green Building
Challenge), è uno strumento per la valutazione degli edifici che prevede l’assegnazione
di un punteggio qualitativo globale sulla base delle caratteristiche tecnologiche e
costruttive dell’edificio (pesate in funzione dell’importanza attribuita ai vari parametri)
e del contesto. Prevede anche il calcolo di una serie di altri indicatori come
l’environmental suitability index (ESI).
Environmental Suitability Index (ESI): è la somma di tre fattori: Embodied Energy
(materiali grezzi, trasporto e raffinazione, costruzione), Life Cycle Cost (Payback, Net
Present Value, Internal Rate of Return), Riusabilità; ciascun fattore è calcolato per ogni
materiale edile, assegnando in realtà il valore percentuale più basso rispetto alla media
di quelli trovati sul mercato o in letteratura (Emmanuel, 2004).
Index of Building Sustainability (IBS): rappresenta la frazione di Carrying Capacity
annuale della terra su cui si è costruito l’edificio e che viene consumata dall’edificio
stesso nella sua attività.
Index of Efficiency in Sustainability (IES): rappresenta la quantità di terra produttiva
richiesta per incontrare un IBS del valore di 1; meno terra è richiesta affinché ciò
avvenga, più l’edificio è ecologicamente efficiente (Olgyay et al., 2004).
I servizi della natura possono così essere definiti in relazione agli impatti:
ServiziEcοsistemiciConsumati =
QuantitàdiMateriale × EmbodiedEnergy
produttivitàEcοsistema
In questa prospettiva, quindi, il fine ultimo dell’applicazione agli edifici di questi indici
di compatibilità è quello di ricercare e selezionare edifici che “producano” più energia
di quella che assorbono, o comunque che ripaghino in qualche modo gli ecosistemi e i
servizi danneggiati, tramite un aumento dell’efficienza, tramite una minore dimensione
e un minor impatto, ed attraverso l’utilizzo di materiali velocemente rinnovabili (con
una bassa Embodied Energy).
35
Figura 3.2. Sono schematizzati, in termini di produttività del territorio, i valori di IBS rispettivamente di
1.5, 1 e 0.5; nell’ultimo caso, l’edificio rigenera gli ecosistemi su cui ha un impatto.
3.3 Indicatori di sostenibilità.
Gli indicatori di sostenibilità (globale) vengono calcolati elaborando dati riferiti a
parametri di diversa natura (per esempio espressi in unità di massa o unità d’energia),
attraverso algoritmi su basi termodinamiche, e permettono di sintetizzare, in un unico
bilancio, più considerazioni e misurazioni. Esempi sono: Emergia (emergy synthesis)
Impronta ecologica (Ecological Footprint), Exergia. Queste metodiche si caratterizzano
soprattutto per esprimere una relazione tra un sistema complesso, l'ecosistema, e le
grandezze biofisiche con cui il settore delle costruzioni è fortemente interrelato. Viene
sviluppato un approccio olistico (il tutto è più della somma delle parti) raccogliendo
diverse informazioni che derivano da fenomeni diversi per la valutazione di sostenibilità
di un edificio.
36
4. METODI PER LA VALUTAZIONE DELLA SOSTENIBILITÀ
AMBIENTALE ATTRAVERSO INDICATORI OLISTICI
“Eppure il vento soffia ancora
Spruzza l’acqua alle navi sulla prora,
e sussurra canzoni tra le foglie
e bacia i fiori,
li bacia e non li coglie”
Pierangelo Bertoli, Eppure Soffia, 1977
Le metodologie e gli indicatori ricercati propongono la transizione da un approccio
riduzionistico, focalizzato cioè su aspetti particolari ma che non riflette adeguatamente
sulle reciproche connessioni (forse l'approccio standard degli attuali Rapporti sullo stato
dell'ambiente), ad uno prevalentemente olistico, come del resto impone una visione
scientifica del concetto stesso di sviluppo sostenibile.
Quest'ultimo presuppone infatti l'indagine di un sistema complesso, in tutte le sue
componenti e relazioni, mediante la considerazione delle risorse che lo alimentano, dei
processi di trasformazione che avvengono al suo interno ed infine degli output. E' solo
grazie a questo nuovo paradigma che si può capire se l'amministrazione, le politiche, le
azioni dispiegate su un territorio siano corrette o meno in termini di sostenibilità e
quindi si è in grado di fornire agli amministratori pubblici delle precise indicazioni sui
percorsi da intraprendere negli anni.
In particolare questa sezione servirà a richiamare indicatori riconducibili ad analisi di
tipo energetico, ecologico (un esempio è rappresentato dalla determinazione
dell'impronta ecologica), eco-economico (inerente, ad esempio, la determinazione della
trasformazione del capitale naturale), e soprattutto termodinamico, che possono riferirsi
a valutazioni di produzioni agricole, di produzioni industriali, del ciclo dei rifiuti, dei
cicli bio-geo-chimici globali (clima, acqua ecc.), di ecosistemi, quindi essere strumenti
innovativi di lettura di un territorio.
Si tratterà così di indicatori sia di processo che di prodotto, che forniscono la base
scientifica indispensabile per una eventuale e successiva certificazione ambientale di un
Comune, di una Provincia, di una produzione industriale, di un prodotto agro-alimentare
ecc. E’ auspicabile un'analisi integrata con l'uso di un set di indicatori diversi che
37
permetta di analizzare svariati aspetti di una problematica ecologica. E' opinione
diffusa, infatti, tra la comunità scientifica che un singolo indicatore di sviluppo
sostenibile non possa essere univocamente definito e che per cogliere i più importanti
aspetti di una particolare applicazione sia necessario e opportuno, al contrario, riferirsi
ad una molteplicità di questi.
4.1 La valutazione di sostenibilità nella normativa nazionale e europea.
Nel 1987 la Commissione Mondiale sull’Ambiente e lo Sviluppo (WCED), conosciuta
come Commissione Brundtland, definiva sostenibile quello sviluppo che soddisfa i
bisogni delle generazioni presenti senza compromettere la capacità delle generazioni
future di soddisfare i propri. È un’idea forte, una conquista del pensiero umano di fine
millennio, vera apertura verso una nuova idea di solidarietà estesa alle generazioni.
Dopo le Conferenze di Rio (UNCED – United Nations Conference Environment and
Development – “The Earth Summit”, 1992) e la Conferenza di Stoccolma (ISEE – The
International Society for Ecological Economics – “Investing in Natural Capital”, 1992),
il concetto di Sviluppo Sostenibile ha raggiunto una forte e crescente rilevanza per
l’orientamento, l’assunzione e la verifica delle decisioni in qualsiasi occasione di
progetto strategico, piano o programma. I più recenti Sesto Piano d’Azione Ambientale
dell’Unione Europea (2000) e il rapporto Strategia d’azione ambientale per lo sviluppo
sostenibile in Italia del Ministero dell’Ambiente (2002) ribadiscono come lo Sviluppo
Sostenibile sia ufficialmente requisito e obiettivo essenziale per i piani e i programmi
d’azione delle politiche internazionali, nazionali e locali.
Il rapporto del Ministero dell’Ambiente, in particolare, sottolinea come un sistema
economico sia sostenibile solo se l’ammontare delle risorse utilizzate per la creazione di
ricchezza resti entro opportuni limiti di sfruttamento e non sovraccarichi la capacità di
assorbimento fornita dall’eco-sfera. Se ciò non accade l’economia continuerà a
utilizzare e compromettere la qualità di risorse naturali che presto o tardi saranno
esaurite o non più utilizzabili (art.4).
La dimensione ecologica della sostenibilità implica che si lasci intatta la stabilità dei
processi interni dell’ecosfera, una struttura dinamica e autorganizzativa, per un periodo
indefinitamente lungo, senza bilanci entropici crescenti (art.5). Nel definire gli
38
strumenti dell’azione ambientale il rapporto promuove l’integrazione del fattore
ambientale in tutte le politiche di settore (art.28) e sottolinea come anche il disegno di
Legge Quadro sulla contabilità ambientale introduca il calcolo integrato economicoambientale nell’amministrazione pubblica, attraverso l’attivazione e la sperimentazione
di forme di contabilità ambientale a livello locale, in connessione con gli obbiettivi delle
Agende 21 locali (art.61).
La descrizione e la quantificazione dei fenomeni rilevanti per lo sviluppo sostenibile
richiede l’uso sistematico di indicatori. Occorrono molti indicatori perchè la complessità
dei fenomeni ecosistemici ed ambientali è grande. Un indicatore per lo sviluppo
sostenibile è necessariamente cosa diversa da un indicatore di stato dell’ambiente o di
pressione (modelli Pressione Stato Risposta), poichè deve essere collegato ad un
obiettivo, ad un target e ad un tempo di conseguimento e perchè può essere integrato ad
una molteplicità di fenomeni, anche non omogenei, che riflettono gli aspetti ambientali
ed economico-sociali dello sviluppo (art.62).
L’auspicio è di intensificare la ricerca scientifica ed i programmi di sviluppo
tecnologico, diffondere informazioni sullo sviluppo sostenibile delle economie degli
ecosistemi, promuovere gli approcci multidisciplinari e trasversali nella formazione e la
diffusione delle conoscenze. Incentivare la ricerca nel campo della sostenibilità
ambientale e delle tecniche per il controllo e il governo del territorio è il presupposto
per avviare una nuova politica ambientale consapevole ed efficace in grado di
promuovere e garantire la conservazione del capitale naturale.
4.2 Analisi del Ciclo di Vita (LCA)
Uno strumento che permette di misurare in modo sistematico gli effetti dell'attività
umana sull'ambiente è la cosiddetta Analisi del Ciclo di Vita del Prodotto (oppure di un
processo o di un’attività) o life cycle analysis (LCA), mediante la quale si studiano gli
impatti ambientali di un intero ciclo produttivo, dall'uso di materia ed energia, fino al
consumo e alla gestione dei rifiuti generati da esso. Questa metodologia permette una
diagnosi ambientale di tutta la storia di un prodotto, dalla sua nascita fino
all'esaurimento delle sue funzioni e dei suoi effetti, basandosi sulla compilazione di
inventari di consumi di risorse e delle emissioni per ciascuna fase del ciclo di vita,
39
creando un bilancio ambientale, cioè una contabilità dei flussi di risorse tra l'ambiente
naturale e le attività umane ed economiche.
La LCA permette comunque di ottimizzare, in termini di impatto ambientale, le varie
fasi del ciclo di vita di un unico prodotto, con uno sguardo alla tecnologia e
all'impiantistica che presiedono alle fasi di produzione, nonché ai metodi di
distribuzione e ai tipi di rifiuti che dal ciclo scaturiscono. Il tutto potrebbe essere
finalizzato all'ottenimento di un marchio di qualità ambientale .
4.3 Impronta Ecologica (M. Wackernagel and W. E. Rees)
Questa metodologia di contabilità delle risorse ambientali, una tra le più usate, è stata
messa a punto da William Rees (ecologo della British Columbia University di
Vancouver, Canada) in collaborazione con Mathis Wackernagel a partire dagli anni
novanta (Wackernagel, Rees, 1996; Monfreda, Wackernagel, Deumling, 2004).
L'impronta ecologica è una misura della superficie dei sistemi ecologici produttivi
(foreste, terre agricole, pascoli, superficie marina,ecc.) necessari per sostenere a lungo
termine le attività economiche e sociali di un individuo, di una particolare comunità, di
un paese o di una nazione.
Si tratta di un indicatore sintetico di sostenibilità in grado di stimare l’impatto che una
popolazione ha sull’ambiente calcolando l’area di terreno produttivo necessaria per
fornire, in modo sostenibile, tutte le risorse utilizzate e per riassorbire, sempre in modo
sostenibile, tutte le emissioni prodotte.
Il concetto di Impronta Ecologica è strettamente collegato a quello di Capacità Portante
(Carrying Capacity), intesa come il massimo di popolazione di una certa specie che un
determinato territorio può sopportare senza che venga permanentemente compromessa
la produttività del territorio stesso. Partendo da questa definizione è possibile affermare
che l’Impronta Ecologica rappresenta la quota di Capacità di Carico di cui si è
appropriata
la
popolazione
umana
residente
nell’area
considerata.
L’analisi
dell’Impronta Ecologica rovescia, in un certo qual senso, il concetto di Capacità di
Carico, ribaltando altresì anche l'approccio tradizionale alla definizione della
sostenibilità. L’attenzione cioè non viene posta sulla determinazione della massima
popolazione umana che un’area può sopportare, problema di difficile determinazione
40
perché il peso ecologico della popolazione varia in funzione di numerosi fattori, bensì
sul conteggio del territorio produttivo effettivamente utilizzato dai residenti,
indipendentemente dal fatto che questa superficie coincida con il territorio su cui la
popolazione stessa vive.
4.4 Analisi eMergetica ( H. T. Odum)
L'analisi emergetica è una metodologia termodinamica4 introdotta negli anni '80 da H.T.
Odum della Facoltà di Ingegneria Ambientale dell'Università della Florida (Odum 1983,
1991, 1992, 1996). Questa tecnica considera sia gli aspetti economici che quelli
ambientali di un certo sistema, mettendo in evidenza lo stretto rapporto di dipendenza
che sussiste tra attività umane e ambiente naturale. Attraverso l’emergia tutti gli input, i
flussi di materia, energia e denaro e gli output vengono uniformati al comune
denominatore dell’energia solare, l'energia primaria che muove tutti i processi che si
verificano all'interno della biosfera. Il vantaggio rispetto alle analisi economiche e alle
analisi energetiche consiste nel riportare prodotti e servizi ambientali ed economici ad
un'unità di misura comune al fine di poterne quantificare e mettere a confronto gli input,
in ragione del fatto che ogni prodotto o processo deriva dall’impiego, in fasi successive
della storia evolutiva, di quantità di energia.
L’analisi emergetica è stata introdotta come strumento capace di assegnare un valore a
ogni risorsa nel modo più coerente possibile con i processi reali che stanno alla base dei
sistemi antropici e naturali; essa si dimostra inoltre assai utile per misurare la
rinnovabilità nell'uso delle risorse poiché offre uno strumento per rilevare quanto un
territorio faccia uso, per il proprio sviluppo, di fonti rinnovabili sia in termini
strettamente energetici che materiali.
Risulterà ancora evidente che la funzione emergia dipende dal tipo di alternativa
adottata, o termodinamicamente parlando, dal cammino percorso per raggiungere un
4
Più correttamente, l’analisi emergetica si configura nella branca dell’Ecodinamica, una nuova
interdisciplina che registra la transizione dalla fisica classica a quella evolutiva e consente lo studio della
stabilità e dell'evoluzione dei sistemi complessi, sia attraverso l'utilizzo di concetti tradizionali rivisitati,
come l'entropia, sia grazie a concetti nuovi come l'emergia solare. Le prospettive di applicazione dell'
Ecodinamica mirano a formulare un'analisi integrata di tipo termodinamico-ecologico-economico, tesa a
ricostruire la “memoria” di tutte le trasformazioni energetiche, a partire dalle fonti primarie, richieste per
ottenere una determinata quantità di prodotti e di servizi, chiarendo come l’attività antropica, la pressione
demografica e la densità dei consumi energetici incidano sulla sostenibilità.
41
certo obiettivo, sia esso un singolo prodotto, o piuttosto lo sviluppo di un territorio. In
particolare, da un punto di vista territoriale, il fatto che la funzione emergy non sia una
funzione di stato, nel senso appena illustrato, permette di differenziare sistemi che
hanno un tipo di sviluppo economicamente simile ma non necessariamente ugualmente
sostenibile.
Questa metodologia incontra ottimamente l'approccio scelto per affrontare la tematica
della sostenibilità di un sistema territoriale; il punto di partenza è infatti quello di
considerare il sistema umano come un ecosistema e di utilizzare gli studi sui flussi di
energia e di materia che si muovono all'interno dello stesso, affrontando la loro
complessità mediante i concetti della teoria dei sistemi.
Il set di indicatori per la politica economico-ambientale che si ottiene dalla valutazione
emergetica, è in grado così di riconoscere le differenze tra preferenze umane individuali
di breve periodo – fattore di primissima importanza all'interno del sistema dei valori
dell'economia – e benessere collettivo di lungo periodo, ed è utile per determinare
quantitativamente il valore di una risorsa sulla scala della sostenibilità.
Alla base di questa metodologia ci sono i concetti di solar transformity e solar emergy .
Per definizione l’emergia solare, o emergia semplicemente detta, è la quantità di
energia solare equivalente necessaria, direttamente o indirettamente, per ottenere un
prodotto o un flusso di energia in un dato processo. Essa è evidentemente una grandezza
estensiva, come il volume o la massa, dipendente dalle dimensioni del sistema e la sua
unità di misura è il solar emergy joule (sej).
L’emergia misura quindi la convergenza globale di energia solare necessaria per
ottenere un dato prodotto, ovvero per rigenerare tale prodotto una volta consumato, o
sostenere un certo sistema. In generale si può dire che un’unità (joule) di energia solare,
un joule di carbone e un joule di energia elettrica, anche se rappresentano la stessa
quantità di energia, hanno diversa qualità, nel senso che le loro potenzialità sono
diverse: le diverse forme di energia, cioè, non hanno la stessa capacità di compiere
lavoro. Poiché molti joule di energia di bassa qualità sono necessari per ottenere pochi
joule di qualità più elevata, per dare una possibile misura alla “qualità” ed alla posizione
gerarchica dei vari tipi di energia, è stato introdotto il concetto di transformity che
rappresenta quindi la quantità di energia di un tipo necessaria per ottenere un joule di un
altro tipo.
42
In tal modo, per convertire tutti gli input e i flussi di energia, di diversa origine, che
alimentano un sistema in termini di energia solare equivalente, e quindi per riportarli ad
un denominatore comune, è utilizzato un coefficiente di conversione chiamato solar
transformity (o transformity), che rappresenta la quantità di energia solare che è,
direttamente o indirettamente, necessaria per produrre un joule di un determinato
prodotto. La transformity, a differenza dell’emergia, è una grandezza intensiva come la
temperatura, e la sua unità di misura è il sej/J (solar emergy joule/joule); talvolta, per
certi tipi di prodotto o di flusso più facilmente quantificabili in unità di massa, si può
usare una transformity espressa in sej/g (solar emergy joule/grammo) (Odum 1983,
1991, 1992, 1996). Il valore di questa può assumere un ruolo discriminante nel valutare
l’efficienza dei vari scenari, nel momento in cui andiamo a confrontare diverse
alternative, ad esempio per la produzione di un bene. Tanto più basso risulterà il valore
della transformity, tanto più nel processo si riesce a sfruttare in modo razionale ed
efficiente le risorse a disposizione.
L’emergia può essere considerata come una energy memory, ovvero come una memoria
di tutta l’energia solare necessaria per supportare un certo sistema, comprese sia le
energie spese a monte dei processi di trasformazione interni al sistema, sia quelle
coinvolte in tutte le fasi dei processi stessi; nel fare questo si tiene conto del fatto che
ogni tipo di energia ha a sua volta una diversa origine. Più grande quindi risulta essere il
flusso emergetico complessivo necessario a supportare tale processo, maggiore è la
quantità di energia solare che questo “consuma”, ovvero maggiore è il costo ambientale
presente e passato necessario a mantenerlo. Questo significa che un alto flusso di
emergia può essere indizio di un alto livello organizzativo di un sistema mentre, a parità
di processo o prodotto, può essere sinonimo di una non efficiente utilizzazione delle
risorse disponibili. Per questo motivo la grandezza “emergia” di per sé non è sufficiente
a caratterizzare un sistema. È necessario suddividere l’emergia stessa in “tipologie”,
quindi ricavarne indicatori più specifici. L'emergia, come la transformity, non è una
funzione di stato: ciò significa che entrambe dipendono dal processo con cui un
determinato prodotto è stato ottenuto; proprio in tal senso questa funzione si presta
ottimamente a valutare differenti percorsi produttivi e/o di sviluppo. Si definisce come
emergia Bk del flusso o del prodotto k-esimo,
Bk=ΣiTri Ei
43
dove Ei rappresenta il contenuto energetico dell’i-esimo input e Tri la sua transformity,
definita come
Tri=BiEi
e in cui Bi rappresenta l’emergia del prodotto i-esimo.
Questa definizione di transformity appare circolare, nel senso che nel calcolo di Bk è
presente Tri a sua volta presente nel calcolo di Bi . In realtà esiste un vincolo che la
rende operativa: la transformity dell’energia solare diretta che ha, per definizione,
valore unitario. In tal modo risulta possibile determinare le transformity di prodotti o
flussi supportati direttamente dall’energia solare, il che indica appunto la convergenza
di energia solare per dare origine a quel particolare prodotto. Una volta calcolata la
transformity di un certo numero di prodotti di questo tipo, è possibile calcolare in
cascata anche l'energia solare indiretta che è necessaria per ottenere altri prodotti, i cui
input hanno emergia nota.
Così, una volta determinata l’emergia che supporta il processo k-esimo siamo in grado
di ricavare la transformity Trk, semplicemente dividendo Bk per il contenuto in energia Ek
del k-esimo prodotto (come mostra la figura riportata di seguito):
Il calcolo dell’emergia per ogni singolo flusso energetico è eseguito sottostando a
fondamentali regole, profondamente diverse da quelle di tipo energetico, in quanto
l’emergia, a differenza dell’energia non è una grandezza conservativa e segue al
contrario una logica di “memorizzazione”.
L'emergia rappresenta una convergenza di energia, tempo e spazio.
44
Figura 4.1. Algebra dell'emergia. Nel primo diagramma è mostrato il calcolo dell'Emergia; nel secondo
diagramma è mostrato il calcolo della transformity.
Per realizzare un'analisi emergetica in ambito territoriale è necessario anzitutto
procedere all'individuazione dei confini del sistema da analizzare, quindi raccogliere la
maggior quantità possibile di notizie sul funzionamento dello stesso, in modo da poter
tradurre il sistema in esame in un diagramma che ne identifichi i confini, i principali
input, i componenti, i processi e i prodotti.
Solitamente per la modellizzazione di un sistema territoriale viene seguita la
metodologia degli “energy system diagram”, dettata dallo stesso Odum. Il modello
impiegato è in grado di fotografare il sistema in studio per mezzo di un linguaggio
simbolico che rappresenta le varie componenti e relazioni del sistema stesso. Nella
pagina successiva è riportato uno schema raffigurante i principali simboli energetici
usati per la costruzione dei diagrammi di Odum, con accanto la relativa spiegazione.
45
Figura 4.2. Simbologia proposta da H.T. Odum per gli Energy System Diagram
46
Una volta costruito il diagramma energetico del sistema si passa alla vera e propria
analisi emergetica, effettuata convenzionalmente su una scala temporale di un anno
solare per evitare errori dovuti a fluttuazioni stagionali. L'analisi porta a quantificare i
flussi di materia e energia classificandoli in rinnovabili - identificati con la lettera R (cioè quelle risorse che si producono a velocità pari al ritmo di prelievo), non
rinnovabili - identificati con la lettera N - , locali (L) ed importati (F), mediante la
costruzione di tabelle in cui vengono dapprima elencati tutti gli input al sistema con
accanto specificata la quantità usata durante l'anno considerato e la relativa unità di
misura (J oppure grammi).
Di seguito, dunque, vengono riportati i valori delle corrispondenti transformity (ricavati
da altre analisi o dalla letteratura); in tal modo i vari input possono essere espressi in
termini emergetici, moltiplicando ciascun input, o meglio la pertinente quantità, per la
relativa transformity. E' utile infine andare a specificare per ciascun input la
provenienza e la rinnovabilità, in modo da determinare il contributo emergetico di tutti
gli input, quelli locali (rinnovabili e non), e quelli acquistati dal mercato economico.
Sommando tutti gli input emergetici indipendenti si può, quindi, calcolare in sej,
l'emergia totale necessaria per supportare un certo processo.
La figura 4.3, riportata di seguito, riassume e chiarisce meglio quanto appena esposto.
Figura 4.3. Sono mostrati i vari tipi di flusso attraverso un generico sistema
47
L’approccio emergetico è in grado di fornire importanti indicatori sull’efficienza e
l’efficacia di processi, intese rispettivamente come emergia totale necessaria per
ottenere un’unità di prodotto e come l’investimento di risorse necessario per sfruttare
una fonte di energia (locale); è inoltre in grado di quantificare lo stress ambientale,
inteso come valutazione della rinnovabilità o meno delle risorse impiegate, non
dimenticando, tra l’altro, che le risorse non rinnovabili sono non sostenibili per
definizione (perché ripristinabili in lunghissimi tempi) e che sono responsabili principali
dei fenomeni di inquinamento.
Obiettivo ultimo della metodologia emergetica è quello di offrire degli strumenti, ossia
indicatori di sostenibilità, che sulla base dei flussi di emergia che insistono sul sistema
siano in grado di condensare tutte le informazioni raccolte: dall’appropriata
combinazione di questi flussi in rapporti che permettono di evidenziare il significato
ambientale del modo di usare una risorsa piuttosto che un’altra, si traggono le
indicazioni che permetteranno di valutare la sostenibilità del sistema stesso. Tra gli
indicatori più comunemente utilizzati nell'analisi emergetica applicata ad un territorio
troviamo il rendimento emergetico (emergy yield ratio, EYR), dato dall'emergia di un
output di un processo divisa per l'emergia degli input che derivano dal sistema
economico. Se il valore di questo rapporto è poco superiore a quello unitario, il sistema
restituisce, in termini emergetici, solo quanto gli è stato fornito dall'economia.
Questo indice dà quindi una misura della competitività di un sistema rispetto a quelli
alternativi nel fornire uno stesso prodotto, in quanto è una misura della capacità del
sistema di sfruttare le risorse fornite gratuitamente dall'ambiente. Maggiore è il suo
valore, più efficace è il sistema nello sfruttare le risorse naturali a parità di investimento
economico espresso in termini emergetici.
Con questo criterio possono essere valutati, ad esempio, la produzione di elettricità da
processi differenti: termoelettrico, solare, eolico, ecc.
Questo rapporto può fornire due indicazioni principali:
I)
Valutare se un processo è competitivo come fonte di emergia primaria per
un’economia. Se il rendimento emergetico del processo considerato è inferiore a quello
di processi alternativi, ci sarà un minor ritorno per unità di emergia investita. Se il
rendimento è poco al di sopra del valore unitario, il processo non è in grado di fornire
48
emergia netta, poiché in pratica restituisce all’economia quanto ha ricevuto in
precedenza.
II) Valutare la competitività di processi differenti con identico prodotto. Ad un più
elevato valore del rendimento emergetico corrisponde una maggiore frazione di input
derivante direttamente dall’ambiente. L’indice è dunque una misura della capacità del
processo di sfruttare le risorse fornite gratuitamente dall’ambiente, a parità di input dal
sistema economico.
La densità di emergia (empower density), data dall'emergia per unità di area e per unità
di tempo, è una misura della concentrazione spaziale della stessa. Un valore elevato di
questo indice sarà riscontrato in quelle zone, come i centri urbani o i poli industriali, nei
quali l'uso di emergia è grande rispetto alla superficie a disposizione. In questi casi
l'area disponibile può diventare un fattore limitante per lo sviluppo. Zone rurali o
tecnologicamente meno sviluppate presentano, in generale, un valore più basso di
questo indice.
La densità di emergia rappresenta anche una sorta di misura della carrying capacity del
sistema, che è il carico massimo sostenibile da parte dello stesso. Si può così
identificare un trend di crescita di questo indicatore proporzionale al grado di
artificialità del sistema, e auspicarne una progressiva riduzione nel tempo. L'uso di
emergia per persona, dato dal rapporto tra l'emergia totale e la popolazione, suggerisce
una misura dello standard di vita medio di un territorio. L'emergia per persona è
importante ai fini della valutazione della responsabilità dell'attivazione dei flussi di
energia e materia da parte dei cittadini e dei soggetti economici sul territorio.
La disponibilità di risorse rilevata dall'indicatore è una disponibilità tanto più volatile
nel futuro quanto maggiore è la percentuale di risorse non rinnovabili utilizzate.
Analogamente al precedente, quindi, anche per questo indicatore è auspicabile
incoraggiarne una diminuzione nel tempo, se si considera che le risorse non rinnovabili,
sia locali che non, sono le principali fonti di energia alla base dello stile di vita dei paesi
molto sviluppati.
Un elevato uso di emergia pro-capite indica di norma un elevato livello di sviluppo
tecnologico e industriale, ma anche un elevato stress ambientale.
49
Il rapporto di impatto ambientale (environmental loading ratio, ELR), è dato
dall'emergia degli input provenienti dal sistema economico e da risorse locali non
rinnovabili divisa per l'emergia derivante da risorse locali rinnovabili. Un valore elevato
di questo indice riflette un elevato stress ambientale. Questo rapporto cresce, infatti,
quando sono forniti meno input rinnovabili dall'ambiente. In tal modo esso descrive che
tipo di beni ambientali si stanno utilizzando e un suo monitoraggio nel tempo può
fornire una misura della tendenza verso la sostenibilità. Una sua diminuzione nel tempo
è così indice di una programmazione attenta del territorio, tanto che l'osservazione
rigorosa del primo principio di Daly porterebbe questo indicatore ad un valore limite
pari a zero, poiché in tal modo non verrebbero utilizzate risorse in maniera non
sostenibile.
L'investimento emergetico (emergy investement ratio) è il rapporto tra l'emergia fornita
dal sistema economico e quella fornita direttamente dall'ambiente all'intero del sistema
in esame. In tal senso, esso indica in quale misura il sistema dipenda dall'esterno, o, in
altre parole quanto sfrutti le risorse che gli sono proprie, senza scaricare la propria
insostenibilità all'esterno, pur non auspicando che un sistema si isoli dal suo contorno.
Questo indice valuta se il processo è un buon utilizzatore dell'investimento effettuato
dal sistema economico, in confronto con processi alternativi. Il suo significato fisico è la
quantificazione dell'input richiesto per lo sfruttamento di una risorsa locale. Gli ultimi
due indicatori descrivono opportunamente, dunque, la “qualità” delle risorse utilizzate:
il primo, infatti, valuta le stesse in base alle loro caratteristiche di rinnovabilità, il
secondo in base alla loro provenienza.
Le metodologie per valutare i prodotti e servizi ambientali ed economici, in unità
energetiche, devono considerare che le varie forme di energia non hanno la capacità di
compiere la stessa quantità di lavoro. Il lavoro umano, l’informazione, la cultura, la vita
nella sua complessità e gli strumenti ad alta tecnologia hanno flussi energetici molto
piccoli, ma elevati flussi di emergia sono richiesti per la loro formazione e
mantenimento. Si tratta di flussi energetici di qualità più elevata, perché hanno una
maggiore capacità di controllo retroattivo e di amplificazione di altri flussi. La loro
transformity è generalmente più elevata.
L’analisi energetica o economica tradizionale di solito trascurano gli input che non sono
in grado di valutare su una base monetaria o energetica. In questo modo, differenti input
50
hanno differenti unità di misura (grammi, Joule, ore di lavoro,..) e un bilancio completo
è impossibile. Quando invece una transformity o un contenuto emergetico vengono
attribuiti ad un prodotto, ogni input può essere misurato in termini emergetici, cioè su
una base comune.
L’input emergetico costituisce lo sviluppo di ogni sistema nella biosfera e la crescita di
complessità e biodiversità. Lo stesso vale per le economie umane, il cui sviluppo è
basato su input naturali non monetizzati e input dal sistema economico, monetizzati.
Solo il valore monetario è riconosciuto dal mercato, ma le economie si basano su
notevoli flussi dall’ambiente, che di solito vengono solo considerati per il lavoro umano
necessario ed ottenibile. Se questi input non sono considerati e non viene loro attribuito
un valore, le risorse vengono usate in forma non appropriata e non è possibile prevedere
le prospettive future per il sistema.
4.5 Emergia ed economia
L’analisi emergetica fornisce informazioni fondamentali su basi fisiche circa le
dinamiche dei sistemi umani e le loro interazioni con l’ambiente; l’integrazione di
queste informazioni con quelle economiche può servire come guida della società verso
la sostenibilità (ad esempio, per analisi di sostenibilità territoriale) (Pulselli F.M. et al.,
2006). L’emergia è definita come una misura di un bene reale che la natura e la società
fornisce, su basi comuni (Odum, 2000). “Un’economia umana, al massimo livello di
generalizzazione, può essere definita come un sistema fisico di produzione organizzata
secondo un sistema sociale di segnali” (Perrings, 1992). Emergia ed economia
sembrano apparentemente incommensurabili, ma il rapporto Emergia/Denaro (EMR),
esprimibile per macroeconomie, come il flusso annuale di emergia diviso per il prodotto
interno lordo del territorio studiato, rappresenta la quantità di emjoule solari (sej) che
supporta ogni unità monetaria di un prodotto economico. Questo rapporto, cioè,
rappresenta la quantità di risorse che è (o è stata) necessaria per mantenere una certa
struttura produttiva per un determinato periodo. Ecco dunque un legame tra l’economia
umana e le sue basi biofisiche.
51
5. CALCOLO DELL’EMERGIA SPECIFICA DEL CEMENTO
E DEL CALCESTRUZZO
“Questo è il Cuzco,
il cui ricordo emerge dolente
dalla fortezza devastata per la stupidità
del conquistatore analfabeta.
[…] Le vestigia di pietra
Mostrano la loro enigmatica armatura
Indifferente agli scempi del tempo.”
Ernesto Guevara de la Serna, detto Che, Latinoamericana. Risalente al 1952.
Questo capitolo riguarda lo studio del processo di produzione del cemento, del trasporto
dei materiali edili, e del calcestruzzo (conglomerato) per la costruzione dell’edificio.
L’analisi è articolata in tre passaggi principali, che descrivono il sistema di
trasformazione delle materie prime, fino all’utilizzo finale del materiale in cantiere,
ossia quando viene gettato nelle casseforme per la costruzione di strutture di
fondazione, di strutture in elevazione e di altre componenti edilizie.
Si studiano pertanto tre fasi di questo processo:
- Produzione del cemento;
- Trasporto;
- Produzione del conglomerato.
I risultati che si ottengono sono valori espressi in Solar Emergy Joules per unità di
massa (sej/g).
52
Figura 5.1. Diagramma energetico per la produzione di calcestruzzo. Sono mostrati i flussi in entrata di
materiali ed energia, nei 3 passaggi del processo, ed il flusso in uscita, corrispondente al
prodotto.
Nella figura 5.1 è mostrato un Energy System Diagram eseguito sulla base della
simbologia codificata da Odum; esso rappresenta gli input del processo, i vari sistemi di
trasformazione e le loro interazioni, e l’ottenimento del prodotto finale: calcestruzzo.
5.1 Introduzione
La quantità di Conglomerato e di cemento che viene usata nella costruzione di un
edificio è un dato rilevante, soprattutto per l’edilizia residenziale tradizionale, come nel
caso in esame: il calcestruzzo è un materiale largamente prevalente nelle strutture ed in
altre componenti architettoniche, soprattutto in Italia.
Inoltre, il cemento ed il calcestruzzo sono considerati dei materiali edili poco
compatibili con le politiche ambientali; la causa di questo è l’uso di materiali inerti di
estrazione, di varia origine (spesso anche ceneri di combustioni, inceneritori, ecc…), e
la lavorazione in fornace ad alte temperature, con consumo altissimo di energia ed
emissioni di gas, polveri. Tutto fornisce, dunque, un materiale non riciclabile se non
come altro inerte, dopo una dovuta macinazione.
In base a questi fattori, largo impiego del cemento come materiale edile e problemi
connessi alla sua produzione ed uso, è stato eseguito uno studio specifico per il calcolo
53
della transformity del cemento e del calcestruzzo; una parte dell’analisi prevede un
calcolo del trasporto dei materiali edili, in un caso generale e nel nostro caso specifico.
Lo scopo di questa analisi è:
- Fornire un valore di transformity valido per l’Italia e le attuali tecnologie di
fabbricazione del cemento e del calcestruzzo;
- Fornire un valore generale della transformity del trasporto di materiali edili, come
inerti, calce e simile;
- Disporre di una transformity adatta al caso specifico dell’edificio in studio, ed
applicarla al calcolo dell’emergia dell’edificio.
54
5.2 Calcolo della transformity del cemento
L’analisi del processo produttivo è stata svolta nel modo seguente:
-
Analisi del Ciclo di Vita del Cemento (cement), basata sui dati della
Certificazione di Prodotto (E.P.D.) del cementificio di Spoleto (Perugia, Italia) della
ditta Cementir. L’analisi comprende le quantità di materie prime, di combustibili, di
energia elettrica e di materiali per il trasporto e l’imballaggio necessari per una certa
unità di prodotto.
-
Stima delle ore di lavoro per la fabbricazione del cemento, sulla base dei dati
forniti dallo stabilimento Cementir di Spoleto. I dati riguardano la produzione annua di
una precisa quantità di prodotto finale.
Materiali ed energia
In uno stabilimento tipo (Cementir, Spoleto, Perugia), vengono cotti a temperature di
circa 1450°C vari materiali di estrazione: calcare (il legante), argille, gesso, pozzolana,
tassello. Per la loro estrazione in cava a cielo aperto si usa esplosivo. Si considerano i
combustibili necessari per l’estrazione delle materie prime, per la fornace e per i servizi
interni: olio combustibile e petcoke, un olio ottenuto dalla liquefazione degli scarti della
raffinazione del greggio. Si considerano anche i materiali ausiliari per l’imballaggio ed
il trasporto: sacchi di carta, polietilene, pancali di legno (pallet).
I dati forniti dallo stabilimento di Spoleto riguardano la produzione annuale (dati di
Capacità Produttiva Nominale); in questo calcolo, tutte le quantità sono state divise per
la quantità di cemento prodotto in un anno, in modo da allocare tutti i flussi ad un
grammo di cemento prodotto.
Manodopera, lavoro umano
Ai costi dei materiali si aggiungono quelli della manodopera. Nello stabilimento di
Spoleto lavorano 60 operai, distribuiti su tutto il processo produttivo (scavo della calce,
produzione industriale del cemento). Un operaio lavora per 1740 ore all’anno,
considerate al netto di ferie e malattie; non vengono fatti straordinari.
Si calcolano quindi le ore lavorative totali in un anno; moltiplicando questo valore per il
fabbisogno di energia per un’ora del metabolismo di un uomo al lavoro (523250 J/h) si
ottiene il lavoro umano in Joule necessario per ottenere il prodotto annuale.
55
Il prodotto di un anno è pari a 715000 tonnellate di cemento, pronto alla vendita. Il
lavoro necessario per ottenere un grammo di cemento è dunque 0,0764 J.
La transformity del lavoro è stata calcolata per l’Italia (Ulgiati, Odum, Bastianoni,
1993).
Item
Fabbisogno Energetico
Energia Elettrica
Pet coke
Olio combustibile
Input
Unità
Emergia
specifica
(sej/unità)
Ref.
Emergia
(Sej)
4.13E+02
3.25E+03
8.77E+01
J/g
J/g
J/g
2.07E+05
1.13E+05
9.30E+04
n
u*
u
8.55E+07
3.67E+08
8.16E+06
4.61E+08
Materie Prime
Calcare
Argilla
Gesso Chimico
Pozzolana
Tassello
1.13E+00
2.66E-01
3.92E-02
7.97E-02
8.39E-03
g/g
g/g
g/g
g/g
g/g
1.68E+09
1.68E+09
1.68E+09
1.68E+09
1.68E+09
z
z
z
z
z
1.90E+09
4.46E+08
6.58E+07
1.34E+08
1.41E+07
2.56E+09
Materiali Ausiliari
Esplosivo
Carta (sacchi)
Polietilene
Pallets
3.08E-05
2.13E-03
9.37E-05
1.85E-09
g/g
g/g
g/g
g/g
6.38E+08
6.55E+09
8.85E+09
2.40E+09
x
r
e
i
1.96E+04
1.39E+07
8.30E+05
4.44E+00
1.48E+07
Fabbisogno Idrico
Acqua
4.48E-01
g/g
1.95E+06
o
8.73E+05
Lavoro umano
7.64E-02
J/g
7.38E+06
xy
5.64E+05
EMERGIA del CEMENTO
1.00E+00
g
_
1.00E+00
g
3.04E+09
TRANSFORMITY del
CEMENTO
3.04E+09
Tabella 5.1. Calcolo della transformity del cemento. Vengono sommati i contributi energetici, di materie
prime, di materiali ausiliari e della manodopera per la produzione di 1 grammo di cemento.
Nella tabella 2 è riportato il calcolo dell’emergia e della transformity del cemento.
Il valore ottenuto è l’emergia specifica (Solar Emergy Joules per grammo) del cemento,
all’uscita dal cementificio: 3,04 E+9 sej/g.
56
5.3 Calcolo dell’Emergia del trasporto di materiali edili
Il calcolo della transformity del cemento e del conglomerato è svolto in modo generale,
su una produzione media italiana di cemento e di miscelazione del calcestruzzo.
Tra la produzione del legante, che avviene nel cementificio, e l’impasto con gli inerti e
l’acqua (la quale può avvenire sia sul sito di costruzione che in un impianto apposito)
c’è il trasporto di tutti i materiali (cemento, inerti) che non si trovano sul sito
dell’edificio. Si è dunque calcolata ed aggiunta l’emergia del trasporto; il risultato è
esteso in modo generale al trasporto dei materiali edili, per chilometro percorso e unità
di massa (grammo trasportato). E’ stato stimato poi un viaggio medio dal sito di
produzione del materiale (cava, cementificio, etc.) al sito di costruzione, pari a 50 km;
tale valore viene applicato al caso particolare di studio.
Questo calcolo ha valenza per il trasporto di tutti i materiali edili (in piccoli pezzi o in
polveri, come sabbie, ghiaie, malte; in buonissima approssimazione anche per ogni altro
trasporto), ed è espresso in sej per grammo di materiale trasportato per chilometro
(sej/g/km).
Il calcolo è eseguito con riferimento all’uso di mezzi di trasporto (materiali per la
fabbricazione di motore, telaio, carrozzeria, e combustibili). Si riferisce, inoltre, alla
portata massima dei mezzi tradizionalmente impiegati.
L’emergia del processo di trasporto è dovuta alle seguenti voci:
-
Materiali del mezzo di trasporto (camion di tipo edile, modello Iveco Trakker;
peso 9200 kg, portata 23 tonnellate): viene svolta l’Analisi Emergetica dei materiali
costituenti il camion, allocati all’unità di materiale trasportato (grammo) e ai chilometri
percorsi rispetto ai chilometri complessivi percorsi dall’autocarro (900000 km percorsi)
nel tempo di vita.
-
Consumo di combustibile: è riportato al grammo di materiale trasportato ed al
chilometro.
-
Ore lavoro per il trasporto (autista) e per il carico e scarico dell’autocarro,
riportate al grammo di materiale edile ed al chilometro.
57
-
L’analisi emergetica di un automezzo di tipo edile (camion per trasporti edili;
autocarro modello T-48 Iveco, con cassone a tenuta, di tara 9200 kg e portata 23000 kg)
viene fatta attraverso le quantità percentuali dei vari materiali, che costituiscono in
media le parti come motore e carrozzeria (Buranakarn, 1998); il calcolo è eseguito per
grammo di materiale trasportato (in base alla portata). Cioè, l’emergia del mezzo viene
calcolata dividendo l’emergia del camion per la sua portata (23000 kg) e per il tempo di
utilizzo (un viaggio di 1 km) rispetto al tempo di vita stimato (900000 km), così da
allocare ogni quantità al chilometro percorso.
-
Il calcolo del combustibile viene effettuato nel modo seguente:
- Quantità di combustibile al chilometro: prodotto della densità (838,78 kg/m3) del
diesel con il suo potere calorifico (P.C.I., potere calorifico inferiore, 43020,79 J/kg),
moltiplicato per i litri necessari per percorrere un km (0,4 L/km, o 2,5 km/L). Viene
tutto moltiplicato per 2, per considerare anche il combustibile necessario al ritorno
dell’autocarro in fabbrica, e diviso per la portata in grammi del camion; in questo modo
il carburante è stato allocato all’unità di materiale trasportato ed al chilometro percorso.
(densità diesel)x (potere calorifico diesel)x(L/km)x(distanza totale)x2/portata del camion
Dati del camion dalla scheda del modello Trakker T-48 della Iveco S.p.A.
Nel caso specifico di questo studio:
- Distanza media del sito di costruzione dal sito di produzione del cemento. Nel nostro
caso particolare, il cemento viene prodotto dallo stabilimento della Unicem a Settimello,
Calenzano, (Fi), distante 50 km da Castelfiorentino; si considera l’andata ed il ritorno
(per riportare il camion vuoto al cementificio e ricaricarlo per il viaggio successivo).
Si può assumere che la distanza media tra un cementificio ed il sito della costruzione
sia, in Italia, di 50 km, in modo che il risultato sia estendibile a più casi senza tenere
troppo conto di queste distanze.
58
-
Il lavoro dell’autista e degli operai, per il carico e lo scarico, viene calcolato in
modo generale, a partire da considerazioni, valide non solo per il caso di studio e alle
distanze medie italiane di trasporto. Per un viaggio di 50 km all’andata, e 50 km il
ritorno, ad esempio, e per il carico e lo scarico del materiale edile, si stimano 6 ore totali
di lavoro retribuite con lo stesso salario di un lavoratore edile (26 €/h). Si considera un
consumo di kilocalorie per ora secondo il metabolismo di un uomo che svolge un lavoro
più o meno pesante (3000 kilocalorie al giorno); in questo modo si risale alla quantità di
Joule consumata all’ora, a cui si applica la transformity del lavoro umano.
Composizione Mezzo di Trasporto
Acciai e ferro
Alluminio
Gomma
Plastica
Vetro
Rame
Zinco
Altri metalli
Altri materiali
Percentuale
w/w
67,50%
5,80%
4,20%
7,70%
2,90%
1,40%
0,50%
0,90%
9,10%
100,00%
Quantità
Unità
3,00E-07
2,58E-08
1,87E-08
3,42E-08
1,29E-08
6,22E-09
2,22E-09
4,00E-09
4,04E-08
4,44E-07
g/g
g/g
g/g
g/g
g/g
g/g
g/g
g/g
g/g
g/g
Emergia
Specifica Ref.
(sej/unità)
6,97E+09
2,13E+10
7,22E+09
9,86E+09
8,40E+08
1,04E+11
1,04E+11
6,97E+09
1,68E+09
k
j
xw
m
p
l
l
k
z
Totale Mezzo di trasporto
Combustibile (Gasolio) per km
Lavoro (autista, carico e scarico)
al km
Emergia Trasporto per km
Emergia Specifica Trasporto per
km
Emergia Trasporto per 50 km
Emergia Specifica Trasporto per
50 km
Emergia
(Sej)
2,09E+03
5,50E+02
1,35E+02
3,37E+02
1,08E+01
6,46E+02
2,31E+02
2,79E+01
6,79E+01
4,10E+03
1,26E+00
J/g
1,13E+05
xx
1,42E+05
2,73E-03
J/g
7,38E+06
xy
2,01E+04
1,66E+05
1,00E+00
g/g
1,66E+05
8,30E+06
1,00E+00
g/g
8,30E+06
Tabella 5.2. Flusso emergetico del trasporto di materiali edili. Il valore totale è dato dalla somma
dell’emergia dell’autocarro, del combustibile e del lavoro umano associato al trasporto ed al
carico e scarico dei prodotti.
Nella prima parte della tabella precedente, si sommano le quantità dei diversi materiali
che costituiscono il camion, a seconda delle rispettive percentuali sulla massa totale del
camion; ad ogni materiale è associata la sua transformity, reperita in letteratura (vedere
59
la colonna dei riferimenti –“Ref.”-, che rimanda alla tabella principale delle Emergie
Specifiche – Appendice C). Nella seconda parte, si aggiunge l’emergia del combustibile;
dopodichè si calcola l’emergia del lavoro dell’autista e degli operai per il carico e
scarico.
L’Emergia Specifica per ogni km di trasporto, considerando il ritorno del camion al
cementificio, risulta 1,66x105 sej/g. Si ottiene un valore si 8,03x106 sej per grammo di
materiale edile (cemento ed inerti) trasportato, considerando un percorso medio di 50
km.
E’ da notare che la fabbricazione del camion (lavoro umano e struttura della fabbrica)
non è stata inserita; infatti, una volta riferito tale processo all’unità di materiale edile
trasportato e al tempo di utilizzo rispetto al tempo di vita dell’autocarro, cioè diviso per
un valore pari al prodotto (23000000x900000), oltre che allocato per ogni camion
prodotto da tale struttura, si ottiene una quantità talmente irrisoria di materiali ed
energia (e in ultima analisi, di emergia), da poter essere trascurata.
60
5.4 Calcolo della transfromity del calcestruzzo
Il calcestruzzo è ottenuto dalla miscelazione di inerti di varia pezzatura, quali sabbia e
ghiaia, di acqua e di cemento, in adeguate percentuali (si è scelta la miscela media; al
variare della pezzatura degli inerti e della miscela, variano le caratteristiche tecniche del
conglomerato).
Si svolge, dunque, il calcolo emergetico della miscela di cemento, inerti, acqua, per dare
il Conglomerato; le percentuali in peso sono le seguenti: 8,197% di acqua; 16,392% di
cemento; 29,51% di sabbia; 45,90% di ghiaia (Portland Cement Association, 1979). Ad
ogni materiale si assegna la propria transformity (materie prime provenienti quasi
direttamente dalla cava di estrazione e cemento).
Per ottenere il calcestruzzo, come detto, si devono mescolare gli inerti ed il cemento;
questi materiali devono essere trasportati sul sito del cantiere. Si considera, dunque, il
trasporto dei materiali edili (per grammo trasportato e per chilometro percorso); la
quantità di riferimento è il grammo di calcestruzzo ottenuto, per cui si calcola il
trasporto del 91,2% del peso del calcestruzzo (inerti e cemento).
Per la miscelazione delle componenti viene considerato un impianto tipo, composto da
una autobetoniera e da un serbatoio.
Per questo calcolo, naturalmente, vengono allocate tutte le quantità al grammo di
calcestruzzo prodotto.
Si considera da betoniera modello Iveco Trakker T-48, del tutto simile all’autocarro
contabilizzato in precedenza per il trasporto dei materiali edili (Iveco Trakker T-48;
l’assunzione è più che lecita poiché le betoniere vengono fatte con lo stesso modello,
sostituendo il cassone con la betoniera rotante. Il consumo di carburante è lo stesso del
camion normale). Il consumo di una betoniera a freddo corrisponde a due ore di lavoro,
ossia ad un tragitto di 100 km. Per cui, l’emergia dell’uso della betoniera si trova
moltiplicando la transformity del trasporto per 100 km.
Per riempire la betoniera nel sito di miscelazione del calcestruzzo (e di costruzione
dell’edificio), viene utilizzato un serbatoio, riempito dall’alto, di volta in volta ad ogni
61
trasporto dei materiali edili (per cui, la fase di riempimento del silo viene inclusa nel
trasporto dei materiali). Il serbatoio è costituito da un cilindro in acciaio, alto 3 m, di
diametro 2 m e di spessore medio 5 mm. Le parti superiore e quella inferiore sono
stimate come cerchi metallici di diametro 2 m e spessore 5 mm. I sostegni del silo sono
costituiti da 4 barre di acciaio HEA, alte 3 metri e pesanti 16,7 kg/m.
La quantità di gasolio necessaria per mantenere in funzione la betoniera è stimata a
partire da quella del camion per il trasporto, supponendo che 2 ore di attività sul cantiere
equivalgano, come detto, alla percorrenza di 50 km su strada.
Il lavoro umano nel cantiere, per la miscelazione del calcestruzzo, è calcolato come la
quantità di energia (dal metabolismo medio) consumata da 4 operai in 2 ore ciascuno,
usando la conversione da kilocalorie a Joule descritta precedentemente.
La tabella 5.3 riporta il calcolo della transformity del calcestruzzo.
62
Item
Transformity
Ref.
(sej/unità)
Emergia
(Sej)
Quantità
Unità
Acqua
8.20%
g
1.95E+06
o
1.60E+05
Cemento
16.39%
g
3.04E+09
q.l.
4.98E+08
Sabbia
29.51%
g
1.68E+09
z
4.96E+08
Ghiaia
45.90%
g
1.68E+09
z
Materie Prime
7.71E+08
1.77E+09
Trasporto (Cemento + Sabbia +
Ghiaia) al km
Trasporto (Cemento + Sabbia +
Ghiaia) per 50 km
91.80%
g
1.66E+05
q.l.
1.52E+05
91.80%
g
8.30E+06
q.l.
7.62E+06
Cantiere
Betoniera
k
Acciai e ferro
6.75E-01
3.00E-05
g
6.97E+09
Alluminio
5.80E-02
2.58E-06
g
2.13E+10
Gomma
4.20E-02
1.87E-06
g
7.22E+09
xw
1.35E+04
Plastica
7.70E-02
3.42E-06
g
9.86E+09
m
3.37E+04
Vetro
2.90E-02
1.29E-06
g
8.40E+08
p
1.08E+03
Rame
1.40E-02
6.22E-07
g
1.04E+11
l
6.46E+04
Zinco
5.00E-03
2.22E-07
g
1.04E+11
l
2.31E+04
Altri metalli
9.00E-03
4.00E-07
g
6.97E+09
k
2.79E+03
Altri materiali
9.10E-02
4.04E-06
g
1.68E+09
z
j
2.09E+05
5.50E+04
6.79E+03
4.10E+05
Silo
3.13E-03
g
6.97E+09
k
2.18E+07
Combustibile
1.26E+02
J
1.13E+05
xx
1.42E+07
Lavoro per Miscelazione
1.82E-01
J
7.38E+06
xy
1.34E+06
Totale Emergia del Cantiere
3.77E+07
EMERGIA del CALCESTRUZZO al
km
1.80E+09
TRANSFORMITY del
CALCESTRUZZO al km
1.00E+00
g
1.80E+09
EMERGIA del CALCESTRUZZO per
50 km
TRANSFORMITY del
CALCESTRUZZO per 50 km
1.81E+09
1.00E+00
g
1.81E+09
Tabella 5.3. Calcolo dell'emergia specifica del conglomerato. Il valore finale di emergia del conglomerato
è dato dalla somma dell’emergia dei vari materiali della miscela, dei macchinari usati per
mischiare del lavoro umano correlato. Sono mostrati i calcoli per differenti scenari di
trasporto.
63
L’Emergia Specifica del calcestruzzo risultante dal calcolo è 1,80x109 sej/g/km. Se si
considera un percorso medio di 50 km per il trasporto dei materiali, essa sale a 1,81x109
sej/g.
5.5 Conclusioni e verifica dei risultati
L’Emergia Specifica del cemento uscito dal cementificio risulta essere 3,04x109 sej/g.
La Transformity del trasporto di materiali edili, per grammo di materiale edile
trasportato, è 1,66x105 sej/g, per ogni chilometro. Considerando una distanza media di
50 km tra il cementificio e il sito di costruzione, la Transformity del trasporto risulta
8,30x107 sej/g.
L’Emergia Specifica del calcestruzzo ottenuta, considerando un trasporto medio di 50
km, è 1,81x109 sej/g, mentre per ogni km il valore è 1,80x109 sej/g.
Come possiamo vedere dalla tabella sottostante, l’emergia specifica calcolata in questo
lavoro, per il conglomerato, rientra nell’ordine di grandezza dei valori reperibili in
letteratura; rispetto alla media di questi dati, il valore si discosta di circa il 32%,
probabilmente perché riguarda il caso italiano particolare (valore ed emergia dei
combustibili e degli altri materiali, altre differenze che ci sono tra nazioni), sia perché
riferito ad una distanza media di trasporto dei materiali, che, in Paesi come gli Stati
Uniti, può diventare importante.
Emergia Specifica
Riferimento
7,43 E+8 sej/g
Bjorklund J. et al., 2000
2,42 E+9 sej/g
Buranakarn, 1998
3,48 E+9 sej/g
Buranakarn,2003
3,98E+09 sej/g
Haukoos, 1995
Valore Medio dei dati in letteratura:
2,65 E+9 sej/g
Calcolo di questo lavoro (per una distanza di trasporto media):
1,81 E+9sej/g
Differenza della Media con il valore qui ottenuto:
8.40 E+08 sej/g
32.03%
Tabella 5.4: Emergie Specifiche del conglomerato reperite in letteratura. Calcolo del valore medio dei
dati reperiti in letteratura. Stima dell'errore nel presente studio rispetto a tale media: il valore
qui calcolato risulta minore della media dei valori correnti
64
In letteratura esiste un calcolo analogo: Buranakarn (Buranakarn, 1998) ha calcolato la
transformity del calcestruzzo con un procedimento simile, ma inserendo anche
l’emergia delle autostrade e delle strade. Nel calcolo qui svolto, le autostrade e tutte le
infrastrutture non vengono inserite, in quanto usate da una grande quantità di persone,
autoveicoli, e con tantissimi scopi. Si ritiene, cioè, che la percentuale di emergia delle
infrastrutture che ricade sul trasporto in esame abbia un valore irrisorio. Lo stesso
ragionamento, come detto, viene fatto per il cementificio con i suoi macchinari e per gli
impianti di costruzione degli autocarri, dell’autobetoniera e del silo.
Questi valori di Emergia Specifica saranno parte integrante del calcolo dell’emergia
della costruzione dell’edificio in esame.
65
5.6 Caratteristiche generali del Calcestruzzo
I componenti dell’impasto del calcestruzzo sono tipicamente:
- Il cemento;
- Gli inerti;
- L’acqua;
- Eventuali additivi.
Vi sono vari tipi di cementi impiegati:
ƒ normali;
ƒ ad alta resistenza;
ƒ ad alta resistenza e rapido indurimento;
ƒ alluminosi;
ƒ per sbarramenti di ritenuta.
E’ di solito opportuno che all’inizio dei lavori di costruzione di un edificio di una certa
importanza, un campione del cemento che si impiegherà sia inviato ad un laboratorio
ufficiale per le prove essenziali, quali:
- determinazione della finezza;
- prova di deformabilità;
- prova del tempo di presa;
- prove di resistenza a flessione e compressione.
Cemento
Il cemento può essere fornito sfuso o in sacchi per il trasporto e la conservazione. I
sacchi sono costituiti da un doppio foglio di carta molto resistente, contenenti 50 kg di
cemento; il cemento che si trova in magazzino da molto tempo non viene utilizzato per
opere molto sollecitate. I sacchi devono essere conservati in ambiente asciutto ed
arieggiato. Sistema più comodo e veloce è il trasporto in autosilo e lo stiramento in
cantiere in apposito silo metallico, dove il cemento è fatto affluire con pompe
pneumatiche.
Dosaggio: all’aumentare della quantità del cemento nell’impasto, si ottiene un
calcestruzzo di maggiore resistenza; quindi, la dosatura del cemento è funzione dell’uso
del calcestruzzo. Ove occorre una grande resistenza, come per il cemento armato, ne
66
verrà impiegato tanto; al contrario, per lavori dove il calcestruzzo è sottoposto a piccoli
sforzi la quantità di cemento impiegata sarà minore. Per le opere non armate, la quantità
di cemento per metro cubo di calcestruzzo è di circa 150 kg, mentre per opere armate la
quantità di cemento è di 300 kg.
Inerti
Gli inerti naturali o di frantumazione devono essere costituiti da elementi non gelivi,
privi di parti friabili, terrose e di sostanze nocive. Queste caratteristiche devono essere
continuamente controllate durante l’esecuzione dell’opera. Per inerti si intende sia la
sabbia che il pietrisco, o la ghiaia (il pietrisco è preferibile alla ghiaia di fiume). Il
pietrisco è ricavato da una roccia che si sceglie con cura, compatta e resistente; le ghiaie
al contrario possono contenere elementi di rocce diverse anche poco resistenti, con
spigoli arrotondati e spesso con elementi piatti. Per un buon calcestruzzo non è
sufficiente che gli inerti siano omogenei, puliti e resistenti; occorre che, una volta
mescolati con acqua e cemento, diano una massa compatta così da non creare vuoti
d’aria. Per questa ragione è preferibile che gli inerti siano assortiti con elementi grandi
contrapposti a quelli piccoli, così da andare a coprire quelle aree rimaste vuote.
Acqua di impasto
L’acqua per impasti deve essere limpida, non contenente sali in percentuali dannose e
non deve essere aggressiva. Praticamente tutte le acque non dure possono essere usate
per i calcestruzzi; in casi di necessità anche l’acqua di mare può essere usata. Sono
escluse invece le acque degli scarichi industriali e civili, acque che contengono
zucchero, oli e grassi. Per le acque torbide è ammesso un limite di torbidità di due
grammi per litro. Qualora venga usata acqua calda per impasto, la temperatura non deve
superare i 60°C. Per determinare la reazione di idratazione del cemento (fenomeno di
“presa”) è sufficiente una quantità di acqua di 30 litri per 10 kg di cemento.
Purtroppo, l’eccesso di acqua risulta dannosissimo, perché provoca vari inconvenienti:
- diminuisce notevolmente la resistenza;
- aumenta il ritiro del calcestruzzo;
- rischio gravissimo della separazione degli inerti.
67
La notevole riduzione di resistenza del calcestruzzo è dovuta al fatto che la quantità di
acqua che eccede quella minima richiesta dall’idratazione del cemento, in parte si perde,
colando tra le fessure delle casseforme, trasportando fuori della massa del calcestruzzo
una discreta quantità di cemento. L’aumento del ritiro del calcestruzzo determina
fessurazioni nella massa, con gravi conseguenze per l’impermeabilità delle strutture. Un
eccesso notevole di acqua comporta il rischio gravissimo della separazione degli inerti,
che tendono a stratificarsi in base al loro peso specifico, alterando completamente le
caratteristiche del calcestruzzo.
Nel confezionamento del calcestruzzo sono quindi molto importanti la dosatura del
cemento, la granulometria degli inerti, e il rapporto acqua-cemento. La confezione del
calcestruzzo, cioè l’esecuzione dell’impasto dei vari elementi, è una operazione molto
importante, dalla quale dipende l’omogeneità del calcestruzzo stesso. Questo passaggio
può esser fatto a mano o con apposite macchine, dette appunto betoniere. La
lavorazione a mano è ormai completamente abbandonata anche nei piccoli cantieri;
l’uso della betoniera è generalizzato ovunque, poiché ne esistono di vari tipi, di
differente capacità ed autonomia, tali da soddisfare qualsiasi esigenza organizzativa. Il
tipo più semplice di betoniera è quello a bicchiere oscillante, facilmente trasportabile,
adatta a piccoli cantieri. La dosatura degli inerti può essere fatta contando le comuni
carriole oppure misurando con apposite casse tarate, prima di inserirli nel bicchiere. I
tempi d’impasto non devono essere né troppo brevi, altrimenti il materiale risulta poco
omogeneo, né troppo lunghi, per evitare la separazione degli inerti, specialmente
quando l’impasto è molto fluido. Quando il cantiere è di grande importanza, ed occorre
una grande quantità di calcestruzzo, è indispensabile una vera e propria centrale di
betonaggio.
Quando la centrale di betonaggio si trova a notevole distanza dal luogo d’impiego,
occorre provvedere al trasporto del calcestruzzo con adeguati mezzi meccanici. Il tipo
appositamente studiato e realizzato è l’autobetoniera, che può servire i cantieri ad una
distanza fino a circa 30 km dalla centrale di produzione. Lo scarico del calcestruzzo
deve essere ultimato entro un periodo di tempo variabile da 1 a 2 ore e mezzo.
L’operazione di posa in opera è comunemente detta “getto”, e consiste nel gettare
l’impasto nelle apposite casseforme. Il sistema più semplice è quello di disporre di una
68
gru a braccio, con benna, che può scaricare il calcestruzzo direttamente nel punto
stabilito. Durante il getto è assolutamente da evitare l’aggiunta di acqua al calcestruzzo,
mentre è opportuno bagnare le casseforme, che sono fatte di tavole di legno. La tecnica
recentemente entrata nell’uso corrente della posa in opera del calcestruzzo è quella
mediante pompaggio attraverso tubazioni. Sono state realizzate delle pompe che
permettono di gettare calcestruzzo fino a 20-25 m3/h, ad una distanza di 150 m e
un’altezza di 75 m.
Il calcestruzzo posto nelle casseforme solidificare in modo perfettamente uniforme. Per
questo scopo, delle macchine apposite scuotono le casseforme o il cemento stesso: i
vibratori. Esistono vari tipi di vibratori in commercio e si possono classificare in 4 tipi:
- vibratori interni ad immersione;
- esterni che agiscono sulle casseforme;
- di superficie;
- tavole vibranti.
Se alla fine della giornata lavorativa il getto non è stato completato, occorre fare
attenzione nella ripresa del lavoro; il getto già eseguito deve essere accuratamente pulito
e bagnato con acqua. Si può versare una miscela liquida di cemento ed acqua (boiacche)
sulla superficie già indurita, in modo da aumentare l’adesione della ripresa. Ultimato il
getto, alla fine della presa del cemento, il calcestruzzo fresco deve essere protetto dai
raggi diretti del sole e dal vento, così da evitare una troppo rapida evaporazione
dell’acqua in eccesso.
La temperatura ambientale è di notevole importanza per la buona riuscita del
calcestruzzo; essa non deve essere troppo elevata (superiore ai 30°C) né troppo bassa
(sotto gli 0°C). Se il getto viene effettuato quando la temperatura supera i 30°C, occorre
proteggere il calcestruzzo con copertoni bagnati; quando la temperatura è troppo fredda,
il gelo può provocare dei danni al cemento in quanto l’acqua dell’impasto si congela
aumentando di volume, quindi provocando la disgregazione della massa di calcestruzzo.
Durante il periodo di presa e successivo indurimento, il calcestruzzo subisce una
diminuzione di volume, che dà luogo al fenomeno del ritiro; quest’ultimo provoca nella
massa la formazione di fessurazioni. Per limitare gli effetti del ritiro, si dovrà fare
attenzione ad evitare la rapida evaporazione dell’acqua di impasto nei periodi di caldo
eccessivo, e limitare l’acqua in eccesso nell’impasto. La presenza di armature in ferro
69
nella massa del conglomerato riduce notevolmente la possibilità di fessurazioni, in
quanto il ferro assorbe le tensioni che si originano nella massa per effetto del ritiro.
Il calcestruzzo ha un alto coefficiente di dilatazione termica, tuttavia la variazione di
temperatura che si verifica nel tempo, per l’alternarsi delle temperature, non produce
inconvenienti nelle strutture se queste sono di limitata estensione. Quando invece le
dimensioni della struttura superano un certo valore occorre predisporre dei giunti che
permettano la libera dilatazione del calcestruzzo. L’indurimento del calcestruzzo
(stagionatura) è una conseguenza del processo di idratazione del cemento. Esso avviene
dopo 28 giorni dalla fine del getto.
Le strutture in conglomerato cementizio poste lungo i litorali marini o ad una distanza
inferiore dai 300 m dal mare, subiscono un rapido fenomeno di degrado per effetto della
salsedine. Il calcestruzzo si sfalda, ed eventuali armature in ferro vengono rapidamente
corrose. In tali ambienti, occorre realizzare il conglomerato con particolari
accorgimenti:
- utilizzare cementi pozzolanici ed alluminosi;
- l’eventuale armatura in ferro deve essere protetta da un maggiore spessore di
conglomerato;
- il calcestruzzo deve essere compattato con la vibrazione e reso impermeabile;
- la superficie esterna del calcestruzzo può essere trattata con una biacca molto fluida
di cemento.
Le strutture in conglomerato di cemento armato e non, presentano una notevole
resistenza alle alte temperature, che possono derivare dagli incendi. Perché gli effetti del
calore possano produrre seri inconvenienti, è necessario che la temperatura raggiunga
valori tra 500 e 600°C; in tal caso, il calcestruzzo perde completamente l’acqua
contenuta nella sua massa e la resistenza si riduce a circa la metà.
La caratteristica principale del calcestruzzo è la resistenza alla compressione. La
determinazione della resistenza a compressione avviene sperimentalmente con prove di
schiacciamento su provini di calcestruzzo. La resistenza a compressione per il
conglomerato è di circa 700 kg/cm2.
La resistenza a trazione è molto bassa, nell’ordine di 20 kg/cm2.
La resistenza a flessione vaia in genere tra 1/5 e 1/10 della resistenza a compressione.
La resistenza al taglio è di circa 50 kg/cm2.
70
L’inconveniente maggiore del normale calcestruzzo è l’elevato peso che è di circa 2500
kg/m3. Negli ultimi anni le ricerche sono state, quindi, orientate verso la realizzazione di
calcestruzzi leggeri. Il calcestruzzo leggero ideale dovrebbe avere una densità non
superiore a 1500 kg/m3, un’elevata resistenza non inferiore a 250 kg/cm2, e un modulo
di elasticità elevato, non inferiore a 150000 kg/cm2.
La pomice è un materiale naturale a struttura alveolata, adatto come inerte leggero per
conglomerati impiegati nella confezione di blocchi e manufatti prefabbricati. Il
calcestruzzo è eseguito mescolando nella betoniera 1 m3 di pomice con 200 kg di
cemento, per strutture non resistenti, e con 300 kg di cemento per strutture con funzione
portante. Il peso del calcestruzzo con pomice varia tra 900 e 1100 kg/m3 a seconda della
quantità di cemento e dell’eventuale aggiunta di sabbia. La resistenza di un calcestruzzo
con pomice può raggiungere i 159 kg/cm2; tale calcestruzzo è però più pesante degli
altri di tipo leggero.
Un altro conglomerato leggero viene ottenuto con la vermiculite espansa, la cui densità
varia da 100 a 300 kg/m3. L’impiego della vermiculite espansa per i calcestruzzi leggeri
è oggi abbastanza diffuso. L’argilla espansa è un inerte leggero, derivato da un processo
di cottura dell’argilla a 1200°C. Essa risulta molto più pesante della vermiculite, ma ha
il grande vantaggio di avere una resistenza a compressione che può arrivare a 300
kg/cm2; inoltre, ha un ritiro leggermente superiore a quello dei calcestruzzi ordinari, ed
una dilatazione termica leggermente inferiore.
Elementi in Calcestruzzo
Negli ultimi tempi si è avuta una grande diffusione di blocchi di conglomerato normale
o alleggerito; i migliori tipi di produzione sono quelli con inerti di pomice e di argilla
espansa, che hanno qualità notevoli di resistenza, coibenza, leggerezza, e risultano
abbastanza economici.
I tubi di cemento sono a sezione circolare, vengono prodotti con casseforme metalliche.
Per il collegamento fra loro hanno una rastremazione terminale ad incastro. La
tubazione di cemento è adatta per la posa in opera sul terreno o quella interrata.
I pozzetti idraulici sono manufatti eseguiti con calcestruzzo vibrato. Sono largamente
impiegati per la rete di un impianto di fognatura. Questi manufatti sono estremamente
economici, robusti, facili da mettere in opera.
71
Il Cemento Armato
Il principio di costruzione del cemento armato è basato sulle caratteristiche di due
componenti:
- il calcestruzzo, che può sopportare grandi sforzi di compressione;
- l’acciaio, che può sopportare grandi sforzi di trazione.
Negli elementi strutturali in genere soggetti a flessione, si delimitano due zone, separate
da un piano neutro: una zona compressa ed una tesa. L’unione e la collaborazione dei
due materiali è resa possibile dalle seguenti caratteristiche:
- assenza di reazioni chimiche tra la pasta di cemento e l’acciaio;
- aderenza fra calcestruzzo ed acciaio;
- analogia dei coefficienti di dilatazione;
- trasmissione reciproca degli sforzi.
L’armatura del cemento armato si può distinguere in tre categorie: l’armatura principale,
che assorbe gli sforzi di trazione; l’armatura secondaria, per gli sforzi di taglio;
l’armatura complementare, senza un preciso compito statico.
Le caratteristiche essenziali per i calcestruzzi da armare sono: massima compattezza, da
ottenere con buoni inerti assortiti e con la tecnica della vibrazione; buon dosaggio di
cemento, ottima resistenza, impermeabilità.
Nelle strutture in cemento armato l’acciaio è quasi sempre in sezione circolare; vengono
usate barre di diametro variabile dai 4 ai 30 mm e lunghezza della barra di 12 m circa.
In commercio esistono tutti diametri pari, mentre quelli dispari vengono prodotti solo
sotto i 10 mm. Il ferro per il cemento armato arriva in cantiere con le barre piegate a
metà per comodità di trasporto. I ferri da piegarsi nelle strutture in cemento armato sono
o diritti con uncini all’estremità, o sagomati. Le staffe servono per collegare i vari ferri.
La struttura composta dai ferri diritti o sagomati e dalle si chiama gabbia. La
lavorazione dei ferri per il cemento armato è dunque piuttosto semplice; la si può fare a
mano o a macchina. Oggi le operazioni di taglio e sagomatura vengono fatte
completamente a macchina.
Le barre di ferro per il cemento armato presentano, appena arrivano in cantiere, il
caratteristico colore metallico dell’acciaio. Bastano però pochi giorni perché il colore
cambi e diventi rosso-marrone, per effetto dell’ossidazione. Appena inizia l’ossidazione
dell’acciaio, aumenta la rugosità della superficie della barra, migliorandone l’aderenza
72
con il calcestruzzo; una forte ossidazione può essere invece dannosa perché riduce
notevolmente l’aderenza.
I tondini lisci per il cemento armato sono contraddistinti dalle sigle FeB 22K e FeB
32K, mentre le barre ad aderenza migliorata hanno le sigle FeB 38K e FeB 44K. I
tondini sono oggi quasi del tutto scomparsi nei cantieri in quanto vengono impiegate le
barre ad aderenza migliorata.
5.7
Cemento, calcestruzzo e inceneritori
Esaminando le varie fasi del ciclo di vita del cemento e del calcestruzzo, ci siamo
imbattuti in un processo che richiede molta energia, cioè quello di cottura del Clinker,
un prodotto intermedio del cemento. Infatti, il cemento è prodotto per macinazione fine
di calcari, argille, tufi, marne, scisti (componenti principali). La miscela cruda passa
all'interno di un reattore nel quale hanno luogo scambi di calore - che scatenano
complesse reazioni chimiche - seguiti da un rapido raffreddamento. Il risultato di questo
processo di cottura è il clinker da cemento, prodotto-base che viene poi macinato
insieme ad altri costituenti secondari per renderlo idoneo ai più svariati impieghi.
La fase di cottura è il cuore della produzione cementifera. I forni raggiungono la
temperatura di 1.450°C e assorbono tra il 90 e il 100% dell'energia complessivamente
consumata dall'intero processo di fabbricazione del cemento. Il consumo energetico
incide in modo particolare sulla voce dei costi, ed è oggetto di particolare attenzione e
sudi finalizzati alla sua riduzione.
Per questi motivi, c’è chi ha ritenuto opportuno considerare gli altoforni dei cementifici
come degli impianti di termovalorizzazione di alcuni rifiuti industriali o degli
inceneritori stessi. In un articolo uscito su “Italian Leadership – Mensile di economia,
attualità e cultura”, nel 1997, si leggeva quanto segue:
“I cementifici sono quindi i primi ad essere interessati alla ricerca di fonti energetiche
alternative. La Direttiva 94/76/UE sull'incenerimento dei rifiuti pericolosi ha equiparato il
ruolo degli inceneritori professionali a quello degli impianti industriali che bruciano i
residui come combustibile alternativo. Come si è visto, infatti, nel processo di lavorazione
del cemento, la fase di cottura del clinker richiede altissime temperature ad un elevato
tempo di permanenza in atmosfera altamente ossidante dei gas. Ciò crea condizioni ancora
73
più favorevoli di quelle esistenti negli inceneritori. In questo caso la legge limita l'apporto
calorico dei residui al 40% del fabbisogno totale di energia primaria dell'impianto.
Durante il processo produttivo del cemento, il riutilizzo dei residui può avvenire con due
destinazioni diverse:
- residui riutilizzabili nella miscela cruda di alimentazione del forno per la cottura del
clinker (ad esempio ceneri di pirite, ossidi di ferro, sabbie e terre esauste di fonderia ecc.);
- residui riutilizzabili come costituenti secondari dei cementi (come loppe d'altoforno,
ceneri volanti, gessi chimici, sabbie e terre esauste di fonderia ecc.). “ (Fonte: sito web
CESI).
Sembra, dunque, che in questo modo si possa aumentare l’efficienza produttiva non di
uno, ma di due diversi processi industriali: l’incenerimento dei rifiuti e la produzione di
cemento. Ma c’è di più: le ceneri dei vari termovalorizzatori e altri scarti industriali
leggeri e porosi sono utilizzati come inerti o leganti nello stesso conglomerato, anche in
base alle ottime caratteristiche che “fornirebbero” al prodotto finale. In Germania, le
ceneri degli inceneritori (che sono altamente tossiche) vengono utilizzate nei sottofondi
delle strade, ritenendo che su di essi non ci sia lisciviazione da parte delle piogge.
Se tutto andasse come si suppone, non ci sarebbero problemi, ma non si considerano
due evidenze sostanziali del problema:
I) L’uso delle ceneri di scarto nel calcestruzzo diminuisce la quantità di cemento
necessaria, diminuendo il prezzo finale del conglomerato stesso. Questo diviene un
fattore importante nel momento in cui un architetto o comunque un progettista deve
scegliere i materiali con cui fare un edificio; se il calcestruzzo diviene sempre più a
buon mercato, gli edifici di tipo residenziale tradizionale e di tipo industriale, come sta
già succedendo, saranno costruiti per la maggior parte di conglomerato. Di fatto, questa
rappresenta l’opportunità migliore per costruire velocemente, ed a basso costo, un
immobile. Le strategie e le evoluzioni del mercato del settore edile non facilitano, in
questo modo, gli interventi di salvaguardia del Capitale Naturale (ricordiamoci, a tal
proposito, quanto detto all’inizio del capitolo sull’impatto ambientale della produzione
del cemento).
II) Sono state scoperte particelle nanometriche che vengono prodotte da ogni sorta di
combustione ad elevate temperature. Queste particelle, la cui scoperta è dovuta ai
ricercatori modenesi Stefano Montanari e Antonietta Gatti, possono entrare nel sangue
umano e persino nelle cellule, provocando linfomi, leucemie, tumori (Gatti, Montanari,
74
2004; comunicazione orale, 2006). La produzione di queste nanoparticelle sembra
avvenire principalmente (per quanto si sa fino ad ora) in due modi:
- Urto di proiettili resistentissimi (ad esempio, ad Uranio Impoverito) contro strutture
resistenti in metallo (come le corazze dei carri armati), che provocano per attrito
temperature altissime sul metallo stesso, facendolo sublimare in nanoparticelle.
- Combustioni ad altissime temperature, come quelle usate negli inceneritori d’ultima
generazione per bloccare le emissioni di particelle finissime, come il PM10.
In base a quanto sopra, sorgono dei dubbi sull’effettiva efficienza e sicurezza degli
inceneritori e dei termovalorizzatori, e dunque anche della produzione di un
calcestruzzo contenente queste ceneri e costituito, inoltre, da cemento prodotto
utilizzando ceneri come combustibile.
C’è comunque chi canta le lodi di questo nuovo tipo di cemento; ad esempio, la ditta
nipponica Taiheyo Cement Corporation lo presenta come “Ecocemento” (Takashi et al.,
1997); d'altronde, dal punto di vista puramente termodinamico ed anche emergetico, un
cemento contente scarti di altre lavorazioni risulta a minor impatto sul Capitale Naturale
di partenza, inglobando un feedback di riciclo dei materiali. La questione è complessa e
semplici calcoli termodinamici o di efficienza industriale non considerano la tossicità e
la pericolosità di certi processi e coprodotti.
Rimane dunque uno spunto di studio nell’approfondimento del problema del cemento
contenente ceneri, e della quasi assenza, finora (Susani 2005, Bastianoni 2006) di
indicatori di tossicità negli indici prettamente termodinamici utilizzati nella valutazione
degli impatti ambientali. Si deve notare però che un’analisi emergetica del riciclo di vari
materiali edili, tra i quali il cemento, e dell’uso di materiali riciclati nei loro processi di
produzione, è stata svolta in modo per lo più completo da Buranakarn (Buranakarn,
1998). In questo lavoro si dimostra che la produzione di cemento contenente cenere di
carbone ed altre ceneri industriali, aumenta l’emergia finale del cemento, e dunque la
sua transformity.
75
6. ANALISI EMERGETICA DELL’EDIFICIO
“Odio gli indifferenti,
Perché mi dà noia il loro piagnisteo
Di eterni innocenti.
Domando conto ad ognuno di essi
Come ha svolto il compito
Che la vita gli ha posto
E gli pone quotidianamente,
Di ciò che ha fatto
E specialmente di ciò che non ha fatto.
E sento di poter essere inesorabile,
Di non dover sprecare la mia pietà,
Di non dover spartire con loro
Le mie lacrime…
Vivo. Sono partigiano.
Perciò odio chi non parteggia,
Odio gli indifferenti.”
Antonio Gramsci, Scritti Giovanili, 1914-18.
Il clima e, più in generale, il Capitale Naturale sono in crisi;
l’edilizia svolge un ruolo fondamentale in questa situazione di squilibrio,
e non si può rimanere indifferenti.
In questo capitolo si svolge l’Analisi Emergetica di un edificio. L’analisi è applicata alle
fasi di costruzione, gestione (manutenzione) ed uso di un edificio, ai materiali edili e
alle parti strutturali di cui è costituito.
In letteratura esistono ancora pochi esempi di analisi emergetica applicata ad un
edificio: Brown, Buranakarn 2003, Meillaud, Gay, Brown 2005 e Buranakarn 1998.
Il caso di studio è rappresentato da un edificio costruito secondo l’edilizia tradizionale
italiana, per cui fornisce delle informazioni generali sull’uso delle risorse da parte
dell’industria edilizia in Italia.
76
La prima fase dell’analisi consiste nell’individuazione e schematizzazione del processo,
attraverso l’Energy System Diagram, nel quale sono mostrati i flussi di energia e
materia del processo.
La fase successiva dell’analisi prevede l’inventario di tutti gli input che alimentano il
processo nelle due fasi di costruzione e uso-gestione dell’edificio. I dati sono stati
raccolti in una tabella costruita sulla base di un computo metrico di un edificio
residenziale esistente, le cui caratteristiche rispecchiano, in buona misura, quelle
dell’edilizia residenziale tradizionale contemporanea in Italia, realizzata con tecniche
costruttive standard.
Attraverso l’analisi emergetica (consolidato metodo di contabilità ambientale) si è
provveduto alla redazione di un computo metrico estimativo (di tipo ambientale e non
economico) accorpando le singole voci in categorie riconoscibili e associando ad
ognuna una transformity (si veda l’algebra dell’emergia nel cap 4). La stima è rivolta a
quantificare i flussi di emergia, cioè le quantità di materiali ed energia usate per la
costruzione dell’edificio nelle varie fasi, espresse in solar emergy joule.
Come già ribadito, il vantaggio dell’analisi emergetica consiste nella possibilità di usare
la stessa unità di misura, calcolata su basi termodinamiche, applicando coefficienti di
trasformazione specifici (transformity), per voci di varia natura, originariamente
espresse in unità di massa o di energia.
77
6.1 Descrizione dell’edificio
L’edificio, oggetto di analisi, comprende residenze ed uffici (centro poliambulatoriale),
ed è sito in piazza delle Fiascaie, Castelfiorentino (FI). Ha una cubatura di circa 10.000
m3 (di cui 7.500 fuori terra) e circa 2.700 m2, distribuiti in nove appartamenti, sommati
ad ambulatori e uffici che si estendono per tutto il piano terra ed il primo piano.
L’edificio, di tipo residenziale tradizionale italiano, comprende un piano terra, 3 piani
rialzati e uno sottotetto, un piano interrato. Risulta esposto con una parete a W-SW
(ovest-sud-ovest), parzialmente coperta da un palazzo attiguo e rivolta verso il fiume
Elsa, e con un’altra parete verso E-NE (est-nord-est), affacciata su una piazzetta interna.
Altri due lati dell’edificio formano il collegamento con gli altri edifici della piazza, che
si dispongono a cerchio.
L’edificio è posto in pianura, a poche decine di metri da un fiume; tra l’edificio ed il
fiume è sito un altro palazzo, di tipo residenziale, oltre al quale c’è la ferrovia (SienaEmpoli). Il sito dello studio è, però, vicino alla strada Statale 429, dunque in posizione
abbastanza favorevole all’arrivo su strada dei materiali da costruzione.
Il paese, Castelfiorentino, sorge nella valle del fiume Elsa, con la parte antica su una
collina ed il resto sviluppatosi lungo le rive del fiume (storicamente, all’incrocio tra la
Via Francigena, la Via Volterrana, e, più tardi, la statale Senese Romana). Ad eccezione
della parte antica (di tipo medievale) e di quella subito sottostante (tra ottocento e
novecento), gli edifici riflettono l’edilizia tradizionale residenziale, dagli anni cinquanta
ad oggi; l’edificio in studio si colloca in questa tipologia. L’economia del paese è stata
ed è basata soprattutto sulla piccola industria.
Per meglio comprendere la struttura dell’edificio, si riportato alcuni alzati e piante nelle
pagine seguenti.
78
Figura 6.1. Sezione edificio. Scala 1:100
79
Figura 6.2. Prospetto Facciata Sud. Scala 1:100
80
Figura 6.3. Pianta Primo Piano. Scala 1:200
81
Figura 6.4. Modello degli elementi portanti in acciaio di travi, pilastri, solai e copertura. I triangoli blu in
basso rappresentano le fondazioni
82
6.2 Il diagramma energetico (Energy System Diagram)
Il diagramma rappresenta le due fasi successive ed interdipendenti della costruzione di
un edificio, fino al momento in cui entra in esercizio, per svolgere la sua funzione di
“abitazione”; l’analisi comprende anche la fase di gestione, ossia la fase che richiede
manutenzione, e la fase di uso (in cui l’edificio viene abitato), nella quale convergono
flussi di energia elettrica, gas, acqua potabile.
Figura 6.5. Diagramma energetico dell’edificio. Il diagramma riportato è uno schema realizzato attraverso
gli energy system symbols secondo le direttive grafiche codificate da Odum, e rappresenta le
due fasi del processo e i flussi di energia e materia che lo alimentano.
Le fasi sono dunque le seguenti:
- Costruzione: rappresentata come una interazione (il simbolo in alto a sinistra, a forma
di freccia), in cui convergono flussi di materia ed energia. Essa consiste nel momento in
cui si preparano il terreno, lo scavo, i materiali edili e quelli ausiliari, si installa il
cantiere, e si procede alla costruzione dell’edificio. Nella Costruzione convergono i vari
materiali e si consuma energia.
83
I materiali che convergono nella fase di Costruzione vanno a formare un deposito, uno
stock. L’energia accumulata in questa fase, in forma di materiali, strutture e parti
costruttive, rappresenta una memoria che deve essere mantenuta costante nel tempo
attraverso la manutenzione (flussi di energia e di materia).
- Manutenzione: è stata stimata per i materiali più velocemente deperibili. Escludendo
l’applicazione iniziale (compresa nell’analisi dei vari materiali), si considera la
differenza, in anni, sul tempo di vita complessivo dell’edificio. Si divide il costo iniziale
dell’elemento per il valore trovato, ottenendo il costo annuale, che corrisponde alla
manutenzione.
- Uso dell’edificio (Abitare): oltre alla fase di costruzione, cioè le fasi edili vere e
proprie, si è inserita una fase di uso dell’edificio, calcolando le spese di energia
elettrica, gas, acqua potabile di un anno. Questa fase avviene dopo la fase di
costruzione, ed è parte integrante della funzione Abitare.
Sono presenti nel diagramma anche delle frecce che vanno verso il basso. Questi flussi
costituiscono la perdita entropica di materiali ed energia, cioè la loro degradazione nel
tempo.
84
6.3 Selezione dei dati
- Materiali edili: i dati precisi di cubatura, peso, superficie dell’edificio, costo
economico, struttura e quantità dei vari materiali sono stati presi dal Computo Metrico
Estimativo.
Come esempio, riporto di seguito la voce del computo metrico riguardante la “Muratura
Continua”:
Conglomerato cementizio Rck 30 N/mm2 per MURATURA CONTINUA
Conglomerato cementizio in opera eseguito secondo le prescrizioni tecniche previste
compresi lo spargimento, la vibrazione e quant'altro necessario per dare un'opera eseguita a
perfetta regola d'arte, compresi i ponteggi, le cassaforme e il ferro di armatura: eseguito con
calcestruzzi a resistenza caratteristica e classe di esposizione 1 (ambiente secco con umidità
relativa inferiore al 70%), dimensione massima degli inerti pari a 30 mm, classe di
lavorabilità (slump) S3 (semifluida), rapporto A/C < o = 0,65, da utilizzare nelle seguenti
tipologie di lavoro: MURATURA CONTINUA Rck 30 N/mm2 armato con acciai Fe B 44
Kcs. il titolo comprende la realizzazione di guaina impermeabilizzante sulla faccia esterna
della parete eseguita con guaina elastomerica dello spessore di mm 4 posta a fiamma,
sovrastante telo di PVC drenante in rilievo per protezione della stessa , riempimento a base
del muro con pietrisco spezzato di cava 4/7. Misurazione a mc.
Mc . 43.82 a € 270
In questa voce sono presenti conglomerato, guaina elastomerica impermeabilizzante,
telo in PVC, con i vari dati tecnici e spessori, e la superficie totale. Da questi dati si può
calcolare il volume e, con le densità dei materiali reperibili in letteratura, si ottengono le
masse, in grammi, dei vari materiali. Moltiplicando ogni massa per la sua Emergia
Specifica, si ottiene l’emergia di quel materiale.
- La manutenzione è stata calcolata in relazione al tempo di vita dei materiali e
dell’intero edificio. Il tempo di vita dell’edificio è stimato a 50 anni, durante i quali i
vari materiali perdono la funzionalità originale, con tempi differenti. Questa assunzione,
che può sottovalutare la durata reale dell’edificio, considera che 50 anni dopo la
costruzione dell’edificio la sua condizione strutturale inizi a pesare molto più delle
normali spese di manutenzione sugli impianti e sugli altri elementi costruttivi.
85
La manutenzione viene calcolata sui seguenti elementi strutturali deperibili (tra
parentesi il tempo di vita stimato):
- infissi (28);
- opere da lattoniere (35);
- fognatura in PVC (40);
- pavimenti e rivestimenti (33);
- intonaco (escluso l’arriccio; 15).
Come detto, il costo iniziale, allocato agli anni di vita, si applica per gli anni successivi
al tempo di vita del materiale e rimanenti rispetto ai 50 anni dell’edificio, assumendo
che il costo rimanga costante sui 50 anni. Questo perché, per trovare l’emergia, si
moltiplica il costo complessivo della manutenzione per il flusso di sej/€ calcolato tra
l’emergia totale dei materiali edili ed il loro costo economico (spiegazioni più
dettagliate sono nel Capitolo 9); questo rapporto può essere stimato costante nel tempo,
per cui l’emergia risultante sarà proporzionale e costante all’aumento del prezzo.
Il tempo di vita dei materiali edili è ripreso dalla letteratura (Buranakarn, 1998) e
adattato con considerazioni personali. Il materiale a vita più breve sono le vernici per
interni, mentre per laterizi e materiali lapidei si considera un tempo di vita di 150 anni.
Ogni materiale viene allocato in questo modo sul flusso di emergia totale per sostenere
l’edificio in un anno (eMpower).
- Cantiere: i dati di partenza sull’installazione del cantiere sono irrisori. Conoscendo
soltanto il costo ma non i mezzi utilizzati, non è possibile calcolarne il flusso
emergetico. Inoltre, la manodopera ed ogni mezzo accessorio (casseforme, utensili,
ecc.) vengono contabilizzati economicamente sotto ogni voce di “Elemento Costruttivo”
(ad esempio, nel costo delle fondazioni sono comprese le ore di lavoro e gli utensili
necessari, nonché le casseforme per il getto del conglomerato).
Si è quindi ipotizzato che il cantiere sia costituito da:
ƒ 1 Gru in acciaio;
ƒ 2 ruspe;
ƒ combustibile necessario per le ruspe ed il generatore di corrente da campo.
Ogni utensile più piccolo, in quanto riusabile svariate volte e non consumato soltanto
con il cantiere in studio, non viene considerato.
86
La gru è composta totalmente di acciaio (assunzione più o meno verosimile; dati dalla
scheda tecnica del modello “S-36” della ditta SAEZ).
Le due ruspe sono state considerate uguali, come peso e percentuale di materiale,
all’autocarro trattato per il calcolo dell’emergia del trasporto (Capitolo 5); riprendendo
tale calcolo, si considera la ruspa (come componenti materiali) allocata a metà della
propria capacità di trasporto, ed alle corrispondenti ore di lavoro. Si stima che un’ora di
lavoro della ruspa corrisponda ad un’ora di percorrenza dell’autocarro, cioè 50 km. La
stessa assunzione è stata usata per il calcolo del combustibile consumato dalle ruspe. Il
generatore elettrico da cantiere consuma, in media, 1 litro di benzina ogni ora.
- Irraggiamento: si assume che ci sia lo stesso ed utile irraggiamento solare su tutta la
superficie del cantiere, per i due anni e mezzo della sua durata. L’energia del sole è
necessaria per la “stagionatura”, cioè la completa essiccazione e compattazione di alcuni
material (conglomerati, malte ed altri leganti). L’energia fornita per irraggiamento è
data dalla seguente formula:
A x I x Alb x t
dove A è la superficie irraggiata, in metri quadri, I l’irraggiamento, in Joule per metro
quadro per anno, Alb è la percentuale di albedo (80% per questo tipo di superfici), t il
tempo di irraggiamento (2,5 anni di cantiere).
Il dato di Irraggiamento, I (J/m2anno), è quello della regione Sardegna, che può essere
preso per la zona in esame con un errore minimo: 5.20x109 J/m2anno. La superficie
irraggiata è quella occupata dal cantiere: 1.44x107 m2 (dati ricavabili dalle piante
dell’edificio). L’energia fornita dal sole è quindi 1.5x1017 J, e la transformity è, per
definizione, 1 sej/J.
- Sostanza organica del suolo: nelle operazioni preliminari di scavo, sbancamento e
rinterro, il terreno asportato corrisponde ad una certa quantità di sostanza organica
persa, che può portare, in modo più o meno diretto, all’erosione del suolo. La sostanza
organica del suolo rappresenta quindi un flusso che entra nel sistema e che è necessario
alla costruzione dell’edificio. La quantità di materiale organico persa è calcolata come
segue (espressa in Joule):
(volume terra asportata, m3)x(densità terra, kg/m3)x(% sostanza organica)x(contenuto energetico, J/kg)
87
Per la densità è stata considerata quella del terreno argilloso sabbioso, 1,6 g/cm3; il
volume di terreno asportato, 2436 m3, si ricava dal Computo Metrico. La percentuale di
sostanza organica del terreno è mediamente del 3%, mentre il suo contenuto energetico
è 5 kcal/g (da moltiplicare per 4186 J/kcal).
- Lavoro e manodopera umana: si considera l’energia spesa dagli operai del cantiere
durante i due anni e mezzo della costruzione dell’edificio. A questo valore di energia si
applica la transformity del lavoro umano in Italia, 7.38x106 sej/J (Ulgiati et al., 1994).
L’energia spesa come lavoro umano è calcolata come segue:
(# operai)x (gg lavoro annui)x(2.5 anni)x(ore di lavoro al dì)x(kcal/persona / ora lavorativa)x(4186 J/kcal)
Sul cantiere lavorano 6 operai, per otto ore di lavoro al giorno, per 280 giorni l’anno.
Ogni persona consuma 125 kcal per ora lavorativa.
88
6.4 Struttura dell’Analisi
In generale, il metodo utilizzato per l’analisi emergetica è quello spiegato nel Capitolo
4. Vediamo adesso più in particolare come si è svolta l’analisi, cercando inoltre di
fornire una metodologia che possa essere riutilizzata in futuro da chi voglia fare questo
tipo di analisi.
→ Analisi Emergetica dei Materiali: dal Computo Metrico si prendono i vari
materiali, studiando le precise componenti dei vari elementi strutturali.
L’analisi emergetica dei materiali è stata svolta per i materiali edili e raggruppa ogni
sostanza o prodotto in un gruppo diverso (indipendente dalla finalità d’uso).
→ Analisi Emergetica delle Parti Costruttive: sempre con l’utilizzo del Computo
Metrico, si accorpano i vari materiali in base all’elemento strutturale di cui fanno parte
(dividendoli, ove necessario, tra i più elementi che costituiscono); si classificano poi per
Parte Costruttiva dell’edificio. Le parti costruttive sono le seguenti:
- Fondazioni
- Telaio
- Tamponamenti Esterni
- Solai
- Tramezzi Interni
- Copertura
- Rivestimenti
- Infissi
- Fognature
- Opere da Lattoniere.
In questa analisi vengono aggiunti l’irraggiamento solare, l’erosione del suolo, il lavoro
umano, l’installazione del cantiere, la manutenzione.
→ Analisi Emergetica della Fase di Uso dell’edificio: si considerano i consumi medi
di gas, acqua ed energia elettrica di tutto l’edificio in un anno; stimando un consumo
costante (almeno, paragonato al flusso d’emergia correlato, cioè al valore emergetico
dei consumi) si valuta il consumo sui 50 anni dell’edificio.
89
→ Tempo di vita dell’edificio: sono valutati i tempi di vita e di utilizzo dei vari
materiali e componenti dell’edificio, in modo da stimare il peso di ognuno sull’emergia
totale dell’edificio per i suoi 50 anni di vita (stimata). Il valore all’anno, diviso per il
numero
di
persone
medie
che
possono
abitare
nell’edificio,
rappresenta
l’eMpower/persona della funzione “Abitare”.
→ Si calcola il valore di sej/€ del sistema produttivo che genera l’edificio. Calcoli e
risultati sono riportati nel Capitolo 9.
6.4.1 Analisi Emergetica dei Materiali
L’analisi del flusso di emergia che fornisce e sostiene, nel tempo, i materiali edili
costituenti un edificio fornisce uno strumento per l’analisi dei differenti impatti
sull’ambiente dei diversi materiali. Ogni impatto sul Capitale Naturale dipende dalla
quantità (massa) e dalla transformity del materiale in esame.
Descrizione del Calcolo
Le quantità dei vari materiali sono state prese, come detto, dal Computo Metrico. Fanno
eccezioni gli infissi, con previsti dal Computo e calcolati in base a dati tecnici forniti da
ditte del settore (Ditta ALCOA, Bareggio – MI – Sistema di infissi “R40”). I dati del
Computo esprimono superfici di applicazione o volumi utilizzati, secondo i casi (ad
esempio, rispettivamente, per un telo di coibentazione e per un getto di conglomerato),
per questo è stato necessario trasformarli in valori di massa (kg) attraverso le relative
densità. Si sono utilizzate le densità riportate nelle pubblicazioni specializzate in
materiali, elementi per l’edilizia, bioarchitettura (Maura, 1992; Bruno S., 1999; Wienke
U., 2004). Per alcuni elementi, specificati in superfici o metri lineari, come i vari
materiali di rivestimento, gli spessori sono stati forniti dall’arch. Campatelli per
comunicazione personale; in alcuni casi si sono trovati rapporti di massa su superficie,
come per le malte da costruzione e collanti (dati tecnici dal catalogo “Weber-Broutin”
2003). Nel caso dell’acciaio per le strutture portanti, i solai e la copertura, il dato usato è
direttamente quello in massa, fornito dall’ing. Nicola Dragoni, che ha progettato la
struttura portante, i carichi ed i pesi dell’edificio.
90
Il calcolo si svolge, quindi, su tre colonne (escluso i casi particolari suddetti): volume,
densità e massa del materiale. I pesi in kg vengono poi moltiplicati per le rispettive
transformity, reperite in letteratura o calcolate in questo lavoro (vedere Capitolo 5), per
ottenere l’emergia di ogni elemento. I materiali, appartenenti a differenti elementi
strutturali, vengono raggruppati insieme, in modo da poter disporre di un valore
complessivo dell’emergia di ogni materiale nell’edificio e poterli confrontare. Per ogni
gruppo di materiali si fornisce anche la percentuale dell’emergia sul totale dell’edificio.
L’elenco delle transformity e delle emergie specifiche è riportato nell’Appendice C.
Si riporta di seguito la tabella dei calcoli per l’analisi emergetica dei materiali.
91
92
1
2
2a
2b
3
3a
3b
4
4a
4b
5
5a
5b
6
Totale emergia Laterizi
Totale emergia cemento
Laterizi:
Cemento e calcestruzzo:
Tramezzi con foratelle 10 fori
Tamponamento Faccia vista:
Foratelle 6 fori
Mattoni I.B.L.
Poroton:
Tamponamento spessore 20 cm
Tamponamento spessore 25 cm
Copertura Gattaiolata:
Poroton doppio UNI
Tavella 90x40x5
Solaio:
Pignatta Solaio Spessore 24cm
Pignatta Solaio Spessore 20 cm
Tegole tipo portoghese
Fondazioni (conglomerato cementizio):
Magrone (cemento 32.5R)
2
Fondazioni (Rck 30N/mm )
Elevazione: Muratura Continua
Solaio:
spessore 24 cm
spessore 20 cm
spessore 35 cm
Travi e pilastri
Terrazzo
Parapetti
Scale
Ballatoio
Ascensori
Copertura Gattaiolata
Fogne:
Fosse biologiche (cls prefabbricato)
piedistallo in cemento armato
Pozzetto (CAV)
Malta di cemento per massetto per
pavimentazioni
Tabella 6.1. Analisi Emergetica dei Materiali dell'Edificio. Prima Parte
E)
12
1
1a
1b
2
3
3a
3b
3c
4
5
6
7
8
9
10
11
11a
11b
11c
D)
Item
3
2.40E+03
2.40E+03
2.40E+03
4.16E+00
3.20E+00
4.61E-01
6.67E+02
6.25E+02
1.05E+03
1.00E+03
1.00E+03
1.05E+03
6.67E+02
9.98E+01
1.02E+02
1.53E+02
1.84E+01
2.00E+00
2.40E+02
6.97E+00
2.10E+03
2.40E+03
2.40E+03
2.40E+03
2.40E+03
2.40E+03
2.40E+03
2.40E+03
2.40E+03
2.40E+03
2.40E+03
1.18E+02
2.22E+01
4.70E+01
2.87E+02
7.98E+00
1.76E+01
1.58E+01
1.50E+01
4.76E+01
3.81E+00
9.62E+01
2.40E+03
2.40E+03
2.40E+03
3
Densità (kg/m )
6.85E+01
3.73E+02
4.38E+01
Volume (m )
kg
kg
kg
kg
kg
1.65E+05
2.95E+04
6.99E+03
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
Unit
2.52E+05
4.65E+03
1.84E+04
2.00E+03
6.38E+04
1.60E+05
6.65E+04
2.02E+05
9.99E+03
7.68E+03
1.11E+03
2.83E+05
5.32E+04
1.13E+05
6.89E+05
1.92E+04
4.22E+04
3.79E+04
3.60E+04
1.14E+05
9.14E+03
1.64E+05
8.96E+05
1.05E+05
Raw Data
3.68E+12
3.68E+12
3.68E+12
3.68E+12
3.68E+12
3.68E+12
3.68E+12
3.68E+12
3.68E+12
3.68E+12
3.31E+12
1.81E+12
1.81E+12
1.81E+12
1.81E+12
1.81E+12
1.81E+12
1.81E+12
1.81E+12
1.81E+12
1.81E+12
1.81E+12
1.81E+12
1.81E+12
1.81E+12
1.81E+12
1.81E+12
d
d
d
d
d
d
d
d
d
d
6.08E+17
1.09E+17
2.57E+16
2.83E+18
9.28E+17
1.71E+16
6.76E+16
7.36E+15
2.35E+17
5.89E+17
2.45E+17
6.68E+17
5.34E+18
1.81E+16
1.39E+16
2.00E+15
b
b
b
c
5.12E+17
9.64E+16
2.04E+17
1.25E+18
3.47E+16
7.65E+16
6.87E+16
6.52E+16
2.07E+17
1.66E+16
2.98E+17
1.62E+18
1.90E+17
b
b
b
b
b
b
b
b
b
b
b
b
b
Transformity o
Emergia
Ref. Emergia (Sej)
Specifica(Sej/u
nit)
3.8505
0.6879
0.1629
17.9355
5.8816
0.1083
0.4286
0.0466
1.4876
3.7308
1.5507
4.2359
33.8524
0.1146
0.0881
0.0127
3.24
0.6108
1.2954
7.9043
0.2198
0.4847
0.4352
0.4131
1.3121
0.1049
1.89
10.28
1.21
%
93
I)
H)
G)
F)
1
1a
1b
1c
1d
1e
2
2a
2b
2c
2d
2e
2f
tramezzi
tamponamento poroton 20
tamponamento poroton 25
tamponamento faccia vista
copertura gattaiolata
Malte collanti:
soglie
cimasa
scale
ballatoi e ingressi
porcellana/gress
cotto
Malte per murature:
Tabella 6.1. Seconda Parte
Totale emergia Malte e collanti
Totale emergia materiali lapidei
Malte e collanti:
1.30E+03
1.30E+03
1.30E+03
1.30E+03
1.30E+03
1.50E+03
1.50E+03
1.50E+03
1.50E+03
1.50E+03
1.50E+03
1.19E-01
2.29E-02
1.03E-01
7.80E-02
1.92E+00
1.75E-01
2.20E+03
2.20E+03
2.20E+03
2.20E+03
1.20E+03
8.00E+02
9.59E-01
7.07E-01
6.15E-02
1.96E+00
1.54E+00
5.11E+00
1.79E+01
9.46E+00
1.76E+00
2.36E+00
6.98E+01
Gres (porcellanato)
Pavimento per Interrato
Pavimento per Appartamenti
Rivestimenti bagni e cucine
Battiscopa
Cotto
Massetto Leca
2
2a
2b
2c
2d
3
4
1.45E+03
7.85E+01
2.56E+03
2.56E+03
2.56E+03
2.56E+03
2.56E+03
1.45E+03
1.45E+03
3.00E+01
3.00E+01
1.60E+03
3.00E+01
1.60E+03
Densità (kg/m3)
4.00E-01
4.00E-01
7.66E+01
8.47E+03
7.74E-01
3.48E+01
5.98E+00
3.56E+00
1.44E+00
3.09E+00
2.34E+00
8.00E-01
Travertino:
Intonaco esterno (malta di calce
bastarda)
Intonaco esterno-Arriccio (malta di
calce bastarda)
Intonaco interno (malta di calce
bastarda)
Membrana o guaina elastomerica
Coibentazioni:
ISOVER
Guaina elastomerica per muratura
continua
Tamponamento Faccia Vista:
ISOVER
Polistirolo Espanso per solaio a Lastra
Soglie
Cimasa
Rivestimento scale
Rivestimento ballatoi e ingresso
Rivestimento facciata
Totale emergia Intonaci
Materiali lapidei:
Totale emergia Coibentazioni
Intonaci (calce bastarda)
Coibentazioni:
Volume (m 3)
1
1a
1b
1c
1d
1e
3
2
1
4
5
3
2
1
Item
1.78E+02
3.43E+01
1.54E+02
1.17E+02
2.89E+03
2.62E+02
1.25E+03
9.19E+02
8.00E+01
2.55E+03
2.00E+03
1.12E+04
3.93E+04
2.08E+04
3.88E+03
2.83E+03
5.58E+04
9.11E+03
3.69E+03
7.90E+03
5.99E+03
2.05E+03
1.14E+05
5.80E+02
5.80E+02
2.30E+03
2.54E+05
1.24E+03
1.04E+03
9.57E+03
Raw Data
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
Unit
3.31E+12
3.31E+12
3.31E+12
3.31E+12
3.31E+12
3.31E+12
3.31E+12
3.31E+12
3.31E+12
3.31E+12
3.31E+12
4.80E+12
4.80E+12
4.80E+12
4.80E+12
4.80E+12
1.81E+12
2.44E+12
2.44E+12
2.44E+12
2.44E+12
2.44E+12
3.29E+12
3.29E+12
3.29E+12
8.85E+12
8.85E+12
8.85E+12
8.85E+12
8.85E+12
c
c
c
c
c
c
c
c
c
c
c
g
g
g
g
g
b
q
q
q
q
q
f
f
f
e
e
e
e
e
5.89E+14
1.13E+14
5.11E+14
3.87E+14
9.55E+15
8.66E+14
3.45E+16
4.13E+15
3.04E+15
2.65E+14
8.45E+15
6.63E+15
5.40E+16
1.89E+17
1.00E+17
1.86E+16
1.36E+16
1.01E+17
5.46E+17
2.22E+16
9.00E+15
1.93E+16
1.46E+16
5.00E+15
3.75E+17
3.79E+17
1.91E+15
1.91E+15
2.03E+16
2.25E+18
2.37E+18
1.10E+16
9.24E+15
8.47E+16
Transformity o
Emergia
Ref. Emergia (Sej)
Specifica(Sej/u
nit)
0.0037
0.0007
0.0032
0.0025
0.0605
0.0055
0.2188
0.0262
0.0193
0.0017
0.0535
0.0420
0.3424
1.1962
0.6334
0.1180
0.0861
0.6403
3.4608
0.1409
0.0570
0.1222
0.0926
0.0317
2.3752
2.3995
0.0121
0.0121
0.1289
14.2508
15.0446
0.0695
0.0586
0.5368
%
94
R)
Q)
P)
O)
N)
1
2
3
1
2
Tabella 6.1. Terza Parte.
TOTALE COSTRUZIONE DELL'EDIFICIO
Vetri per infissi
Totale emergia PVC
Totale emergia Rame
PVC alta qualità (GEBERIT)
vetro isolante standard
Fognatura
Telo per Muratura Continua
PVC (sotto membrana elastomerica)
Docce
Pluviali (o gronde)
8.04E-02
1.55E+00
2.71E-01
2.37E+00
7.92E-02
2.04E-02
2.50E+03
1.38E+03
1.38E+03
1.38E+03
8.90E+03
8.90E+03
Controtelai per interrato in Ferro Zincato
3
Totale emergia Acciaio
Rame:
7.85E+03
Rete elettrosaldata copertura gattaiolata
2.70E+03
2
4.99E-02
2.35E-01
6.00E+02
6.00E+02
1.45E+03
7.85E+03
7.85E+03
7.85E+03
7.85E+03
7.85E+03
7.85E+03
7.85E+03
7.85E+03
7.85E+03
Armature:
Controtelaio per esterno
Infissi esterni
1.54E+00
6.55E+00
7.85E+00
3
Densità (kg/m )
Travi Primo Piano
Travi secondo Piano
Travi Terzo Piano
Travi Quarto Piano
Travi Quinto Piano
Travi Copertura
Pilastri
Soletta Fondazione
Pareti Ascensore
Acciaio Fe B 44 Kcs
Totale emergia Alluminio Anodizzato
Alluminio anodizzato
controtelai
Infissi interni
3
Volume (m )
1
1a
1b
1c
1d
1e
1f
1g
1h
1i
1
2
Totale emergia Legno di Abete
Legno
M)
1
2
Vernice per Interni
L)
Item
2.01E+02
2.14E+03
3.74E+02
3.27E+03
7.05E+02
1.81E+02
1.60E+02
3.92E+02
5.21E+03
4.13E+03
4.58E+03
4.70E+03
3.92E+03
3.59E+03
1.78E+04
2.90E+04
3.80E+03
6.35E+02
8.51E+02
9.25E+02
3.93E+03
1.14E+04
Raw Data
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
Unit
8.40E+11
9.86E+12
9.86E+12
9.86E+12
1.04E+14
1.04E+14
6.97E+12
6.97E+12
6.97E+12
6.97E+12
6.97E+12
6.97E+12
6.97E+12
6.97E+12
6.97E+12
6.97E+12
6.97E+12
2.13E+13
2.13E+13
2.40E+12
2.40E+12
p
m
m
m
l
l
k
k
k
k
k
k
k
k
k
k
k
j
j
i
i
1.25E+19
1.69E+14
2.11E+16
3.69E+15
3.23E+16
5.71E+16
7.32E+16
1.88E+16
9.20E+16
1.12E+15
5.39E+17
2.73E+15
3.64E+16
2.88E+16
3.19E+16
3.28E+16
2.74E+16
2.50E+16
1.24E+17
2.02E+17
2.65E+16
1.35E+16
1.82E+16
3.17E+16
2.22E+15
9.44E+15
1.17E+16
Transformity o
Emergia
Ref. Emergia (Sej)
Specifica(Sej/u
nit)
2.91E+17
2.55E+13 h
0.0011
0.1687
0.0294
0.2578
0.4559
0.5840
0.1502
0.7341
0.0089
4.2990
0.0218
0.2902
0.2296
0.2549
0.2618
0.2183
0.1997
0.9885
1.6137
0.2115
0.1082
0.1449
0.2531
0.0177
0.0754
9.31E-02
2.3203
%
Risultati dell’Analisi
I risultati dell’analisi emergetica dei materiali edili che prendono parte alla costruzione
dell’edificio rappresentano l’emergia totale di ognuno di essi nell’edificio in esame, e,
in ultima analisi, la frazione che ricoprono del peso totale sul capitale naturale. Una
tabella riassuntiva semplifica la comprensione dei risultati.
Emergia per materiale
Intensità
emergetiche
(sej/kg)
Totale emergia conglomerato
1.81E+12
b
5.34E+18
42.64%
Totale emergia Laterizi
3.68E+12
d
2.83E+18
22.59%
Totale emergia Coibentazioni
8.85E+12
e
2.37E+18
18.95%
Totale emergia materiali lapidei
2.44E+12
q
5.46E+17
4.36%
Totale emergia Acciaio
6.97E+12
k
5.39E+17
4.30%
Totale emergia Intonaci
3.29E+12
f
3.79E+17
3.02%
Totale emergia Vernice per Interni
2.55E+13
h
2.91E+17
2.32%
Totale emergia Rame
1.04E+14
l
9.20E+16
0.73%
Totale emergia PVC
9.86E+12
m
5.71E+16
0.46%
Totale emergia Malte e collanti
3.31E+12
c
3.45E+16
0.28%
Totale emergia Alluminio anodizzato
2.13E+13
j
3.17E+16
0.25%
Totale emergia Legno (controtelaio)
2.40E+09
i
1.17E+16
0.093%
Totale emergia Vetri per infissi
2.16E+12
p
1.69E+14
0.0013%
Ref Emergia (sej)
Totale emergia
1.2527E+19
Manutenzione (1 anno)
1.37E+17
Manutenzione (50 anni)
Totale Emergia per 50 anni
6.84E+18
1.9371E+19
%
Tabella 6.2. Risultati dell'Analisi Emergetica dei Materiali
95
L’emergia totale dei materiali edili che prendono parte alla costruzione è 1,2527x1019
sej; di questi materiali, la percentuale maggiore è rappresentata dal conglomerato
cementizio (42.64%) corrispondente a 5.34x1018 sej, seguito dai componenti in laterizio
(22.59%), che ammontano a 2.83x1018 sej. Al terzo posto troviamo i materiali sintetici
per coibentazioni, che rappresentano il 18.95% del totale (2.37x1018 sej). E’ da notare,
quindi, che i materiali a maggiore impatto ambientale in un edificio sono, per quantità,
il calcestruzzo e i laterizi, mentre per qualità (cioè per Transformity o Emergia
Specifica) sono rame, vernici per pareti ed alluminio.
Al termine della tabella è inserito il valore di emergia per la manutenzione, sia per 1
anno che su 50 anni, seguito dal totale dell’emergia dei materiali su 50 anni,
considerando la manutenzione. Questo input aggiuntivo rappresenta il flusso di materia
ed energia che, nel tempo, mantiene parte dei materiali edili nella stessa qualità iniziale.
E’ quindi un flusso continuo sul deposito di materiali posto nel momento della
costruzione, e rappresenta il segno del tempo sull’analisi emergetica.
Il limitato uso di metalli in edilizia (ad eccezione dell’acciaio per i carichi strutturali)
limita la gravità ambientale dell’Abitare. D'altronde, per quanto calcolato nel Capitolo
5, il peso ambientale del calcestruzzo, espresso in termini di transformity, risulta minore
di quello dei laterizi. Nel complesso dell’edificio, invece, l’emergia totale del cemento è
maggiore poiché ce ne è una maggiore quantità. L’Analisi Emergetica non tiene conto,
dunque, di molti aspetti ambientali; ad esempio, nel caso del calcestruzzo, nella miscela
vengono utilizzati scarti pericolosi di inceneritori. Questo non influisce sostanzialmente
nel valore finale della transformity.
Un’Analisi Emergetica, però, è un’utile base sperimentale per poter proporre degli
scenari bioarchitettonici o altri tipi di accorgimenti. Ad esempio, la sostituzione dei
materiali coibenti tradizionali, che hanno un’emergia specifica alta, con altri più
sostenibili; l’uso di mattoni in terra cruda e del sughero, ove possibile, potrebbe risultare
vantaggioso.
Risulta utile un’analisi ulteriore, che ci permette di capire non solo quali materiali hanno
un maggiore impatto, in totale, ma dove sono inoltre posizionati tali elementi nella
struttura dell’edificio.
96
6.4.2 Analisi Emergetica delle Parti Costruttive
Come si può vedere dal diagramma energetico riportato all’inizio di questo capitolo
(figura 6.5), alla costruzione dell’edificio prendono parte, oltre ai materiali edili, anche
l’irraggiamento solare, che permette la “stagionatura” del calcestruzzo, la materia
organica del suolo, che viene degradata, l’installazione del cantiere, il lavoro umano
nella costruzione, la manutenzione (per mantenere nello stato iniziale l’edificio, come
deposito dell’emergia spesa nella sua costruzione). Ci sono, quindi, dei flussi aggiuntivi
che convogliano i materiali edili nella forma di edificio; alcuni di questi flussi sono
forniti dalla natura, altri sono frutto del lavoro dell’uomo, altri ancora prevedono
l’utilizzo di mezzi meccanici e forme di energia.
Per un’Analisi Emergetica completa della Fase Costruttiva dell’edificio, si rende
dunque necessaria l’aggiunta dell’emergia di questi altri flussi. I materiali edili, inoltre,
vengono accorpati secondo le Parti Costruttive che compongono, in base al Computo
Metrico.
Calcolo dei flussi di energia solare, suolo, lavoro umano, mezzi meccanici
In aggiunta ai materiali edili, di cui al paragrafo precedente, si calcolano i seguenti
flussi:
- Irraggiamento solare.
- Perdita di sostanza organica per erosione del suolo.
- Manutenzione.
- Cantiere.
- Lavoro Umana.
Risultati dell’analisi
I risultati ottenuti rappresentano l’emergia totale per ogni Parte Costruttiva, e per
ognuno degli input aggiuntivi ai materiali edili.
Si riportano di seguito le tabelle dei calcoli, divise per i diversi tipi di input, con i
materiali edili raggruppati secondo la Parte Costruttiva che ciascuno costituisce.
97
Materiale
Volume (m )
Densità
3
(kg/m )
Raw Data
Unit
Transformity o
Emergia
Specifica
(Sej/unit)
Perdita Sostanza
organica nel suolo
Sostanza organica del
suolo
2436
1.60E+03
1.21E+05
J
1.24E+06
y
1.50E+11
0.000001%
Irradiazione Solare
Irradiazione solare sulla
superficie del cantiere
1.44E+07
5.20E+09
1.498E+17
J
1.00E+00
a
1.50E+17
1.15%
Elemento
3
Ref. Emergia (Sej)
% sul totale
FONDAZIONI
Magrone
Armature
Fondazioni a platea
Armature
Conglomerato
Cementizio
Acciaio Fe B 44 Kcs
Conglomerato
Cementizio Rck 30
2
N/mm
Acciaio Fe B 44 Kcs
6.85E+01
3.73E+02
2.40E+03
1.64E+05
kg
1.81E+12
b
2.98E+17
7.85E+03
2.90E+04
kg
6.97E+12
k
2.02E+17
2.40E+03
8.96E+05
kg
1.81E+12
b
1.62E+18
7.85E+03
1.78E+04
kg
6.97E+12
k
1.24E+17
2.25E+18
Totale emergia fondazione
STRUTTURE IN ELEVAZIONE: TELAIO
Conglomerato
Cementizio Rck 30
Muratura Continua
2
N/mm
Conglomerato
Cementizio Rck 30
Travi e Pilastri
2
N/mm
Conglomerato
Cementizio Rck 30
Terrazzi in Aggetto
2
N/mm
Conglomerato
Cementizio Rck 30
Scale
4
N/mm
Conglomerato
Cementizio Rck 30
Ballatoio Scale
5
N/mm
Conglomerato
Cementizio Rck 30
Muratura Ascensori
6
N/mm
Armature
Acciaio Fe B 44 Kcs
Travi Primo Piano
Travi secondo Piano
Travi Terzo Piano
Travi Quarto Piano
Travi Quinto Piano
Travi Copertura
Pareti Ascensore
Totale emergia strutture in elevazione
4.38E+01
2.40E+03
1.05E+05
kg
1.81E+12
b
1.90E+17
2.87E+02
2.40E+03
6.89E+05
kg
1.81E+12
b
1.25E+18
7.98E+00
2.40E+03
1.92E+04
kg
1.81E+12
b
3.47E+16
1.58E+01
2.40E+03
3.79E+04
kg
1.81E+12
b
6.87E+16
1.50E+01
2.40E+03
3.60E+04
kg
1.81E+12
b
6.52E+16
4.76E+01
2.40E+03
1.14E+05
kg
1.81E+12
b
2.07E+17
7.85E+03
7.85E+03
7.85E+03
7.85E+03
7.85E+03
7.85E+03
7.85E+03
5.21E+03
4.13E+03
4.58E+03
4.70E+03
3.92E+03
3.59E+03
3.80E+03
kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg
6.97E+12
6.97E+12
6.97E+12
6.97E+12
6.97E+12
6.97E+12
6.97E+12
k
k
k
k
k
k
k
3.64E+16
2.88E+16
3.19E+16
3.28E+16
2.74E+16
2.50E+16
2.65E+16
2.02E+18
17.21%
15.49%
Tabella 6.3. Analisi Emergetica delle Parti Strutturali dell'edificio. Prima Parte.
98
TAMPONAMENTI E ALTRE OPERE MURARIE ESTERNE
Tamponamento
Poroton
1.84E+01
spessore 20 cm
Tamponamento
Poroton
2.00E+00
spessore 25 cm
Tamponamento
Mattoni I.B.L.
1.53E+02
Facciata
Foratelle 6 fori
1.02E+02
Coibentazione
Isover
7.66E+01
Collante
malta per poroton 20
7.07E-01
Collante
malta per poroton 25
6.15E-02
Collante
malta per faccia vista
1.96E+00
Conglomerato
Cementizio Rck 30
1.76E+01
Parapetti
3
N/mm
1.00E+03
1.84E+04
kg
3.68E+12
d
6.76E+16
1.00E+03
2.00E+03
kg
3.68E+12
d
7.36E+15
1.05E+03
1.60E+05
kg
3.68E+12
d
5.89E+17
6.25E+02
3.00E+01
1.30E+03
1.30E+03
1.30E+03
6.38E+04
2.30E+03
9.19E+02
8.00E+01
2.55E+03
kg
kg
kg
kg
kg
3.68E+12
8.85E+12
3.31E+12
3.31E+12
3.31E+12
d
e
c
c
c
2.35E+17
2.03E+16
3.04E+15
2.65E+14
8.45E+15
2.40E+03
4.22E+04
kg
1.81E+12
b
7.65E+16
Intonaco Esterno
Intonaco esterno (malta
di calce bastarda)
4.00E-01
1.45E+00
5.80E-01
kg
3.29E+12
f
1.91E+12
Intonaco Esterno solo
arriccio
Intonaco esternoArriccio (malta di calce
bastarda)
4.00E-01
1.45E+00
5.80E-01
kg
3.29E+12
f
1.91E+12
Travertino
8.00E-01
2.56E+03
2.05E+03
kg
2.44E+09
q
5.00E+12
PVC
2.71E-01
1.38E+03
3.74E+02
kg
9.86E+12
m
3.69E+15
7.74E-01
1.60E+03
1.24E+03
kg
8.85E+12
e
Rivestimento di
Facciata
Telo per Muratura
Continua
Guaina per muratura
continua
Guaina Elastomerica
1.10E+16
1.02E+18
Totale emergia tamponamenti ed opere esterne
7.83%
SOLAI
Solaio spessore 24 cm
Calcestruzzo
1.18E+02
2.40E+03
2.83E+05
kg
1.81E+12
b
5.12E+17
Solaio spessore 20 cm
Calcestruzzo
2.22E+01
2.40E+03
5.32E+04
kg
1.81E+12
b
9.64E+16
Solaio spessore 35 cm
Calcestruzzo
4.70E+01
2.40E+03
1.13E+05
kg
1.81E+12
b
2.04E+17
Solaio spessore 24 cm
Pignatte
1.65E+05
kg
3.68E+12
d
6.08E+17
Solaio spessore 20 cm
Solaio
Membrana o guaina
elastomerica
Coibentazione
Sotto membrana
elastomerica
Pignatte
Polistirolo Espanso per
solaio a Lastra
8.47E+03
3.00E+01
2.95E+04
kg
3.68E+12
d
1.09E+17
2.54E+05
kg
8.85E+12
e
2.25E+18
HDPE
2.06E+00
1.60E+03
3.30E+03
kg
8.85E+12
e
2.92E+16
ISOVER
3.48E+01
3.00E+01
1.04E+03
kg
8.85E+12
e
9.24E+15
PVC
2.37E+00
1.38E+03
3.27E+03
kg
9.86E+12
m
3.23E+16
Seminterrato e Interrato
Gress
5.11E+00
2.20E+03
1.12E+04
kg
4.80E+12
g
5.40E+16
Appartamenti
Pavimentazione
Esterna
Massetto
Gress
1.79E+01
2.20E+03
3.93E+04
kg
4.80E+12
g
1.89E+17
Cotto
2.36E+00
1.20E+03
2.83E+03
kg
4.80E+12
g
1.36E+16
LECA
6.98E+01
8.00E+02
5.58E+04
kg
1.81E+12
b
1.01E+17
Malta di Cemento 32.5
9.62E+01
2.10E+03
2.02E+05
kg
3.31E+12
c
6.68E+17
1.92E+00
1.50E+03
2.89E+03
kg
3.31E+12
c
9.55E+15
1.75E-01
1.50E+03
2.62E+02
kg
3.31E+12
c
8.66E+14
Massetto per Pavimenti
collante
collante
malta per
porcellana/gress
malta per cotto
4.88E+18
Totale emergia Solai
37.41%
Tabella 6.3. Seconda Parte.
99
COPERTURA
Membrana o guaina
elastomericca
Copertura Gattaiola:
Tegole Portoghesi
HDPE
3.92E+00
1.60E+03
6.27E+03
kg
8.85E+12
e
5.55E+16
Poroton doppio UNI
Tavella 90x40x5
2.40E+02
6.97E+00
1.05E+03
6.67E+02
2.52E+05
4.65E+03
kg
kg
3.68E+12
3.68E+12
d
d
9.28E+17
1.71E+16
Soletta in calcestruzzo
3.81E+00
2.40E+03
9.14E+03
kg
1.81E+12
b
1.66E+16
7.85E+03
2.02E+02
kg
6.97E+12
k
1.41E+15
1.30E+03
2.00E+03
kg
3.31E+12
c
6.63E+15
6.99E+03
kg
3.68E+12
d
2.57E+16
Rete elettrosaldata
copertura gattaiolata
malta per copertura
gattaiolata
laterizio
1.54E+00
1.05E+18
Totale emergia Copertura
TRAMEZZI E OPERE PER INTERNI
Tramezzi
Foratelle 10 fori
malta per muratura
collante
tramezzi
Intonaco interno (malta
Intonaco Interno
di calce bastarda)
Vernice per interni
Rivestimento Scale
Travertino
Rivestimento Ballatoi e
Travertino
Ingressi
collante
malta per scale
Rivestimento per bagni
Gress
e cucine
Battiscopa
Gress
malta perballatoi e
collante
ingressi
9.98E+01
6.67E+02
6.65E+04
kg
3.68E+12
d
2.45E+17
9.59E-01
1.30E+03
1.25E+03
kg
3.31E+12
c
4.13E+15
7.85E+01
1.45E+03
1.14E+05
kg
3.29E+12
f
3.75E+17
7.85E+00
3.09E+00
1.45E+03
2.56E+03
1.14E+04
7.90E+03
kg
kg
2.55E+13
2.44E+12
h
q
2.91E+17
1.93E+16
2.34E+00
2.56E+03
5.99E+03
kg
2.44E+12
q
1.46E+16
1.03E-01
1.50E+03
1.54E+02
kg
3.31E+12
c
5.11E+14
9.46E+00
2.20E+03
2.08E+04
kg
4.80E+12
g
1.00E+17
1.76E+00
2.20E+03
3.88E+03
kg
4.80E+12
g
1.86E+16
7.80E-02
1.50E+03
1.17E+02
kg
3.31E+12
c
3.87E+14
1.07E+18
Totale emergia Tramezzi ed opere interne
RIVESTIMENTI LAPIDEI E CIMASE
Soglie di Porte e Porte
Travertino
Finestre
Cimasa
collante
collante
Travertino
malta per soglie
malta per cimasa
3.56E+01
2.56E+03
9.11E+04
kg
2.44E+12
q
2.22E+17
1.44E+00
1.19E-01
2.29E-02
2.56E+03
1.50E+03
1.50E+03
3.69E+03
1.78E+02
3.43E+01
kg
kg
kg
2.44E+12
3.31E+12
3.31E+12
q
c
c
9.00E+15
5.89E+14
1.13E+14
2.32E+17
Totale emergia Rivestimenti e Cimase
INFISSI
Vetro
Controtelaio infissi
interni
Controtelai per piano
interrato
vetro isolante standard
8.04E-02
2.50E+03
2.01E+02
kg
8.40E+11
p
1.69E+14
Legno di Abete
1.54E+00
6.00E+02
9.25E+02
kg
2.40E+12
i
2.22E+15
1.60E+02
kg
6.97E+12
k
1.12E+15
ferro zincato
Controtelaio per esterno
Alluminio anodizzato
2.35E-01
2.70E+03
6.35E+02
kg
2.13E+13
j
1.35E+16
Infissi interni
Infissi esterni
legno abete
Alluminio anodizzato
6.55E+00
6.00E+02
3.93E+03
8.51E+02
kg
kg
2.40E+12
2.13E+13
i
j
9.44E+15
1.82E+16
4.47E+16
Totale emergia Infissi
8.05%
8.18%
1.78%
0.34%
Tabella 6.3. Terza Parte.
100
Elemento
Materiale
OPERE DA LATTONIERE
Docce
Pluviali
Rame
Rame
3
3
Volume (m )Densità (kg/m Raw Data
7.92E-02
2.04E-02
8.90E+03
8.90E+03
7.05E+02
1.81E+02
Unit
Transformity o
Emergia
Specifica(Sej/uni
t)
kg
kg
1.04E+14
1.04E+14
Emergia (Sej)
l
l
FOGNATURE
Fosse Biologiche
7.32E+16
1.88E+16
9.20E+16
Totale emergia Opere da Lattoniere
Cls prefabbricato
4.16E+00
2.40E+03
9.99E+03
kg
1.81E+12
b
1.81E+16
CAV
4.61E-01
2.40E+03
1.11E+03
kg
1.81E+12
b
2.00E+15
PVC
Calcestruzzo
1.55E+00
3.20E+00
1.38E+03
2.40E+03
2.14E+03
7.68E+03
kg
kg
9.86E+12
1.81E+12
m
b
2.11E+16
1.39E+16
Pozzetto Prefabbricato
Fognatura PVC
Piedistallo
5.51E+16
Totale emergia Fognature
INSTALLAZIONE
CANTIERE, SCAVI
Gru
Ruspe
Acciaio
Acciai e ferro
Alluminio
Gomma
Plastica
Vetro
Rame
Zinco
Altri metalli
Altri materiali
67.50%
5.80%
4.20%
7.70%
2.90%
1.40%
0.50%
0.90%
9.10%
%
1921.875
kg
6.97E+12
k
1.34E+16
2.07E+03
1.78E+02
1.29E+02
2.36E+02
8.89E+01
4.29E+01
1.53E+01
2.76E+01
2.79E+02
g
g
g
g
g
g
g
g
g
6.97E+09
2.13E+10
7.22E+09
9.86E+09
8.40E+08
1.04E+11
1.04E+11
6.97E+09
1.68E+09
k
j
xw
m
p
l
l
k
z
1.44E+13
3.79E+12
9.30E+11
2.33E+12
7.47E+10
4.46E+12
1.59E+12
1.92E+11
4.69E+11
2.83E+13
2.46E+11
2.17E+09
J
J
1.86E+05
1.13E+05
s
xx
4.59E+16
2.45E+14
0.70%
0.42%
Combustibile
Diesel Generatore
Diesel Ruspe
Totale Emergia Cantiere
LAVORO
MANUTENZIONE
Elementi deperibili
allocati sul loro tempo di
vita
5.95E+16
0.46%
0.99%
1.76E+10
J
7.38E+06
xy
1.30E+17
4.33E+05
€
1.58E+13
n.c.
6.84E+18
EMERGIA TOTALE EDIFICIO
1.99E+19
Tabella 6.3. Quarta Parte.
L’emergia totale per la costruzione dell’edificio è stata calcolata pari a 1.99x1019 sej. La
manutenzione svolge un ruolo chiave nel totale dell’emergia sui 50 anni di vita
dell’edificio; si deve comunque considerare che sotto questa voce ricadono i materiali
più deperibili, che sono stati raggruppati nelle varie Parti Costruttive solo come flussi
iniziali di materia.
L’Erosione del suolo e l’Irraggiamento solare, in fin dei conti, svolgono un ruolo
irrisorio, così come il lavoro umano ed il cantiere (rispettivamente: 1x10-6%; 1.15%;
0.99%; 0.46%).
La tabella seguente fornisce i risultati ottenuti, in maniera più riassuntiva. L’ultima
colonna rappresenta la percentuale relativa tra le Parti Costruttive.
101
Emergia degli Elementi Strutturali
Emergia (sej)
%
Totale emergia Solai
4.88E+18
37.41
Totale emergia fondazione
2.25E+18
17.21
Totale emergia Telaio
2.02E+18
15.49
Totale emergia Tramezzi ed opere
interne
1.07E+18
8.18
Totale emergia Copertura
1.05E+18
8.05
Totale emergia Tamponamenti ed
opere esterne
1.02E+18
7.83
Totale emergia Rivestimenti e Cimase
2.32E+17
1.78
Irradiazione Solare
1.50E+17
1.15
Lavoro Umano
1.30E+17
0.99
Totale emergia Opere da Lattoniere
9.20E+16
0.70
Istallazione Cantiere
5.95E+16
0.46
Totale emergia Fognature
5.51E+16
0.42
Totale emergia Infissi
4.47E+16
0.34
Erosione del Suolo
1.50E+11
0.000001
Totale Emergia dell'edificio
1.31E+19
Manutenzione
6.84E+18
Totale Emergia su 50 anni
1.99E+19
Tabella 6.4. Riassunto dell'Analisi Emergetica delle Parti Costruttive
Come si può vedere, i solai hanno il peso ambientale maggiore, con 4.88x1018 sej
(37.41%, sul totale) seguiti da fondazioni e telaio (rispettivamente 2.25x1018 sej e
2.02x1018 sej). Opere interne, copertura ed opere esterne seguono sullo stesso ordine di
102
grandezza. Questi valori sono importanti in quanto fanno capire quale parte della
costruzione ha un peso maggiore sull’ambiente, e permettono di proporre degli scenari.
Naturalmente, i solai sono la parte rilevante dell’edificio, sotto questo punto di vista, in
quanto svolgono una funzione di supporto, di struttura, ma anche di separazione
termica. Per la loro struttura composita5 hanno un peso rilevante, ed è necessaria una
progettazione più accurata, dal punto di vista dei materiali impiegati.
Figura 6.6. Esempio di solaio
D’altro canto, se si vuole agire (come si vuole in questo lavoro) su un elemento
strutturale in modo da proporre degli scenari ed analizzarne le caratteristiche, si deve
lavorare su quelle parti che hanno più influenza sul giudizio umano; si tratta dunque di
agire sugli elementi che hanno un ruolo importante per la dispersione del calore,
diminuendo l’emergia totale dell’edificio, cambiando materiali ed usandone di più
naturali.
Si agirà (Capitolo 7) sulle facciate ed opere esterne.
E’ comunque importante sottolineare il peso sull’emergia totale delle fondazioni e del
telaio. La loro emergia è data da conglomerato ed acciaio. Probabilmente si dovrebbe
ripensare al materiale da usare per il ruolo strutturale, e ripensare forse anche alla
struttura che sorregge l’edificio.
Bisogna sottolineare che l’emergia relativa alla manutenzione è stata inserita nel calcolo
dell’emergia totale, ma non compare tra le percentuali sul totale, poiché essa
rappresenta l’input emergetico che si deve fornire, nel tempo, per mantenere i materiali
nella stessa condizione (cioè con la stessa qualità) iniziale.
5
Dipende dal tipo di solaio, ma solitamente presentano, in varie misure, acciaio, conglomerato, laterizio,
coibentazione di materiale plastico sintetico.
103
6.4.3
Analisi Emergetica della Fase d’Uso dell’edificio
Sono stati stimati i consumi annuali dell’edificio nella sua fase di uso. I consumi
considerati sono quelli di energia elettrica, gas ed acqua. Per ogni flusso è stato valutato
l’equivalente in emergia.
L’energia elettrica è utilizzata per fini domestici nei vari appartamenti, e nel
condominio serve per l’illuminazione, per i due ascensori e per il controllo della caldaia.
Il gas metano, preso dalla rete cittadina, viene utilizzato per il riscaldamento invernale. I
consumi di acqua comprendono sia l’acqua necessaria ad ogni persona (per l’igiene, in
cucina, ecc.), sia quella utilizzata dalla caldaia nel riscaldamento.
Il calcolo è il seguente:
-
Energia Elettrica: la bolletta media di un appartamento a Castelfiorentino è di 100 €
al bimestre. Il numero di appartamenti è 15; ad essi si deve aggiungere il consumo di un
poliambulatorio stimato pari a 1000 € a bimestre. La bolletta condominiale è di 200 € al
bimestre. Considerando il costo locale dell’energia elettrica di 0.13 €/kWh, si stimano i
kWh e dunque i Joule consumati in un anno. La transfromity che si applica all’energia
elettrica è la più autorevole in circolazione, 2.07x105 sej/J (Odum, 1992).
-
Gas: la quantità di gas metano consumata è fornita per comunicazione personale dal
gruppo Termostudio, di Empoli, che compie le stime di riscaldamento per questo
edificio per conto dell’arch. Campatelli. In un anno si consumano 8.22x108 J; la
transformity applicata, 6.72x104 sej/J, è di recente computazione (Bastianoni et al.,
2005).
-
Acqua Distribuita: il consumo di acqua per persona è comunemente stimato a 20
litri al giorno; in base alla dimensione (metri quadri) delle camere, ed alla presenza del
poliambulatorio, si considera la presenza di 58 persone, per 360 giorni l’anno. Oltre a
questo flusso, ci sono anche 7770 L/giorno previsti per il riscaldamento (180 giorni
stimati). La transformity utilizzata è quella dell’acqua distribuita (Tiezzi et al., 2000).
104
Si stima dunque che l’emergia necessaria per sostenere i consumi elettrici dell’edificio
in un anno sia 6.40x1016 sej, mentre per il gas il valore scende a 5.52x1013 sej;
importante è anche il peso ambientale dei consumi idrici, 3.54x1015 sej. L’energia
elettrica risulta il consumo a maggior impatto, ma anche l’acqua per uso civile, benché
minore di un ordine di grandezza, risulta più rilevante del consumo di gas da
riscaldamento. In generale, quindi, si può affermare che, in un clima temperato come
quello in esame, un consumo costante durante l’anno influisca più di un consumo
specifico per un periodo, come il riscaldamento.
I risultati dei consumi annuali sono riportati nella tabella di seguito.
Energia Elettrica
Appartamenti
Condominiale
Caldaia
Totale Emergia Elettricità
media per appartamenti
(kWh/y)
n. appartamenti
Totale (kWh/y)
3230,00
24,00
77520,00
7846,15
Acqua
Acqua potabile
Acque per riscaldamento
Totale Emergia Acqua
litri/persona al giorno
20,00
litri / giorno
7770,00
n.persone previste
58,00
n.giorni/anno
previsti
180,00
Emergia
(Sej)
2,79E+11
2,82E+10
J
J
2,07E+05
2,07E+05
n
n
5,78E+16
5,85E+15
1,64E+09
3,09E+11
J
J
2,07E+05
n
3,39E+14
6,40E+16
Nm3/y
1,79E+04
Totale per 1 anno
(J)
8,22E+08
J
6,72E+04
v
5,52E+13
totale (L/y)
4,18E+05
Totale per 1 anno
4,18E+05
kg
1,95E+09
o
8,14E+14
totale (L/y)
1,40E+06
Totale per 1 anno
1,40E+06
1,82E+06
kg
kg
1,95E+09
o
2,73E+15
3,54E+15
kWh/y
455,00
Gas per riscaldamento
Totale per 1 anno
Transformity
unità
Ref.
(J)
(Sej/unità)
TOTALE CONSUMI
6,76E+16
Tabella 6.5. Analisi Emergetica della Fase di Uso; sono mostrati i calcoli per ottenere i consumi di
elettricità, gas ed acqua in un anno, e il loro equivalente emergetico.
Per poter comparare l’emergia dei consumi della Fase di Utilizzo con l’emergia totale
della Fase di Costruzione dell’edificio, si sono stimati i tempi di vita dei materiali edili e
si sono allocati ad un anno.
I tempi di vita dei materiali sono stati reperiti in letteratura (Buranakarn, 1998) e
rettificati con considerazioni locali e personali.
Si sono dunque ottenuti i valori totali dell’emergia per un anno e per i 50 anni di tempo
di vita dell’edificio, stimando la manutenzione come detto nei paragrafi precedenti, e
considerando che l’emergia totale dei consumi di elettricità, gas ed acqua rimanga
costante nel tempo (cioè, si dà una stessa svalutazione nel tempo al denaro ed
all’emergia).
Si riportano di seguito i risultati ottenuti.
105
Emergia per materiale
Emergia (sej)
%
Tempo Emergia
di vita per anno
(anni) (sej/anno)
%
Irraggiamento solare (sul cantiere)
1.50E+17
Suolo (erosione del suolo)
3.03E+18
Totale emergia cemento
5.34E+18
42.64%
45
1.19E+17 35.38%
Totale emergia Laterizi
2.83E+18
22.59%
150
1.89E+16
Totale emergia Coibentazioni
2.37E+18
18.95%
30
7.91E+16 23.59%
Totale emergia Intonaci
3.79E+17
3.02%
10
3.79E+16 11.29%
Totale emergia materiali lapidei
5.46E+17
4.36%
150
3.64E+15
1.09%
Totale emergia Malte e collanti
3.45E+16
0.28%
30
1.15E+15
0.34%
Totale emergia Vernice per Interni
2.91E+17
2.32%
5
5.81E+16 17.33%
Totale emergia Legno (controtelaio)
1.17E+16
0.09%
25
4.67E+14
0.14%
Totale emergia Alluminio anodizzato
3.17E+16
0.25%
30
1.06E+15
0.31%
Totale emergia Acciaio
5.39E+17
4.30%
45
1.20E+16
3.57%
Totale emergia Rame
9.20E+16
0.73%
30
3.07E+15
0.91%
Totale emergia PVC
5.71E+16
0.46%
40
1.43E+15
0.43%
Totale emergia Vetri per infissi
1.69E+14
0.00%
30
5.63E+12
0.00%
Totale emergia w/o cantiere
1.25E+19
3.35E+17
Manutenzione (50 anni)
6.84E+18
1.37E+17
5.62%
Tabella 6.6. Analisi Emergetica dei Materiali allocata ad un anno di vita dell'edificio,
secondo i diversi tempi di vita dei materiali
Dai risultati ottenuti si ricava che i materiali più deperibili, come gli intonaci, le vernici
e le coibentazioni, aumentano nel tempo il carico relativo di emergia sull’edificio. Su un
anno, quindi, pesano di più sull’ambiente i materiali che devono essere sostituiti più
velocemente. I materiali più resistenti, come i laterizi ed i materiali lapidei, spalmano la
loro emergia lungo un arco temporale più ampio (le percentuali passano,
rispettivamente, da 22.59% a 5.62% e da 4.36% a 1.09%); elementi di vita medio-lunga,
106
ma con funzione strutturale (come conglomerato ed acciaio), diminuiscono la loro
percentuale sul totale, in modo rilevante sull’emergia finale dell’edificio. Per cui, per i
laterizi, il conglomerato e l’acciaio, anche se la transformity è abbastanza alta, la loro
funzione e la loro resistenza fanno sì che influiscano un po’ meno sull’emergia totale
annuale, cioè sull’eMpower dell’edificio.
L’emergia della manutenzione, che rappresenta l’input emergetico da fornire, nel
tempo, per mantenere i materiali nella stessa qualità, aumenta passando da 1 anno a 50
anni, come segno del passare del tempo (ultima riga della Tabella 6.6).
6.5 L’Emergia della Funzione Abitativa: alcuni indici
L’emergia totale della Fase di Costruzione dell’edificio è pari a 1.99x1019 sej. I solai
risultano la parte costruttiva più importante dal punto di vista emergetico, pesando per il
37.41% sull’emergia totale dell’edificio (4.88x1018 sej). Il materiale edile a maggior
impatto ambientale è risultato il conglomerato, con 5.34x1018 sej, corrispondenti al
42.64% dell’emergia dei soli materiali.
Nella Fase di Uso dell’edificio, il contributo maggiore è dato dall’energia elettrica, pari
a 6.40x1016 sej/anno.
Per una migliore comprensione, si sono calcolati importanti indici emergetici per il
settore abitativo: il flusso di emergia per abitante e per metro cubo di edificio.
Stimando in 58 persone gli abitanti medi dell’edificio, si può calcolare il valore di
eMpower per persona, cioè l’emergia, spesa nella costruzione dell’edificio, che sostiene
ogni anno la funzione abitativa per ogni persona (emergia/tempo/persona). Il valore
trovato è 9.22x1015 sej/persona. Se si considera tutto il flusso emergetico, cioè anche la
fase di uso e consumo di energia ed acqua per i servizi civili, ogni persona che abita
nell’edificio in esame consuma 1.51x1016 sej l’anno.
107
I risultati generali dell’emergia delle due fasi sono i seguenti.
Emergia Edificio
Cantiere
Materiali
Lavoro, manutenzione
Costruzione
Emergia Totale Emergia
(50 anni)
(1 anno)
5.95E+16
1.57E+19
6.97E+18
2.27E+19
5.95E+16
3.35E+17
1.39E+17
5.34E+17
Uso/Gestione
1.71E+19 3.42E+17
ABITARE
3.98E+19 8.76E+17
Tabella 6.7. Emergia della Funzione Abitativa nel tempo
Un indice molto importante per eventuali future applicazioni in analisi territoriali è
l’emergia per metro cubo dell’edificio; infatti, la cubatura dell’edificio rappresenta
solitamente un valore di riferimento per progettazioni e piani territoriali. Un valore di
emergia per metro cubo, calcolata su caratteristiche locali, ma comunque
generalizzabile, può servire nelle analisi territoriali, nella valutazione e nella
progettazione di aree edificate o edificabili. Il valore di sej/m3 varierà se si usa, per la
stessa cubatura, un’architettura normale o degli accorgimenti di bioedilizia.
Nel caso presente, il valore ottenuto è 1.99x1015 sej/m3, considerando l’emergia totale
della costruzione su 10000 m3 di edificio.
Il valore ottenuto è abbastanza generalizzabile, considerando il fatto che un edificio
richiede, per la sua costruzione, tutti materiali ed energia esterni al sistema stesso di
produzione (produzione del bene “edificio”). Questo sistema di produzione non è
assolutamente locale, né sostenibile dall’area stessa di produzione, se si considerano i
canoni correnti di edilizia. Tutti gli input, ad eccezione dell’irraggiamento solare e del
suolo, sono esterni al sistema ed acquistati sul mercato (F). Gli Indici Emergetici
mostranano che la costruzione di un edificio, secondo l’edilizia tradizionale, non si basa
sul Capitale Naturale locale del sito di costruzione, acquisisce invece tutto da altri
ambienti, impoverendoli, fornendo una funzione importantissima (quella abitativa)
lontano dai siti di estrazione e lavorazione dei materiali.
108
Dall’analisi emergetica dei materiali edili di un edificio e dalle considerazioni sui tempi
di vita dei materiali e dell’edificio, si può concludere che ogni materiale influisce
sull’impatto ambientale di un edificio secondo 3 parametri:
-
Quantità;
-
Emergia Specifica;
-
Tempo di vita, Resistenza.
In base a queste conclusioni, si possono ridiscutere i canoni attuali dell’architettura e
proporre nuovi scenari.
Si riporta, inoltre, un’analisi comparativa per meglio comprendere il peso dei materiali e
della loro sostituzione sull’emergia totale di un edificio.
Le quantità possono essere gestite da chi progetta l’edificio, anche sulla base di principi
bioarchitettonici, ma la bioedilizia si esprime al meglio riguardo alla scelta dei materiali
da utilizzare, e dunque alle loro emergie specifiche. La scelta di un materiale invece di
un altro meno sostenibile che svolge la stessa funzione, si basa sulle proprietà del
materiale, sulla funzione che deve svolgere, e sulla situazione di mercato. Questa scelta,
però, può influire in maniera rilevante sull’emergia totale dell’edificio.
Per meglio comprendere queste affermazioni, si riporta una tabella riassuntiva (tabella
6.8) per i materiali delle parti strutturali più significative. Si paragonano le emergie
specifiche e le densità di ogni materiale.
109
Emergia Specifica Peso Specifico Emergia per metro
cubo (sej/m3)
(sej/kg)
(kg/m3)
Telaio
Cemento
Acciaio
Legno
Tamponamenti
Laterizio
Terra Cruda
Isolamenti
PVC
HDPE
Polistirolo
Sughero
Infissi
Alluminio
Legno
1.81E+12
6.97E+12
2.40E+12
2.40E+03
7.85E+03
6.00E+02
4.35E+15
5.47E+16
1.44E+15
3.68E+12
1.22E+126
1.05E+03
1.20E+03
3.84E+15
1.47E+15
9.86E+12
8.85E+12
8.85E+12
2.40E+12
1.38E+03
1.60E+03
3.00E+01
1.45E+02
1.36E+16
1.42E+16
2.66E+14
3.48E+14
2.13E+13
2.40E+12
2.70E+03
6.00E+02
5.76E+16
1.44E+15
Tabella 6.8. Confronto delle emergie specifiche e delle densità, riferite all'unità di volume, tra i diversi
materiali dei più importanti elementi strutturali.
La colonna delle emergie specifiche considera il valore della “qualità” dei differenti
materiali, mentre la colonna dei pesi specifici riporta le “quantità”. Il confronto viene
fatto sul prodotto di queste due colonne, che rappresenta il contenuto di emergia per
ogni metro cubo di materiale. Si può infatti assumere che il volume dei differenti
materiali utilizzato per uno stesso elemento sia uguale (in tal caso, sono basilari le
proprietà meccaniche, come resistenza, compressione, ecc.).
Sulla base di questo, il telaio di un edificio a minor impatto ambientale dovrebbe essere
fatto di legno, mentre i tamponamenti risultano migliori in terra cruda. La coibentazione
più sostenibile risulta in polistirolo, seguita da quella in sughero, mentre gli infissi sono
migliori in legno.
Un importantissimo fattore è il tempo. Non è però possibile inserirlo in questa analisi,
poiché il tempo di vita di un materiale, posto in una certa condizione ed in un certo
elemento, varia moltissimo.
Ad ogni modo, per ogni parte strutturale il tempo di vita dei differenti materiali è più o
meno simile.
Una cosa che non viene considerata dall’Analisi Emergetica sono gli inquinanti che
vengono generati durante tutto il ciclo di vita di un prodotto. Ad esempio, grandi
6
La transformity della Terra Cruda è calcolata nell’Appendice D.
110
quantità di composti inquinanti vengono rilasciati durante tutto il ciclo di vita del PVC e
del polistirolo, mentre il sughero è una sostanza generata naturalmente. L’Analisi
Emergetica non è capace di cogliere e analizzare questi aspetti.
Si forniscono dunque i tre criteri per la scelta dei materiali edili e della struttura della
Parti Costruttive di un edificio: la quantità di materiale, la sua emergia specifica, la sua
resistenza nel tempo.
Appare chiarissima, alla luce di tutto questo, l’importanza del recupero edilizio: edifici
antichi, ma costruiti con materiali duraturi, possiedono un eMpower minore, per due
motivi:
- distribuiscono l’emergia dei materiali su un tempo più lungo;
- possiedono un’emergia totale minore.
I progettisti dei nuovi edifici dei quartieri residenziali, costruiti essenzialmente di
calcestruzzo, con piccole stanze, muri fini, non molto longevi, hanno molto da imparare
dai molti esempi che abbiamo attorno e che, tuttavia, non vengono veduti: gli edifici
antichi dei nostri centri storici, le case di terra di alcuni regioni italiane, le case di pietra
di zone montane o quelle di Matera, e, infine, le vecchie case dei contadini toscani.
111
7.
ANALISI COMPARATA DI SCENARI BIOCLIMATICI
IL TEMA DELL’INVOLUCRO
“Ma è inutile cercare le parole,
la pietra antica non emette suono,
o parla come il vento come il sole,
parole troppo grandi per un uomo.”
Francesco Guccini, Radici, 1972.
(inconsapevole precursore dell’Emergia)
Il tema di questa sezione è il contenimento dei consumi energetici con riferimento
all’involucro dell’edificio. Si propongono tre scenari alternativi.
Per ogni scenario si svolge un’Analisi Emergetica, seguita da un’analisi termica, in
modo da valutare sotto vari aspetti i costi ed i benefici degli scenari.
Il contenimento dei consumi energetici su cui si può agire nella fase di progettazione
dell’edificio, riguardano essenzialmente:
- l’esposizione al sole;
- le fonti energetiche (da preferire quelle rinnovabili);
- la consistenza dell’involucro (coibentazione, isolamento, ventilazione).
L’involucro dell’edificio assume dunque una funzione fondamentale. La facciata è una
superficie di scambio termico molto ampia tra l’interno, che deve essere mantenuto ad
una temperatura più o meno costante (intorno ai 18°C), e l’esterno, soggetto alle
variazioni climatiche.
112
7.1 Sistemi di facciata e scenari per prestazioni migliorate
In questo capitolo si applica un’Analisi Emergetica per la valutazione di un sistema di
facciata e di alcune tecnologie per il contenimento dei consumi energetici.
Sono stati proposti ed analizzati tre diversi scenari bioclimatici:
•
Un sistema di facciata tradizionale (Scenario A).
•
Un rivestimento (isolante) esterno applicato al sistema di facciata tradizionale
(Scenario B).
•
Un sistema di facciata ventilata (Scenario C).
Descrizione degli scenari
•
Scenario A: in un sistema di facciata tradizionale, la parete che divide l'abitazione
dall'ambiente esterno è costituita da tre parti: il muro esterno vero e proprio con
funzione portante, o nel caso di strutture intelaiate, con funzione di tamponamento
pesante; una camera d'aria con inserito il pannello isolante; una controparete interna
in mattoni forati.
Figura 7.1. Parete eterna con mattoni faccia vista.
• 1- Intonaco di malta bastarda (con eventuale arriccio), tinteggiatura a tempera.
• 2- Legante: malta idraulica per muratura.
• 3- Tavolato interno: laterizio forato (foratelle 10 fori).
• 4- Strato isolante (Isover, polimeri).
• 5- Malta adesiva
• 6- Laterizi semipieni faccia vista.
113
•
Scenario B: sulla parte esterna della facciata tradizionale si applica un cappotto.
Esso è costituito da uno strato aggiuntivo di sughero, sorretto da una rete metallica
elettrosaldata e ricoperto di intonaco. Questo è un accorgimento soprattutto per
microclimi freddi.
Figura 7.2. Scenario con Isolamento Maggiorato; la parte in giallo rappresenta il pannello di sughero,
sorretto da una rete elettrosaldata e coperto di intonaco a calce.
•
Scenario C: sulla parte esterna della facciata tradizionale si pone una
coibentazione di materiale polimerico sintetico ed uno strato esterno di laterizi forati
estrusi, montati su un’intelaiatura in alluminio. Questi laterizi speciali formano due
strati di aria (al loro interno e nello spazio tra essi e la coibentazione), in modo da
aumentare la resistenza termica e da creare un moto convettivo che, in estate, raffredda
le pareti dell’edificio.
Figura 7.3. Esempi di facciate ventilate in laterizi
114
Scopo dell’analisi
Lo scopo dell’analisi è la valutazione del costo degli Scenari tecnici adottati, sia dal
punto di vista economico che in termini di Capitale Naturale investito, ed il possibile
guadagno (beneficio), nel tempo, rispetto alla spesa per il riscaldamento e il
condizionamento.
L’analisi economica ed energetica, basate su calcoli di dispersione termica e valutazioni
costi/benefici, non sono sufficienti a descrivere tutti i vantaggi e gli svantaggi
ambientali di uno scenario bioclimatico. L’Analisi Emergetica è necessaria e utile per
capire quanto si influisce sul consumo delle risorse, considerando anche aspetti non
coinvolti nei flussi economici tradizionali.
Di seguito verranno trattati i due scenari riguardanti gli elementi strutturali, cioè la
maggiorazione esterna in sughero e la facciata ventilata.
Analisi Emergetica
Si applica un’Analisi Emergetica alle due fasi riguardanti gli Scenari:
I)
Fase di costruzione e messa in opera del sistema di facciata.
II)
Fase di uso del sistema di facciata.
Per cui, il calcolo si svolge come segue.
I)
Nel primo caso si calcola l’emergia di materiali, energie e manodopera per la
costruzione del sistema di facciata.
II)
Nel secondo caso si calcola, attraverso un’analisi termica, la quantità di energia
dissipata dal sistema di facciata, attraverso la conduzione e la convezione
termica.
Si considerano le quantità di calore assorbito d’estate e dissipato in inverno.
Si assumono le temperature dei vari mesi dell’anno sulla base di dati statistici
riguardanti la città di Firenze.
Si assume una temperatura interna costante di 18°C.
115
La quantità di energia dissipata per conduzione e convezione viene quantificata in
termini di gas (per il riscaldamento) ed elettricità (per il condizionamento) necessari a
compensare la perdita di calore.
Questa parte dell’analisi è dunque basata sui seguenti passaggi:
a) Analisi Termica per la stima dell’energia dissipata (Analisi Energetica).
b) Analisi del consumo delle risorse di gas ed elettricità equivalenti alla dissipazione.
c) Valutazione dell’emergia equivalente dissipata (Analisi Emergetica).
d) Calcolo dell’equivalente costo economico in euro di gas ed elettricità (Analisi
Economica).
116
7.1.1
Il sughero per il rivestimento esterno
Il sughero è un prodotto naturale dalle proprietà tecniche eccezionali, utilizzato da
migliaia di anni dall'uomo per isolare, sigillare, proteggere. Nessun materiale artificiale
di "'moderna" concezione è stato collaudato nel tempo quanto il sughero, nei più
disparati impieghi. Lo si ricava direttamente dalla corteccia di una particolare quercia.
La quercia da sughero non alligna ovunque: essa predilige il clima mediterraneo e i
terreni ricchi di potassa. Tali condizioni ambientali sono precisamente quelle di una
ristretta fascia del bacino mediterraneo.
Il sughero che viene estratto la prima volta è chiamato "sughero maschio" o "sugherone"
e l'operazione relativa è detta demaschiatura; quello che viene estratto successivamente
è chiamato invece "sughero gentile" o "sughero femmina" ed è generalmente, più
pregiato di quello maschio.
L'operazione di scorzatura è eseguita ancora a mano, da operai specializzati, detti
scorzini.
Appena estratto dalla pianta, il sughero viene concentrato in luoghi di raccolta,
selezionato, accatastato all'aperto e poi venduto. Il sughero destinato alla macinazione
per la fabbricazione degli agglomerati (sugherone e sughero gentile d'infima qualità)
può essere subito impiegato senza essere sottoposto ad alcuna operazione di
preparazione; quello destinato alla trasformazione mediante taglio in quadretti (cubetti),
in turaccioli, in solette, ecc... vale a dire il sughero di qualità, prima di essere adoperato
e dopo un periodo di alcuni mesi di stagionatura all'aperto, viene preparato tramite
bollitura, raschiatura, rifilatura, classificazione ed eventuale imballaggio.
Dal punto di vista istologico (cioè dei tessuti vegetali che lo compongono), il sughero è
costituito da cellule morte, che costituiscono solo degli spazi o cavità cellulari aventi
forma quadrato-arrotondata e disposte in file o serie pressoché regolari. Le loro
membrane sono sottili, di colore giallo pallido, e aderiscono intimamente fra loro senza
lasciare alcuno spazio intercellulare. Sono inoltre del tutto sprovviste di perforature
(canalicoli fra cellula e cellula) e sono suberificate. La suberificazione interessa
soprattutto lo strato secondario di ispessimento della membrana: numerose lamelle di
suberina, sottili e impermeabili all'acqua, vengono sovrapposte alle lamelle non
suberificate della membrana.
117
La suberina, è una delle sostanze organiche conosciute più resistenti, è un estere
altamente polimerizzato di acidi e ossiacidi grassi saturi e insaturi, tra i primi ad
esempio l'acido fellonico, l'acido suberinico e acidi simili ad elevato peso molecolare a
struttura chimica non ben definita.
Nei tessuti suberificati sono stati riscontrati: cere, grassi, sostanze tanniche, proteine
zuccheri e vanilina; non sono estranei poi la cellulosa e la glicerina. Spesso con la
suberina sono presenti anche porzioni con membrana lignificata, ma gli studi recenti
tendono a dimostrare che il legame fra suberina e membrana avviene tramite la
cellulosa.
Le cellule del sughero sono, come detto, del tutto vuote o, per meglio dire, racchiudono
nel loro interno una minima quantità di materiale bruno amorfo (residui del protoplasto)
e una grande quantità d'aria o, secondo Saccardy (Saccardy, 1937), di gas, che
difficilmente viene scacciata a causa della citata impermeabilità delle pareti e della
mancanza su di esse di qualsiasi perforazione. Fra le cellule sugherose non ha quindi
luogo alcuno scambio di liquidi.
Per i detti motivi, gli strati di sughero costituiscono delle barriere del tutto impenetrabili
sia all'acqua che ai gas.
Da queste particolari proprietà fisiche delle membrane cellulari dipendono le principali
caratteristiche del materiale sugheroso, vale a dire la grande leggerezza, l'assoluta
impermeabilità ai liquidi ed ai gas, l'ottima coibenza.
Per la conservazione sottile delle membrane suberificate, si hanno proprietà di
morbidezza e deformabilità. Il sughero è inoltre assai resistente e di difficile attacco da
parte degli enzimi secreti dai parassiti.
Il sughero, se sottoposto a compressione, si accorcia senza che le sue dimensioni
trasversali varino (Coefficiente di Poisson uguale a zero).
Il sughero, infine, è una sostanza perfettamente elastica, perché le deformazioni
provocate dalle forze applicate su di esso spariscono al cessare delle forze stesse.
Questo spiega la perfetta aderenza di tale sostanza alla parete interna del contenitore in
cui è inserito, anche se non regolare del collo della bottiglia.
Fino a non molto tempo fa il sughero aveva trovato la sua maggiore applicazione nella
fabbricazione dei turaccioli, ma attualmente esso viene largamente adoperato anche
nell'isolamento termico e acustico e come materiale antivibratile e anticondensa. Esso è
118
inoltre impiegato, nella fabbricazione del linoleum, dei dischi per tappi-corona, delle
mattonelle per pavimento e per rivestimento, delle guarnizioni per macchine e motori,
delle solette e zeppe per calzature, dei frontali per cappelli, dei caschi coloniali, dei
galleggianti, dei bocchini per sigari e sigarette, delle carte da visita e per calendari, dei
granulati per imballaggio di frutta, di uova, di fiori freschi, ed in numerose altre
applicazioni.
Recentemente il sughero ha trovato impiego, sottoforma di pani di agglomerati di
polvere, nella preparazione di plastici per la progettazione di edifici o di insediamenti
umani da parte di ingegneri ed architetti e, sottoforma di agglomerati bianchi ed espansi,
nella fabbricazione di sandwich con pannelli truciolati di legno.
Per l'avvenire si prevede di poter utilizzare il sughero anche per l'estrazione di acidi
grassi e di cere ad alto punto di fusione, molto richiesti dall'industria.
Il sughero è quindi una materia prima preziosa, per molti usi insostituibile, che non
teme affatto i succedanei (sostanze plastiche, polistirene, poliuretano, resine fenoliche,
foamglas, lana di vetro, ecc.) perché questi, affacciatisi da qualche lustro sul mercato
internazionale, non sono dei concorrenti, ma dei semplici ausiliari chiamati a colmare
l'enorme deficienza di sughero sul mercato mondiale, nonostante le loro inferiori
prestazioni, offerte sia pure a un prezzo generalmente minore.
La lavorazione del sughero è abbastanza semplice. Dopo un particolare trattamento di
frantumazione e macinazione delle cortecce sugherose, i granuli di sughero, liberati
dalle scorie porose e legnose, vengono posti in un forno a pressione e riscaldati ad una
temperatura di circa 380 °C, senza alcun contatto con l'aria.
Sotto tale temperatura e pressione, le resine naturali del sughero (fra cui la suberina)
cominciano a liquefarsi, spostandosi verso la superficie del granello, iniziando così quel
processo naturale di agglomeramento e saldatura di granulo con granulo, perfezionato
successivamente da un trattamento di onde ad alta frequenza (brevetto LIS) ed infine
compressi fortemente da una pressa idraulica, che determina la struttura
dell'agglomerato e la dimensione di ogni singolo pannello. Non viene aggiunto nessun
additivo artificiale. Il suddetto processo di lavorazione ha lo scopo primario di ottenere
la stabilità dimensionale dei pannelli ed una buona resistenza a compressione.
119
7.1.2
Il sistema di facciate ventilate
La facciata ventilata è una tecnica d’isolamento termico che viene effettuata dall’esterno
e sfrutta la ventilazione di una camera d’aria creata fra l’isolante ed il rivestimento
esterno. Quest’ultimo può essere costituito da elementi di varia natura: lapidei,
terrecotte, metallici, plastici, conglomerati cementizi fibrorinforzati, ceramici.
Le pareti ventilate sono progettate e realizzate per dar luogo, nell’intercapedine, ad un
flusso d’aria ascendente, azionato dalla differenza di temperatura fra l’aria presente
nell’intercapedine
e
quella
presente
all’esterno,
detto
“effetto
camino”.
I vantaggi che derivano dall’isolare l’edificio col sistema a Facciata Ventilata sono:
» Realizzazione dell’isolamento termico in modo omogeneo e continuo, facilmente
raccordabile alle linee di imposta dei telai delle chiusure trasparenti, al fine di ottenere
un totale controllo dei ponti termici sui vari fronti di facciata e contemporaneamente
migliorare il volano termico delle pareti.
» Eliminazione totale dei ponti termici, dovuti ai pilastri e ai solai. Evitare ponti termici
significa ridurre le dispersioni termiche fino al 30%, garantendo sicuri risparmi
energetici e migliore comfort abitativo.
» Possibilità d’aumentare, e di molto, lo spessore dell’isolante termico, contribuendo al
comfort negli ambienti interni, contemporaneamente all’aumento del risparmio
energetico, con conseguente diminuzione d’immissione di inquinanti nell’ambiente.
» Riduzione del carico termico dell’edificio durante la stagione calda. Questo grazie alla
parziale riflessione della radiazione solare incidente sulla facciata da parte del
rivestimento e alla ventilazione dell’intercapedine. La riflessione, ovviamente, risulta
massima con rivestimenti molto riflettenti, tipo quelli di colore chiaro e finitura lucida.
» Protezione dal fuoco; a causa dell’effetto camino della Facciata Ventilata è
consigliabile utilizzare materiali isolanti di natura inorganica, come certe lane da
coibentazione, ma anche il sughero possiede ottime caratteristiche in questo campo.
120
La portata d’aria è funzione delle differenze esistenti fra le condizioni ambientali
esterne e quelle che si vengono a instaurare nell’intercapedine a causa di rientrate di
calore provocate, nella stagione estiva, dall’esposizione all’azione solare del paramento
esterno e nella stagione invernale dalle perdite energetiche dell’ambiente riscaldato
attraverso la muratura perimetrale.
La ventilazione naturale interna favorisce sia la cessione all’ambiente esterno per
evaporazione dell’eccesso di vapore acqueo, prodotto negli ambienti interni, che la
rapida e completa evaporazione dell’acqua di costruzione in eccesso all’inizio della vita
dell’edificio. In questo modo si evita la formazione di una eventuale condensa
all’interno del coibente e delle pareti.
Inoltre il rivestimento esterno, distaccato dalla parete interna possiede una naturale
propensione a proteggere efficacemente contro le azioni combinate di pioggia e vento.
Le modalità di vincolo del rivestimento e la presenza, dietro allo stesso, di una
intercapedine ventilata, consentono infatti di neutralizzare gli effetti degli spruzzi, delle
sferzate d’acqua e dei conseguenti ruscellamenti sul piano di facciata mantenendo
all’asciutto l’isolante termo-acustico e la controparete interna. Ciò comporta indubbi
vantaggi in termini di durabilità della parete e di efficienza energetica della stessa nel
periodo di riscaldamento.
Se l’isolante termico e la controparete rimangono asciutti, l’edificio non subisce
dispersioni di calore aggiuntive, dovute al temporaneo aumento della conduttività
dell’isolante a causa dell’acqua assorbita. Con forti azioni combinate di pioggia e vento,
l’isolante può essere raggiunto da qualche spruzzo d’acqua; pertanto è sempre
opportuno che quest’ultimo sia non idrofilo.
Nel caso di studio, si è progettata una facciata ventilata composta dal sistema di facciata
tradizionale, da uno strato isolante in PVC (8 cm), e all’esterno delle lastre in cotto
estruso, supportate da un telaio in barre rettangolari (cave) verticali, in alluminio,
sorrette da appositi piedini in acciaio, con longarine orizzontali in alluminio. Questo
Scenario è, quindi, un’aggiunta ulteriore, alla parete originale ed a quella maggiorata, di
uno strato che permette la ventilazione.
Si è adottato una tipologia di laterizio estruso (Ditta”Il Palagio”), una lastra rettangolare
per facciata piana delle dimensioni di 400x 500 mm, per uno spessore di mm 17,
squadrata, che è ottenuta per estrusione a doppia faccia (viene poi divisa a spacco). Si
121
riporta una scheda tecnica dell’elemento scelto (modello “Cimarossa”). Si montano 5
pezzi ogni m2, per un totale di 6 kg al m2.
Il sistema di supporto è costituito, come detto, da barre di alluminio (dimensioni 5x2
cm, spessore 1 mm; 2 per ogni metro quadro), fissate al muro da piedini in acciaio (per
84 cm2 l’uno; sono 10 pezzi al m2); gli elementi in cotto estruso sono fissati a longarine
(bloccate a loro volta al telaio in alluminio) orizzontali (8 pezzi al m2).
Figura 7.4. Intelaiatura e Sezione di tutto lo strato esterno
Figura 7.5. Dati Tecnici dell'elemento in laterizio estruso; dati forniti dalla ditta "Il Palagio", Impruneta,
Firenze; Art. "Cimarossa”.
122
7.2 Analisi Emergetica dei sistemi di facciata
7.2.1 Scenario A: sistema di Facciata Tradizionale
Il sistema di facciata tradizionale è costituito da:
- strato di mattoni a faccia vista all’esterno, tipo I.B.L., semiforati, con spessore di 12
cm.
- strato di foratelle, all’interno, di dimensioni 25x25x12 cm, poste di taglio.
- coibentazione posta nell’intercapedine, costituita da uno strato di aria e da uno di
Isover, polimero di tipo polietilenico, di spessore 4 e 6 cm, rispettivamente.
- intonaco interno.
La parete considerata è di 1276 m2, con spessore complessivo di 30 cm.
Elemento
Tamponamento
Facciata
Coibentazione
Collante
Intonaco Esterno
Intonaco Esterno solo
arriccio
Totale Facciata
Tradizionale
Raw Data
Transformity o
Emergia
Ref Emergia (sej)
Unit
Specifica
(sej/unit)
1.60E+05
kg
3.68E+12
6.38E+04
2.30E+03
2.55E+03
5.80E-01
kg
kg
kg
kg
3.68E+12
8.85E+12
3.31E+09
3.29E+12
5.80E-01
kg
3.29E+12
d
d
e
c
f
f
5.89E+17
2.35E+17
2.03E+16
8.45E+12
1.91E+12
1.91E+12
8.44E+17
Tabella 7.1. Analisi Emergetica del sistema di Facciata Tradizionale
123
7.2.2 Scenario B: sistema di facciata con cappotto esterno in sughero
Lo scenario prevede la posa in opera di uno strato isolante esterno (cappotto) sul
sistema di facciata tradizionale, composto di pannelli di sughero di spessore 8 cm,
sorretti da una rete in acciaio elettrosaldata, il tutto ricoperto da uno strato di intonaco di
2 cm.
Quindi, rispetto agli elementi costruttivi della facciata tradizionale si considerano in
aggiunta:
- Pannelli di Sughero, spessore 8 cm, densità 145 kg/m3; transformity del legno; prezzo
5.93 €/m2.
- Rete Elettrosaldata, in acciaio, 10x10 cm, spessore 5 mm, del peso totale di 500,83 g,
transformity dell’acciaio.
- Intonaco, spessore 2 cm.
- Malta (tra il sughero e i mattoni faccia vista originali), peso 1276 kg.
- Lavoro umano: lavoro di 2 operai, per otto ore al giorno per totali 5 giorni.
Opere murarie Esterne Facciata Tradizionale
8.44 E+17
Quantità
Sughero
1.48E+04
Unità
Transformity
Ref
Emergia (sej)
kg
2.40E+12
i
3.56E+16
Rete Elettrosaldata
3.93E+03
kg
6.97E+12
k
2.74E+16
Malta
1.28E+03
kg
3.31E+12
c
4.22E+15
Intonaco
1.85E+04
kg
3.29E+12
f
6.09E+16
Lavoro Umano
4.19E+07
€
7.38E+06
xy
3.09E+14
1.28E+17
Totale emergia opere esterne
sej
9.72E+17
Tabella 7.2. Analisi Emergetica del sistema di facciata con isolamento esterno in sughero
Nella prima riga della tabella 7.2 si riporta l’emergia totale calcolata per il sistema di
facciata tradizionale. A questo valore si sommano, nella seconda parte della tabella,
quelli della parti per l’isolamento maggiorato.
Il risultato ottenuto è il valore di Emergia di tutto il nuovo elemento strutturale, e
corrisponde a 9.72x1017 sej. L’investimento emergetico per questo scenario risulta
1.28x1017 sej, consistente in un aumento del 15.22% rispetto al sistema di facciata senza
cappotto.
124
7.2.3
Scenario C: sistema di Facciata Ventilata
L’Analisi si svolge aggiungendo al sistema di facciata tradizionale, di superficie 1276
m2, un sistema di facciata ventilata le cui parti sono:
- Laterizi lavorati, in cotto estruso; 38,3 tonnellate totali.
- Scaffalatura di supporto in alluminio; 3,17 E+4 kg.
- Sostegni della scaffalatura in acciaio; 8,41 E+2kg.
- Malta per la posa in opera dei laterizi interni.
- Strato di coibentazione in PVC, spessore 8 cm, peso totale 1,48 E+4 kg.
- Lavoro umano: lavoro di 2 operai, per 8 ore al giorno per 5 giorni complessivi.
Opere murarie Esterne - Facciata Tradizionale
Quantità
Unità
laterizio lavorato
alluminio
alluminio
3.83E+04
kg
3.17E+03
kg
8.41E+02
kg
1.41E+05
kg
4.19E+07
J
Coibentazione - PVC
Lavoro Umano
Transformity
3.68E+12
2.13E+13
6.97E+12
Ref.
d
j
k
9.86E+09
7.38E+06
8.44E+17
Emergia
1.41E+17
6.76E+16
5.87E+15
1.39E+15
e
xy
3.09E+14
2.16E+17
Totale Emergia
Tamponamenti Esterni
1.24E+18
Tabella 7.3. Analisi Emergetica dell'elemento strutturale, comprensivo della facciata ventilata
Nella prima riga della tabella si riporta l’emergia del sistema di facciata tradizionale,
nella seconda parte si inseriscono i materiali propri dello scenario.
Rispetto al valore dell’elemento originale, 8,44x1017 sej, questo secondo Scenario ha un
emergia totale di 1,24x1018 sej, più alta di circa il 25.60%. Rispetto al primo Scenario
(Isolamento Maggiorato con sughero), la Facciata Ventilata ha un valore maggiore di
emergia, che sta ad indicare un consumo maggiore di risorse naturali per la costruzione
del secondo Scenario.
125
7.3
Analisi Termica dei sistemi di facciata
La valutazione delle caratteristiche termiche dei tre sistemi di facciata si svolge nel
modo seguente:
-
A) Calcolo della Resistenza Termica sullo spessore della parete, attraverso la
somma della Resistenza Termica dei vari materiali presenti nello strato della parete. La
Resistenza Termica (m2K/W) si ottiene dividendo lo spessore di ogni singolo strato per
la sua Conducibilità Termica, λ (espressa in W/mK). Dal valore di R si calcola k, la
trasmittanza (W/mK).
Si assume che la parete non abbia ponti termici o problemi particolari, che sia
omogenea, nei materiali, su tutta la sua superficie; il calcolo, che qui si fa, è
semplificato, ma tende a dare un semplice valore di riferimento per confrontare
l’efficienza termica dei differenti scenari. Per la Facciata Ventilata, oltre alla
trasmissione (e quindi dissipazione) di calore per conduzione, si considera la
convezione, per quei mesi estivi in cui questo processo è utile. La convezione è
anch’essa legata al valore di λ del fluido in movimento (l’aria, in tal caso); si ricava un
valore del calore dissipato per m2 di parete, relativo ai diversi gradienti di temperatura
tra interno ed esterno (W/m2K).
-
B) Valutazione del calore dissipato (potenza, W) per 1 m2 di parete, durante i 12
mesi dell’anno; questo calcolo si ottiene moltiplicando la differenza di temperature tra
esterno ed interno per la Trasmittanza, k, totale, per ogni metro quadro di superficie che
scambia calore (si assume che la temperatura interna sia sempre mantenuta sui 18°C;
per ogni mese si usano dati statistici della temperatura media e si calcola la ΔT tra
interno ed esterno). Si ottiene un valore in W, per ogni m2 di facciata.
-
C) Stima del consumo di gas per il riscaldamento (per i mesi in cui è previsto) e
dell’energia elettrica per il condizionamento estivo, necessari a compensare la
dissipazione o l’accumulo di calore nei 12 mesi, su tutta la facciata, in Joule e in euro,
per tutto l’anno. Questo risultato si ricava moltiplicando il calore dissipato per i m2 di
facciata (1276 m2), trasformando poi il valore in Joule e in kWh; tale valore è una stima
del calore dissipato su tutta la superficie in un’ora.
126
Il calcolo si svolge nel modo seguente:
-
Analisi dei materiali, ossia della loro capacità di condurre o trattenere il calore.
-
Analisi degli elementi costruttivi degli effetti di conduzione e convezione.
-
Confronto energetico, emergetico ed economico dei risparmi termici.
Analisi dei Materiali
I parametri usati nel processo di Conduzione Termica sono:
•
λ
•
R1 = d
λ
Ri = 1
h
espresso in W/m K : coefficiente di Conducibilità Termica
per la conduzione
per la convezione
espresso in m2K/W: Resistenza Termica;
d è lo spessore del materiale i-esimo.
•
Da R si calcola la Trasmittanza, espressa in W/m2K:
k=
1
1
1
αi + R + αe
dove αi è il Coefficiente di Resistenza Convettiva interno, αe è il Coefficiente di
Resistenza Convettiva esterno. Per le pareti degli edifici, questi coefficienti sono
uniformati alle normative UNI, in modo da avere calcoli più congrui tra i diversi edifici.
Si prendono dunque i seguenti valori: αi= 7.7, αe= 25.
La potenza dissipata per conduzione si calcola moltiplicando i valori di k delle pareti
per la superficie e per la differenza di temperatura tra interno ed esterno.
127
Nel caso di un’Analisi energetica di un sistema di facciata:
•
R k = ∑i R i
k=
•
•
Resistenza Termica Totale di un sistema di facciata
1
Ri + 1
αi + ∑
αe
i
1
P = k × A × ΔT
Trasmittanza Totale per Conduzione
Potenza di dissipazione
dove A è la superficie della facciata, e ΔT è la differenza di temperatura tra esterno e
interno (assumendo una temperatura costante di 18°C).
Per il calcolo si considerano i seguenti valori di temperatura media mensile (dati della
città di Firenze):
Gennaio
+ 5,2°
Febbraio
+ 3,3°
Marzo
+ 9,4°
Aprile
+ 13,3°
Maggio
+ 18°
Giugno
+ 22°
Luglio
+ 24,5°
Agosto
+ 25°
Settembre + 20°
Ottobre
+ 15,5°
Novembre + 10°
Dicembre + 6,3°
Tabella 7.4. Temperature medie mensili della città di Firenze (anno 2005)
In base alla differenza di temperatura si calcolano i valori della potenza di dissipazione
per conduzione termica attraverso la facciata, per ogni mese:
ΔTmese= Text-Tint
128
Il dato ottenuto viene moltiplicato per il numero di giorni del mese e per il numero di
ore al giorno (24).
Si è inoltre considerato che, sulla base della legge 10/91, deve essere prevista una
differenza di temperatura tra interno ed esterno di 10°C per i mesi da ottobre a marzo,
compresi (a Firenze). Per i mesi estivi, si è fatto un calcolo empirico diretto. Il mese di
aprile ed il mese di maggio sono stati considerati di transizione7; in questi mesi non
vengono usati né il riscaldamento né il condizionamento, per cui non si calcola la
dissipazione termica.
Non è mai stata considerata la dispersione di calore, verso l’interno o l’esterno
dell’abitazione, per irraggiamento. Questo fattore è comunque considerato, in parte, nel
calcolo della convezione libera laminare, che viene detta “liminare”.
La potenza di dissipazione si calcola indipendentemente dalla direzione della
dispersione termica (verso l’esterno nei mesi freddi e verso l’interno nei mesi caldi)
assumendo costante la temperatura interna (T=18°) per tutti i dodici mesi.
Sulla base delle equivalenze:
W=
J
sec .
kWh = 3,6 × 10 6 J
si calcola la quantità di energia dissipata in un anno per conduzione termica attraverso la
facciata.
7
Ad aprile si è sotto i 18°C esterni, ma non si usa il riscaldamento; a maggio la temperatura media esterna
è uguale a quella interna.
129
Convezione libera nella Facciata Ventilata
Per la Facciata Ventilata, oltre alla conduzione si considera la Convezione Libera, cioè
la trasmissione di calore in un corpo fluido, l’aria, nella direzione parallela alla
superficie di scambio, non sottoposto a forze esterne (fare riferimento a Isachenko V.,
1974).
Per calcolare il calore dissipato per convezione libera si considera, come per la
conduzione, il Coefficiente di Trasmissione Termica, λ, e lo spessore del fluido. Per un
fluido che si muove parallelamente alla superficie di scambio di calore, valgono le
seguenti assunzioni:
-
le forze inerziali sono infinitesimali rispetto a quelle di gravità e della viscosità;
-
il trasporto di calore per conduzione lungo lo spessore del fluido può essere ignorato
(la conduzione viene poi aggiunta a parte);
-
il gradiente di pressione (tra la parte più bassa e quella più alta della parete) è zero.
-
i parametri fisici del fluido (ad eccezione della densità) sono costanti, e la densità è
una funzione lineare della temperatura;
Il calore scambiato per unità di tempo è dato da:
dq
= h × A × ΔT
dt
dove h è il Coefficiente di Convezione, legato alle caratteristiche del fluido e del moto
convettivo; ΔT è la differenza di temperatura tra la superficie interna e quella esterna
alla parete. Per esattezza, la differenza di temperatura è calcolata tra la temperatura
media tra interno ed esterno e la temperatura esterna. La temperatura sulla superficie di
contatto tra intercapedine e parete interna non è, normalmente, la stessa che si ha
all’interno dell’edificio (18°C), per dissipazione di calore nella parete, che funziona da
massa termica.
Le temperature medie annue a Firenze sono paragonabili a quelle di Castelfiorentino
(stesso clima, stessa altezza sul livello del mare); da alcuni lavori reperibili in letteratura
sulle Facciate Ventilate (Balocco, 2002, Balocco 2004, Balocco 2006), si ricava che la
facciata ventilata riesce a raffreddare un ambiente interno dall’irraggiamento e dal
calore esterno solo se la temperatura esterna è superiore a 22°C (considerando una
130
temperatura media interna di 18°C). Per cui, a Castelfiorentino le facciate ventilate
funzionano solo a giugno, luglio ed agosto.
Calcolo del Coefficiente di Convezione
Il Coefficiente di Convezione di un materiale, h, è dato da:
h = Nu ×
λ
L
dove λ è la Conducibilità termica del materiale, L la distanza caratteristica (in tal caso,
lo spessore della cavità), Nu è il Numero di Nusselt.
Il Numero di Nusselt è uno dei Parametri Adimensionali utilizzati nel trattamento dei
trasferimenti di calore.
In generale, si definiscono i seguenti Parametri:
- Numero di Grashof:
Gr =
g × β × ΔT × L3
ν2
è il rapporto tra la Spinta di Archimede e la forza legata alla Viscosità del fluido. g è
l’accelerazione di gravità, β è l’inverso della temperatura media, ΔT è la differenza di
temperatura tra le due facce dello strato, L lo spessore, ν è la viscosità dinamica
dell’aria.
- Numero di Prandelt:
Pr =
ν
α
dove α è il Coefficiente di Diffusività del fluido (l’aria). Pr rappresenta il rapporto tra
calore assorbito e calore diffuso.
- Numero di Rayleigh: Ra=Gr x Pr.
- Numero di Nusselt: è il rapporto tra convezione e conduzione all’interno di un fluido:
Nu =
h × ΔT
h
=L
λ
λ × ΔT L
Empiricamente esiste una importante correlazione:
Nu=C x Gra x Prb
dove C, a, b dipendono dal tipo di moto convettivo (Isachenko V., 1974).
131
Per identificare il moto convettivo nel caso in esame a calcolare h, si agisce come segue:
i) Verificare se la convezione naturale del caso di studio è laminare (solo trasporto di
calore perpendicolarmente alla parete) o turbolenta (anche trasporto di massa):
se Gr x Pr < 109 allora il flusso è laminare;
se Gr x Pr > 109 allora il flusso è turbolento.
In questo caso di studio, per tutti e tre i mesi, in cui avviene la convezione, il flusso
risulta laminare.
ii) Identificare la correlazione appropriata: essa dipende dalla sezione della cavità. Per
una convezione libera con flusso laminare, che scorre lungo una parete piana verticale,
abbiamo che: C=0.59, a=0.25, b=0.25, da cui:
Nu=0.59 Gr0.25Pr0.25
iii) Dopo aver calcolato Nu, si trova h.
Il calcolo finale è il seguente:
- Calcolo della ΔT, per il periodo interessato.
- Calcolo di h per una cavità piana verticale piena di aria, come spiegato sopra.
- Calcolo della potenza dissipata per tutto il periodo di funzionamento della facciata
ventilata, espressa in W/m2.
Estendendo il calcolo ai 1276 m2 della nostra facciata, otteniamo il valore di potenza
dissipata dall’intercapedine. Si riporta il risultato al totale per il periodo considerato di
ventilazione; il risultato, in Joule, è sottratto ai Joule totali di calore dissipato per
conduzione (calcolo della conduzione come spiegato nel paragrafo precedente), in modo
da quantificare il vantaggio della ventilazione sull’acquisto di calore in estate.
La conduzione termica della Parete Ventilata è dunque considerata autonomamente, e
calcolata come spiegato in precedenza. Poiché, in realtà, la struttura esterna in laterizi
non è chiusa ermeticamente, ma presenta molte aperture, la Resistenza Termica totale si
132
calcola sullo strato di coibentazione e su quello di aria stazionaria, senza considerare i
laterizi estrusi.
Segue una tabella dei valori di Conducibilità Termica (Wienke, U., 2004).
Aria
0.027
W/mK
Sughero
0.04
W/mK
Isover
0.035
W/mK
Laterizio pieno
0.5
W/mK
Laterizio Forato
0.39
W/mK
Intonaco a Calce
0.87
W/mK
Laterizio Forato in blocchi
0.4
W/mK
Tabella 7.5. Conducibilità Termiche dei materiali considerati (Wienke, 2004)
Analisi Economica ed Analisi Energetica
•
La quantità di energia dissipata (kWh di calore ceduto) nei sei mesi con clima
freddo è equivalente a un consumo di gas metano per il riscaldamento (8 kWh/m3).
•
La quantità di energia dissipata (kWh di calore assorbito) nei mesi con clima
caldo è equivalente ai kWh di elettricità spesa per il condizionamento dei locali interni.
RISORSA
quantità
ENERGIA
EURO
EMERGIA
GAS - Riscaldamento
m3/anno
J/anno
0,5 €/m3
6,72x104sej/J
ELETTRICITA'
CONDIZIONAMENTO
kWh/anno
J/anno
0,13
€/kWh
2,07x105 sej/J
Tabella 7.6. Schema della tabella riassuntiva dei risultati per i vari scenari
La quantità di energia dissipata è stata calcolata per un anno in J/anno. È stato poi
stimato il costo equivalente alla dispersione dell’energia in €/anno e il valore di emergia
corrispondente in sej/anno.
133
La dissipazione di Calore viene dunque espressa secondo tre diverse analisi:
a) Analisi Energetica, con il valore espresso in Joule.
b) Analisi Emergetica, il cui valore è espresso in Solar Emergy Joule. Si ottiene
moltiplicando i joule di energia dissipata dal riscaldamento e dal condizionamento per la
transformity appropriata (quella del gas naturale per il mesi invernali, o quella
dell’elettricità per i mesi estivi).
c) Analisi Economica: moltiplicando il valore ottenuto per il prezzo in €/kWh del gas da
riscaldamento (0,0625 €/kWh8), per i mesi invernali, e per il prezzo dell’energia
elettrica (0,13 €/kWh) per i mesi estivi, si ottiene la perdita di € all’anno, per ogni
scenario e per le due condizioni climatiche.
8
Valore ricavato dal prezzo del metano per uso domestico, 0,50 €/m3, diviso per il potere calorifico del
metano, 8 kWh/m3.
134
7.3.1 Scenario A: Analisi Termica
Il calcolo della Resistenza Termica si svolge sommando la Resistenza Termica dei vari
materiali presenti nello strato della parete, come descritto all’inizio del capitolo.
La parete originale è composta di 5 strati:
- 12 cm di mattoni di tipo I.B.L., λ= 0.5 W/mK;
- 4 cm di aria, λ= 0,027 W/mK;
- 6 cm di isolante polimerico artificiale Isover, λ= 0,035 W/mK;
- 8 cm di foratella, λ=0.39 W/mK;
- 1 cm di intonaco a calce, λ= 0,87 W/mK.
RISORSA
ENERGIA
EURO
EMERGIA
GAS - Riscaldamento
5.25*1010 J/anno
912 €
3.53*1015 sej/J
ELETTRICITA'
CONDIZIONAMENTO
1.73*1010 J/anno
624 €
3.57*1015 sejj/J
Tabella 7.7. Risultati delle analisi dielle dispersioni per il sistema di facciata tradizionale. Sono riportati i
valori di dissipazione.
La Resistenza Termica della parete risulta 3.65 m2K/W, la Trasmittanza Totale è 0.262
W/mK. Sull’intera facciata (1276 m2) si perdono 1.73x1010 J in estate (in termini di
energia elettrica per condizionamento), corrispondenti a 624 € persi. In inverno, la
perdita di calore è 5.25x1010 J e 912 €.
135
7.3.2 Scenario B: Analisi Termica
La parete con Isolamento Maggiorato presenta, oltre agli strati del sistema di facciata
tradizionale, i seguenti spessori:
- 8 cm di sughero, λ= 0,04 W/mK;
- 2 cm di intonaco, λ= 0,87 W/mK;
RISORSA
ENERGIA
EURO
EMERGIA
GAS - Riscaldamento
3.30*1010 J/anno
596 €
2.31*1015 sejj/J
ELETTRICITA'
CONDIZIONAMENTO
1.13*1010 J/anno
408 €
2.34*1015 sej/J
Tabella 7.8. Risultati delle analisi dielle dispersioni per il sistema di facciata tradizionale. Sono riportati i
valori di dissipazione.
La Resistenza Termica della parete è 5.68 m2K/W, la Trasmittanza risulta 0.171
W/m2K; per 1276 m2 si dissipano 1.13x1010 J in estate e 3.34x1011 J in inverno.
Sull’intera facciata vengono dissipati rispettivamente 408 € di elettricità e 596 € di gas.
136
7.3.3 Scenario C: Analisi Termica
La parete di tale Scenario presenta i seguenti spessori:
- 8 cm di pannelli di PVC, come coibentazione, λ= 0,04 W/mK;
- 12 cm totali di aria, come somma della spessore tra i laterizi estrusi e la coibentazione
e dello strato di aria interno ai laterizi stessi, λ= 0,027 W/mK;
- 1,7 cm di laterizio estruso, λ= 0,5 W/mK.
RISORSA
ENERGIA
EURO
EMERGIA
GAS - Riscaldamento
1,90*1010 J/anno
330 €
1.28*1015 sejj/J
ELETTRICITA'
CONDIZIONAMENTO
-8.78*1010
J/anno
-3170 €
-1.82*1016 sejj/J
Tabella 7.9. Risultati delle analisi dielle dispersioni per il sistema di facciata tradizionale. Sono riportati i
valori di dissipazione.
Come risultato per questo secondo Scenario ipotizzato, si ottiene una Resistenza
Termica pari a 10.4 m2K/W e una Trasmittanza di 0.0948 W/mK; in estate, grazie alla
ventilazione e quindi al raffreddamento dell’interno per convezione, non si ha
dissipazione di energia, anzi, si risparmiano 8.78x1010 J di energia elettrica per
condizionamento, che portano ad un risparmio di 3170 €. In Inverno, si disperdono
1.90x1010 J, con una perdita di 330 €.
137
7.4 Discussione e conclusioni
La tabella 7.10 riassume i valori ottenuti con i calcoli di analisi termica, insieme alle
variazioni nell’analisi emergetica.
Tipologia
Energia Costi (€) Emergia Aumento
Investimento
R
(sej)
%
(sej)
(W/m2K) dissipata
(J)
Facciata
Tradizionale 8,44E+17
Maggiorata
3.65E+00 6.98E+10 1.54E+03 7.10E+15
9,72E+17
5.68E+00 4.56E+10 1.00E+03 4.64E+15
15,22
1,24E+18
1.04E+01 6.88E+10 6.88E+10 1.69E+16
25,60
Ventilata
Tabella 7.10. Resistenze Termiche e dissipazioni per le diverse tipologie di Facciata
Come già notato, lo scenario di opera muraria esterna con Facciata Ventilata assume il
maggior peso emergetico, aumentando del 25.60% l’emergia totale del sistema di
facciata.
La Resistenza Termica totale, su tutto lo spessore della parete esterna, risulta maggiore
con la Facciata Ventilata, come ci si poteva aspettare, ma anche nel caso
dell’Isolamento Maggiorato si ottiene un valore più alto rispetto al sistema di facciata
tradizionale.
In relazione al fatto che per le condizioni standard ambientali si assume una variazione
termica, tra interno ed esterno dell’edificio, maggiore in inverno rispetto all’estate, i
valori di dispersione energetica al metro quadro risultano sempre maggiori in inverno.
Attraverso un confronto tra emergia investita in riscaldamento e climatizzazione e
l’emergia risparmiata, possono essere stimate le ore necessarie per ripagare
investimento iniziale (per la costruzione dello scenario) con l’emergia del gas o
dell’elettricità risparmiati. Nel caso dell’Isolamento Maggiorato servono circa 52.26
anni mentre economicamente si recupererebbero i soldi spesi in un tempo più lungo. Un
138
risultato ben più positivo si ha per la Facciata Ventilata: 9 anni in media per recuperare
la spesa emergetica, tra i 20 ed i 30 anni per quella economica.
Emergia
Iniziale
(sej)
Maggiorazione
Facciata Ventilata
Risparmio
annuo
(sej/anno)
Anni per
Recupero
Emergetico
1.28E+17 2.46E+15
2.16E+17 2.40E+16
52.26
9.00
Tabella 7.11. Risultati delle tre analisi sul risparmio dei due scenari di facciata.
I dati sono rilevanti e benché l’analisi economica costi/benefici sarà affrontata nel
prossimo paragrafo, si possono trarre le seguenti conclusioni:
1) La spesa emergetica è sempre inferiore a quella economica; questo porta ad un tempo
di recupero delle spese, in termini di energia risparmiata, molto minore per quanto
riguarda l’emergia. Non sempre, comunque, i tempi ricadono nella vita media di un
edificio.
2) E’ necessario un intervento dello Stato con adeguati incentivi, che favoriscano quelle
pratiche bioarchitettoniche che, come le facciate ventilate, hanno un ottimo rendimento
sul Capitale Naturale, ma alti tempi di recupero economico prevedibile.
Un’Analisi Economica più rigorosa è stata svolta secondo la metodologia proposta
nell’Appendice B. Si stima il rapporto tra i costi iniziali di installazione dei diversi
scenari e i benefici economici derivanti dai vantaggi termici; si considera la spesa
iniziale come un investimento, con un costo del capitale del 5.3%, un tasso di inflazione
del 2.1% ed un aumento del costo delle materie prime del 4%.
Con tali premesse, risulta che il costo iniziale per la facciata ventilata è recuperato in 22
anni, mentre quello della maggiorazione in 66 anni. Mentre il primo risultato è
accettabile, e incentiva un’eventuale investimento nella ventilazione, il secondo fa
capire quanto lo Scenario della maggiorazione sia poco idoneo ad un clima come quello
in esame.
139
In conclusione, il risparmio energetico risulta notevole per la facciata ventilata,
specialmente come punto di arrivo di nuove concezioni edilizie in un periodo di carenza
di combustibili tradizionali per il riscaldamento.
L’analisi svolta in questo lavoro è rivolta, soprattutto, a volgere la progettazione verso
nuovi scenari diretti in un futuro totalmente indipendente dai combustibili fossili,
attraverso piccoli passaggi, il meno costosi possibile, per la popolazione e per il
Capitale Naturale.
L’Analisi Emergetica ha reso l’idea, in questo lavoro, del maggiore contributo che si
deve fornire per la costruzione e la messa in opera di nuovi Scenari bioarchitettonici.
L’emergia si rivela utile nel valutare la quantità di materie prime necessarie nei diversi
casi, rispetto al vantaggio che se ne può ricavare, seguendo inoltre il trend di risultati
dati da una parallela analisi economica. Esistono discordanze tra questi due tipi di
approccio, che rivelano però (al di là delle assunzioni e del livello di approfondimento
dell’analisi termica effettuata) in modo maggiore il problema sociale della valutazione
da parte dell’uomo del Capitale Naturale.
La spesa economica e il risparmio dato dagli Scenari considerano soltanto spese a corto
termine, che pesano sulla struttura economica umana, ma non rivelano il peso sul
Capitale Naturale di ogni costruzione, e il risparmio effettivo di materie prime ed
energia.
Un’Analisi Emergetica dei materiali bioedili e di elementi strutturali in bioedilizia,
appare quindi necessaria per capire meglio l’efficienza nella protezione dell’ambiente,
in tutte quante le sue forme.
140
8. ANALISI EMERGETICA DI UNA CELLA FOTOVOLTAICA E CALCOLO
DELLA TRANSFORMITY DELL’ENERGIA ELETTRICA FOTOVOLTAICA
“Un giorno venne il sole e disse:
‘E così sia,
se proprio non mi volete
allora me ne vado via.
Non vi chiedevo tanto,
né croci né altari,
ma nemmeno un mondo
in cui non possa respirare’.”
Bandabardò, Lo sciopero del sole, 1996.
In questo capitolo si affronta l’analisi della produzione di energia elettrica da pannelli
fotovoltaici per un’applicazione su edificio; tale applicazione è volta a soddisfare parte
del fabbisogno di energia elettrica degli appartamenti e degli altri servizi dell’edificio
considerato. Si considerano pannelli fotovoltaici tradizionali, di media potenza, per
applicazioni domestiche che vengono applicati sul tetto, montati su supporti rialzati da
esso (e non a contatto), dal lato S-W dell’edificio.
Lo studio sui pannelli fotovoltaici si è posto i seguenti scopi:
1- Quantificare l’emergia per costruire un modulo unitario, attraverso l’analisi
emergetica delle materie prime impiegate e del processo di assemblaggio.
2- Stimare la quantità di emergia utilizzata per allestire un impianto fotovoltaico con i
requisiti specifici (potenza di picco 3 kWp).
3- Calcolo dell’emergia specifica per la produzione di energia elettrica (transformity
del fotovoltaico domestico).
4- Confronto dell’emergia spesa per assemblare l’impianto fotovoltaico con il
risparmio energetico ottenuto. Stima dei tempi per il recupero dell’investimento iniziale
(emergetico ed economico) e conseguimento di un effettivo guadagno ambientale dal
fotovoltaico.
141
8.1 Analisi Emergetica del processo produttivo
Il processo produttivo di un Pannello Fotovoltaico si divide in 6 passaggi aventi
differenti fabbisogni di materie prime e di energia. Un’Analisi del Ciclo di Vita del
processo produttivo quantifica i flussi di materia e di energia per unità di prodotto (Kato
K. et al., 1997).
- Produzione di silicio metallurgico (MG-Si)
- Produzione di silicio policristallino
- Produzione di silicio monocristallino
- Produzione del wafer di silicio (eccitazione della congiunzione orbitalica n-p)
- Produzione della Cella
- Produzione del Modulo (unione di più Celle)
Il processo prende l’avvio dalla purificazione del silicio a partire dal quarzo, attraverso
una fornace ad arco, a circa 1200°C, usando come riducenti carbone minerale, carbone
di legna, trucioli, cippato di legna e simili. A partire dal silicio metallurgico così
ottenuto, si ottiene il silicio policristallino attraverso il “metodo del triclorosilano”,
SiHCl3. Quest’ultimo, ottenuto per reazione del silicio con l’acido cloridrico, reagisce
con idrogeno gassoso, a 1200°C; come coprodotto si ottiene il tetraclorosilicone, SiCl4.
SiO2 (in fornace ad arco) → MG – Si
MG – Si + HCl → SiHCl3
SiHCl3 + H2 → vari prodotti, tra cui SiCl4
SiCl4 → poly - Si
Il silicio monocristallino si ottiene per purificazione in fuso del silicio policristallino, a
1400°C per 30 ore, che viene successivamente raffreddato spontaneamente (Processo
Czochralski). Del solido ottenuto viene usata la parte centrale, come ottimo
semiconduttore, mentre le parti superiore ed inferiore (“silicio di basso grado”, 17,5%)
hanno delle proprietà semiconducenti minori, ma buone per le celle fotovoltaiche.
Tramite un successivo processo di tagliatura, vengono realizzati dei wafer di silicio
monocristallino, con spessore di 350 µm.
142
Il passaggio successivo sta nel dopaggio dei wafer ottenuti, in modo da creare la
giunzione tra la banda elettronica di valenza e quella di conduzione (cella).
Una volta prodotte singolarmente, le celle vengono assemblate in un modulo su un
telaio di alluminio e vetro (dopo preparazione con acetato vinil etilenico, EVA) e con il
resto dell’impianto elettrico.
Si considera che il pannello Fotovoltaico abbia un tempo di vita di 20 anni.
L’unità di prodotto considerata in questa analisi è il modulo, con una cella che produce
1 W di energia elettrica. Si considera il caso in cui SiCl4 è un coprodotto, e il silicio
monocristallino di basso grado è valutato come un rifiuto di altri sistemi di produzione
più fini. Questo influisce sulla scelta della metodologia industriale di processo, e
dunque sulle quantità relative dei materiali (Kato et al., 1997).
La manodopera, intesa come lavoro umano, necessaria per la produzione di un modulo
da 1 W, è stata calcolata a partire da dati annui per la costruzione di pannelli
fotovoltaici. Per costruire un Modulo da 1 W sono necessari in media 37.4 secondi
(considerando 280 giorni l’anno lavorativi, 8 ore al giorno; è un processo automatizzato
su larga scala). Questo valore viene trasformato in Joule di lavoro umano (tramite il
consumo per ora del metabolismo), a cui si applica l’appropriata transformity.
Figura 8.1. Energy System Diagram della produzione di Moduli Fotovoltaici. Sono mostrati i flussi in
entrata di energia e materiali. In questo processo, un flusso di energia solare diretta viene
trasformato in energia elettrica.
143
Di seguito è mostrata la tabella di calcolo (tabella 8.1), il cui risultato è l’emergia
specifica per la produzione di un modulo con una cella da 1 W.
transformity
Emergia
Quantità
Unità
(sej/unità)
(sej)
Quarzo
1.96E+01
g
1.68E+09
3.29E+10
Carbone minerale
4.49E+00
g
1.97E+09
8.84E+09
Carbone di legna
4.90E+00
g
1.97E+09
9.65E+09
Pellet di legno
2.45E+00
g
8.80E+08
2.16E+09
Olio di Carbon Coke
1.63E+00
g
9.20E+05
1.50E+06
Elettricità
3.40E-02
J
2.07E+05
7.04E+03
Item
Produzione di Silicio Metallurgico
5.36E+10
Produzione di Silicio policristallino
HCl
2.22E+01
g
6.38E+08
1.42E+10
Elettricità
4.05E-02
J
2.07E+05
8.39E+03
1.42E+10
Produzione di Silicio
Monocristallino
Elettricità
1.85E+00
J
2.07E+05
3.83E+05
9.63E-01
J
2.07E+05
1.99E+05
Pasta di Argento
1.50E-01
g
2.51E+12
3.77E+11
KOH
1.67E+02
g
2.92E+09
4.88E+11
Alcol Isopropilico
4.11E+00
g
6.38E+08
2.62E+09
POCl3
5.00E-02
g
6.38E+08
3.19E+07
Ti(OCH(CH3)2)4
6.00E-02
g
6.38E+08
3.83E+07
Elettricità
4.92E-02
J
2.07E+05
1.02E+04
Produzione dei Waffer di Silicio
Elettricità
Cella
8.67E+11
Tabella 8.1 Prima Parte: Analisi Emergetica di un Modulo Fotovoltaico da 1 W, basato sul suo LCA.
Sono mostrati i sei passaggi del processo, che portano dal quarzo al silicio amorfo, a quello
monocristallino, fino ai moduli che compongono un pannello fotovoltaico.
144
Modulo
Vetro
5.10E+01
g
8.40E+08
4.28E+10
Telaio di Alluminio
1.20E+01
g
2.13E+10
2.56E+11
Materiale per fili (Pb)
6.00E-01
g
1.04E+11
6.23E+10
Laminazioni in EVA
7.00E+00
g
9.86E+09
6.90E+10
PVF
1.00E+00
g
9.86E+09
9.86E+09
Elettricità
3.89E-03
Wh
2.07E+05
8.05E+02
4.40E+11
Modulo di 1W
1.00E+00
Modulo
1.38E+12
1.38E+12
Manodopera
5.44E+03
J
7.38E+06
4.02E+10
EMERGIA (1W)
Emergia Specifica modulo 1W
1.42E+12
1.00E+00
Modulo-W
1.42E+12
Tabella 8.1. Seconda Parte: Analisi Emergetica di un Modulo Fotovoltaico da 1 W, basato sul suo LCA.
Sono mostrati i sei passaggi del processo, che portano dal quarzo al silicio amorfo, a quello
monocristallino, fino ai moduli che compongono un pannello fotovoltaico.
145
8.2 Produzione di energia elettrica
Considerando che, in media, servono 8 m2 di moduli per produrre 1 kWp (kW di picco.
Fonte: ENEL), si stimano necessari 24 m2 per avere 3 kWp (per un appartamento
standard). Dunque i moduli unitari (cioè da 1 W) sarebbero 3000, e l’emergia necessaria
per la produzione e l’installazione di 24 m2 di pannelli fotovoltaici è 2,12x1014 sej,
avendo stimato in 20 anni un tempo di vita medio.
Per un anno di irradiazione solare (5,20x109 J/m2/y; CESI, 2001), l’energia solare che
viene assorbita dal modulo fotovoltaico risulta dal prodotto dell’Irradiazione per la
superficie incidente, al netto del 20% di Albedo:
A(m2) x Irr(J/m2/y) x 80%= Energia Solare arrivata sul Pannello (J/y)
Arrivano in totale 9,98x1010 J all’anno. Poiché la Transfromity dell’energia solare è per
definizione 1 sej/J, l’emergia da irraggiamento solare necessaria per produrre
l’elettricità fotovoltaica di un anno diviene 9,98x1010 sej.
L’emergia totale necessaria per produrre 3 kWp ogni anno, da un pannello fotovoltaico,
risulta dalla somma dell’Irradiazione solare annuale e dell’investimento emergetico per
la costruzione del pannello, allocato ad un anno; il suo valore è 2,12x1014 sej.
A) Pannello Fotovoltaico
(3 kW)
B) Irraggiamento Solare
Celle da 1W
Unità
sej/unità
sej
3.00E+03
Celle 1W
7.08E+10
2.12E+14
9.98E+10
J
1.00E+00
9.98E+10
EMERGIA (Produzione di 3 kWp di energia elettrica da
impianto fotovoltaico in un anno
2.12E+14
Tabella 8.2. Produzione di elettricità fotovoltaica e Transformity dell’energia elettrica da pannelli
fotovoltaici. I contributi al valore finale sono dati dalla costruzione dei pannelli e
dall’energia solare diretta.
146
8.3 Transformity del fotovoltaico
In base all’energia che si è stimata possa produrre il Pannello Fotovoltaico in Italia
centrale, con il suddetto orientamento, si è potuto calcolare la Transformity dell’energia
elettrica prodotta dalle Celle, come rapporto tra l’eMergia totale richiesta per avere un
pannello da 3 kWp e l’elettricità, in J, ricavabile. Il valore ottenuto dipende molto dalle
ore di esposizione, dall’orientamento, dall’irradiazione, dall’efficienza della cella.
Si stima che il sole fornisca energia luminosa utile al pannello (rivolto verso Sud-Ovest)
per 5.5 ore al giorno, ossia 2007.5 ore/anno. Considerando, poi, un’efficienza dell’81%
per trasformare la luce in energia elettrica, si calcola l’energia prodotta dal pannello in
un anno:
(Potenza)x(ore sole/anno)x(efficienza) = Energia Prodotta
In un anno si producono 1.76x1010 J, corrispondenti a circa 4878 kWh.
Il valore della transformity è 1.21x104 sej/J, calcolato per un periodo di un anno, in
modo da poterlo confrontare con il fabbisogno di energia elettrica per la gestione
annuale dell’edificio.
8.4 Analisi Economica
Una stima dei costi/benefici economici dell’installazione del Pannello Fotovoltaico è
stata effettuata sulla base del metodo di calcolo presentato nell’Appendice B.
Per questa stima si è tenuto conto delle seguenti considerazioni:
-
Investimento iniziale di 18000 € per il Pannello.
-
Valore residuo nullo dopo 20 anni, che sono gli anni per i quali si fa l’investimento.
-
Tasso di interesse del 5% per il prestito bancario per l’investimento del Pannello.
-
Incentivo statale di 0.445 €/kWh per 20 anni.
Il tempo di recupero dell’investimento iniziale risulta di 11 anni, in linea con molte
stime reperibili in letteratura.
147
148
investimento iniziale
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
1
2
3
4
5
6
7
8
9
11
Anni
10
12
13
14
15
Figura 8.2. Tempo di recupero dell'investimento economico
(DPBT: Discounted Pay Back Time, periodo di recupero scontato)
16
17
18
19
20
I(0)
Vettore H1
8.5 Conclusioni
La Transformity dell’energia elettrica tradizionale, calcolata sul mix italiano della
produzione da varie fonti, è pari a 2.07x105 sej/J. La transformity calcolata in questo
Capitolo per l’energia elettrica ottenuta da pannelli fotovoltaici, risulta 1.21x104 sej/J,
minore di più di un ordine di grandezza rispetto al primo valore, più generale.
L’emergia investita per produrre il pannello fotovoltaico ed allestire l’impianto a regola
d’arte, risulta 1.42x1012 sej per ogni watt di potenza installata. Tale investimento
comprende tutto quanto il pannello e l’impianto correlato.
L’energia prodotta dal pannello risulta pari a 1.76x1010 J. Questa energia elettrica viene
completamente risparmiata, e corrisponde, in un anno, al 6% del fabbisogno energetico
dell’edificio.
L’emergia risparmiata grazie all’installazione del pannello fotovoltaico di 24 m2 risulta
essere 3.64x1015 sej, rispetto ad un investimento iniziale di 1.42x1012 sej.
L’investimento economico per l’installazione del pannello di 24 m2 è di 18000 €,
mentre il risparmio annuo è pari a 2170.81 €, considerando anche l’incentivo statale.
Questo permette di recuperare l’investimento iniziale in 11 anni.
D'altronde, l’investimento emergetico iniziale, corrispondente a 1.42x1012 sej, viene
recuperato in 5.86 giorni di pieno utilizzo, grazie all’energia risparmiata.
149
9. ANALISI COMPARATA EMERGETICA-ECONOMICA
“Ner mejo che un Sordato annava in guerra
er Cavallo je disse chiaramente:
Io nun ce vengo! - e lo buttò per terra
precipitosamente.
No, nun ce vengo - disse - e me ribbello
all'omo che t'ha messo l'odio in core
e te commanna de scannà un fratello
in nome der Signore!
Io - dice - so' 'na bestia troppo nobbile
p'associamme a l'infamie che fai tu;
se vôi la guerra vacce in automobbile,
n'ammazzerai de più!”
Trilussa, La Guerra, 1915.
Abbiamo già sottolineato le connessioni tra il flusso di emergia ed il costo economico di
tale flusso. L’EMR, dato dal rapporto tra l’emergia che supporta un’economi ed il
rispettivo
Prodotto Interno Lordo (Emergy-to-Money-Ratio, vedere Capitolo 4),
permette di confrontare economie di Paesi diversi e di risalire all’emergia di un prodotto
non conoscendone la Transformity. Il valore economico non è, però, una misura del
vero costo di un prodotto, ma del suo ruolo sul mercato.
In questo capitolo si trattano alcuni indici che mettono in relazione i flussi emergetici
con quelli economici, e, in senso lato, con il funzionamento della società.
In base ai risultati ottenuti si possono esprimere conclusioni sul peso ambientale locale
dell’industria edile.
150
9.1 Introduzione
L’indice EMR è una sorta di collegamento tra i flussi emergetici e quelli economici che
attraversano un sistema territoriale; per cui, la sua funzione è quella di fornire un dato di
riserva nelle analisi emergetiche qualora si possedesse il costo economico di un
prodotto, ma non la sua transformity.
L’indice EMR rappresenta un sistema economico (Paese, regione, territorio), e non può
essere applicato ad un singolo sistema produttivo, o ad un solo prodotto; infatti, nel
paragrafo seguente, si dimostra che l’emergia dell’edificio e delle sue Parti Costruttive,
calcolata a partire dal prezzo e dal rapporto sej/€ della zona più vicina, risulta
sottostimata di un ordine di grandezza.
Per un sistema produttivo (cioè in micro-economia) è più adatto utilizzare un rapporto
tra l’emergia dei fattori produttivi ed i costi ad essi relativi, o comunque calcolati sul
processo e non su tutto il sistema economico in cui esso è inserito.
Un indice alternativo è l’Indice Φ, introdotto di recente (Pulselli F.M. et al., 2006); può
essere calcolato ad un livello di micro - sistema (cioè di microeconomia), dividendo
l’Emergia dei flussi in entrata acquistati dall’esterno (F) per il corrispondente valore
economico (cioè il Costo di Produzione, PrC):
Φ ratio (seJ/€) = Emergy of purchased inputs (seJ/yr) / Production Costs (€/yr) =
∑
Fi x Tri /
i
∑
Fi x PrCi
i
dove Fi è l’i-esimo bene commerciale espresso in unità di massa o di energia, Tri è la
corrispondente transformity e PrCi il rispettivo costo. In questo caso, il flusso in entrata
(in emergia) corrisponde esattamente ad un flusso in uscita (in denaro).
In generale, il denaro che viene speso per un certo prodotto è direttamente proporzionale
all’importanza della funzione che il prodotto stesso svolge nella società.
L’indice Φ permette di caratterizzare e diversificare processi che danno prodotti simili,
sulla base della valutazione della funzione di produzione, e di riconoscere il valore delle
risorse ambientali locali che supportano il sistema (R e N). Tale rapporto permette,
inoltre, di ridurre l’approssimazione derivante dall’uso del tradizionale dell’EMR
calcolato sulla base del PIL.
Il Φ ratio ha permesso, in questo lavoro, di ottenere due importanti conclusioni:
151
- Stima dell’errore di un calcolo emergetico dell’edificio a partire dal rapporto
Emergia/PIL locale.
- Calcolo dell’Indice Φ per le parti strutturali dell’edificio.
Per concludere l’analisi, sono stati presi in considerazione opportuni indici emergetici
che permettono di connettere, in maniera più o meno legata a situazioni particolari, i
flussi economici con quelli delle risorse naturali. In questa tesi sono stati analizzati
alcuni di questi indici, per valutare l’errore di una stima economica dei prodotti
utilizzati nella costruzione dell’edificio, rispetto ad una corretta analisi emergetica.
9.2 Calcolo dell’emergia a partire dalla situazione economica: stima dell’errore
Abbiamo accennato precedentemente che il rapporto tra il flusso di emergia in un
sistema territoriale ed il suo P.I.L. può essere utile nel caso non si possedesse la
Transformity di un prodotto del sistema considerato. In questo caso, si moltiplicherebbe
il costo del prodotto per l’EMR, calcolato localmente ed espresso in sej/€, in modo da
trovare l’emergia di questo prodotto (lo stesso vale per un servizio o un processo).
Il rapporto tra l’emergia dei materiali edili utilizzati nell’edificio ed il loro costo
economico, in sej/€, è stato utilizzato per calcolare l’emergia della Manutenzione,
conoscendone il costo in € (Capitolo 6); in tal caso, il valore del flusso di sej/€ è il più
adatto alla particolare applicazione, essendo il più locale calcolabile.
E’ stata calcolata, a ritroso, l’emergia delle Parti Costruttive dell’edificio, e dunque
dell’edificio stesso, partendo dal rapporto tra il Flusso totale di Emergia della Provincia
di Siena e il suo P.I.L. (rapporto sej/€ più recente, corretto e territorialmente vicino
presente in letteratura. Fonte: Spin-Eco 2001/04, dati di P.I.L. e Flusso Emergetico
Totale riferiti all’anno 1999) e dai costi economici delle varie Parti Costruttive. I valori
ottenuti si discostano di circa un ordine di grandezza da quelli calcolati con le emergie
specifiche ed i metodi tradizionali.
152
Parti Costruttive
Scavo e installazione
Cantiere
Costi
Unità
Transformity
(sej/€)
Emergia
(sej)
Emergia
Tradizionale
(sej)
Differenza dai
valori da calcolo
tradizionale (sej)
Φ (sej/€)
4311.6
€
2.48E+12
1.07E+16
5.95E+16
4.88E+16
1.38E+13
Fondazione
103632.5
€
2.48E+12
2.57E+17
2.22E+18
1.97E+18
2.15E+13
Telaio
132836.4
€
2.48E+12
3.30E+17
2.00E+18
1.67E+18
1.51E+13
200803
€
2.48E+12
4.99E+17
1.02E+18
5.22E+17
5.08E+12
218429.8
€
2.48E+12
5.42E+17
5.08E+18
4.53E+18
2.32E+13
Temponamenti Esterni
Solaio
Coperture
23655
€
2.48E+12
5.87E+16
1.05E+18
9.92E+17
4.44E+13
Opere Interne
208479.8
€
2.48E+12
5.18E+17
1.07E+18
5.50E+17
5.12E+12
Rivestimenti Lapidei
12394.5
€
2.48E+12
3.08E+16
2.32E+17
2.01E+17
1.87E+13
Infissi
47350
€
2.48E+12
1.18E+17
4.47E+16
-7.29E+16
9.43E+11
Lattonerie
3015
€
2.48E+12
7.49E+15
9.20E+16
8.45E+16
3.05E+13
Fognature
49650
€
2.48E+12
1.23E+17
5.67E+18
5.55E+18
1.14E+14
993305.9
€
2.48E+12
2.47E+18
Totale edificio
Emergia edificio (calcolo
tradizionale)
1.87E+13
1.85E+19
Tabella 9.1. Calcolo Emergetico a partire dal Costo, stima dell'errore rispetto al valore reale di emergia e
calcolo dell'Indice Φ.
Come si può vedere dai dati riportati nella tabella 9.1, l’emergia di ogni parte costruttiva
calcolata a partire dai valori di costo economico, risulta sempre sottostimata, ad
eccezione della voce riguardante gli infissi. Di fatto, questa voce costituisce una spesa
non irrisoria per chi si insedia in un’abitazione; il suo valore commerciale è
probabilmente maggiorato poiché riveste un ruolo importante, ma dal punto di vista
emergetico ha una rilevanza minore. In generale, dunque, l’economia sottostima i
prodotti per l’edilizia, rispetto al loro impatto sul depauperamento delle risorse naturali.
L’emergia calcolata partendo dal costo economico risulta, in media, più bassa di un
ordine di grandezza.
153
9.3 L’indice Φ: rapporto F/Pr.C.
L’indice Φ è rappresentato dal rapporto tra l’emergia di un flusso proveniente
dall’esterno del sistema in esame (Fi) ed il costo sostenuto per la sua produzione
(Pr.C.i). I due flussi devono corrispondere rigorosamente. Poiché, nel caso della
costruzione dell’edificio e, più in particolare, delle sue parti costruttive, tutti i materiali
e l’energia necessari provengono dal mercato e dall’esterno (si tratta, cioè, di un puro
processo di produzione, che non utilizza risorse “locali”), tale rapporto si calcola
dividendo l’intera emergia della parte costruttiva per il suo costo (cioè la quantità di
euro – o altra valuta corrente – necessaria per produrlo), ricavabile dal Computo
Metrico Estimativo. Benché i valori di emergia, calcolati, siano legati alla tipologia
dell’edificio e della parte costruttiva considerata, del sito di costruzione, della situazione
economica della regione in cui si trova tale sito, il loro ruolo (vedere la tabella 9.1) è
utilissimo nel caso in cui ci si trovi ad affrontare una situazione simile al presente
lavoro, cioè un’analisi emergetica di un edificio o parte di esso, e non si sia in possesso
di un’adeguata transformity per il materiale in esame.
Il valore totale di sej/€ della costruzione dell’edificio corrisponde, per quanto appena
detto, a quello di Φ; tale valore risulta 1.87x1013 sej/€.
Il significato di questo indicatore, benché attualmente non molto chiaro, è che, per la
costruzione di un edificio, prende parte un flusso di materiali quantitativamente e
qualitativamente sottostimato dall’economia: tutto ciò manifesta, per questo processo,
uno sfruttamento delle risorse naturali, da parte dell’uomo, non completamente valutato.
Per costruire un edificio serve una quantità di materiali, di un’adeguata qualità, che
viene sottovalutata dal mercato: questo processo di costruzione ha un peso sul Capitale
Naturale maggiore della media dei processi dell’economia locale.
154
CONCLUSIONI
Questa tesi è stata svolta con l’obiettivo di sviluppare un metodo di contabilità
ambientale finalizzato alla valutazione della sostenibilità dei processi costruttivi
tradizionali e di alcune pratiche della bioarchitettura.
Si è osservato che la valutazione della sostenibilità ambientale di materiali e elementi
costruttivi impiegati per la costruzione di un edificio, dipende dalla combinazione di
parametri quantitativi (es. volume e peso specifico dei materiali), qualitativi (processi
produttivi e impatti dei materiali) e temporali (tempo di vita o resistenza nel tempo). Si
è pertanto fatto ricorso ad un consolidato metodo di contabilità ambientale per una
valutazione complessiva che combinasse questi diversi parametri.
Attraverso un’analisi emergetica si sono fornite indicazioni di carattere generale e altre
più specifiche e puntuali sui processi di costruzione, gestione e uso di un edificio. Sono
state analizzate diverse parti strutturali e ipotizzate soluzioni alternative, per il
contenimento dei consumi energetici e la generazione di elettricità.
Nello specifico, sono stati studiati processi di produzione di materiali edili come il
cemento e i conglomerati. Inoltre, i risultati dell’analisi emergetica sono stati confrontati
nell’ambito di una valutazione costi-benefici (in termini di investimento iniziale e
risparmio nel tempo di risorse naturali) per la selezione di sistemi costruttivi di facciata
e per la verifica di una tecnologia fotovoltaica.
I principali risultati ottenuti in questa tesi sono riportati in forma breve di seguito.
E’ stata condotta una stima del “peso ambientale” dei processi di trasformazione (es. il
trasporto) e produzione dei materiali edili:
•
Le Emergie Specifiche o Transformity di cementi e conglomerati (calcestruzzo),
due tra i materiali edili più diffusi e a più alto impatto ambientale, sono
rispettivamente 3.04x109 sej/g e 1.80x109 sej/g.
•
Il trasporto dei materiali edili, che agisce come un processo di trasformazione
nello spazio, sul quale incide la scelta di materiali locali piuttosto che importati
da altre zone, necessita di un flusso di emergia pari a 1.66x105 sej/g (cioè per
grammo di materiale trasportato) per ogni chilometro percorso.
155
Sono stati ottenuti valori specifici e comparabili relativi alle fasi di costruzione di un
edificio, di manutenzione nel tempo e di uso come abitazione civile.
•
Nel caso di studio, si è calcolato che il processo di costruzione dell’edificio ha
richiesto un investimento di emergia di 1.99x1019 sej, dei quali 1.25x1019 sono
attribuiti alle sole materie prime. In virtù di un tale investimento iniziale di
materiali ed energia, si è considerato un edificio come un serbatoio di risorse
naturali, una struttura che fa da sostegno per la funzione abitativa.
•
Il materiale di maggior peso è il calcestruzzo, che costituisce il 42.64%
dell’emergia totale dei materiali, pari a 5.34x1018 sej. Le Parti Costruttive a più
alto impatto ambientale sono le fondazioni, le strutture in elevazione (telaio di
travi e pilastri) e i solai (rispettivamente 17.21%, 15.49%, 37.41% sul totale
dell’emergia per la costruzione dell’edificio).
•
L’edificio, un deposito di emergia che dissipa, nel tempo, le sue qualità originali
per perdita entropica, richiede per mantenere tali qualità, un apporto ulteriore di
materia ed energia che viene fornito nel tempo in forma di opere di
manutenzione. La manutenzione è stata stimata al pari di un flusso costante di
emergia di 1.37x1017 sej/anno.
•
I consumi per la funzione abitativa, in forma di flussi costanti di emergia
risultano 6.40x1016 sej/anno di energia elettrica, 5.52x1013 sej/anno di gas per
riscaldamento, e 3.54x1015 sej/anno di acqua potabile.
Sono stati inoltre proposti tre scenari alternativi per sistemi di facciata che funzionano
da tramite tra l’interno e l’esterno, tra lo spazio abitato e l’ambiente. La scelta di
elementi costruttivi differenti comporta differenze di investimento iniziale.
•
Dall’analisi emergetica risulta che la posa in opera di un sistema di facciata
tradizionale ad intercapedine necessita di 8.44x1017 sej. L’applicazione di un
rivestimento esterno in sughero per migliorare le prestazioni termiche della
facciata richiede ulteriori 1.28x1017 sej, mentre l’applicazione di una facciata
esterna ventilata necessita di 2.16x1017 sej.
Agli ultimi due scenari, finalizzati al miglioramento delle prestazioni termiche del
sistema di facciata, corrisponde un vantaggio termico e un risparmio di risorse.
156
•
Con il sistema di facciata con rivestimento in sughero si risparmiano 2.46x1015
sej/anno, equivalenti a gas metano per riscaldamento e elettricità per
condizionamento; con il sistema di facciata ventilata si risparmiano 2.40x1016
sej/anno.
Si è proceduto poi alla stima dei costi e dei risparmi emergetici per una tecnologia
fotovoltaica applicata all’edificio.
•
L’installazione di un Pannello Fotovoltaico per soddisfare parzialmente i bisogni
energetici dell’edificio ha un costo ambientale relativamente basso, 2.12x1014
sej per una produzione da 3 kWp. L’energia elettrica ottenuta possiede una
transformity di 1.21x104 sej/J, minore di quella dell’elettricità normalmente
utilizzata (2.07x105 sej/J).
La metodologia utilizzata ha permesso di svolgere una valutazione complessiva del peso
ambientale dell’edificio ed un’analisi più approfondita di alcuni aspetti più importanti.
Si è valutato quale materiale edile, quale elemento di una costruzione, quale tecnologia
costruttiva ha maggiore impatto ambientale, in termini di consumo di risorse,
combinando in un bilancio complessivo aspetti quantitativi, qualitativi e di durata.
Si è osservato, per esempio, che alcune tecniche di bioarchitettura richiedono
investimenti iniziali di risorse per la messa in opera, ma permettono risparmi nel tempo
di vita dell’edificio.
L’analisi comparata emergetica ed economica, mostra come ci sia, in generale, una
divergenza tra la valutazione economica delle risorse naturali ed il loro reale valore. Il
costo delle costruzioni in generale tiene conto in massima parte del lavoro di uomini e
mezzi che intervengono nel processo e in minima parte delle materie prime.
Il sistema di valutazione qui utilizzato, al contrario, attribuisce un alto valore ambientale
ai materiali e all’edificio in sé, riconoscendo il ruolo rilevante del settore edile nelle
dinamiche e nelle politiche ambientali globali.
157
APPENDICI
Appendice A: Calcoli Emergetici
Appendice B: Valore Attuale Netto e Indici Economici
Correlati
Appendice C: elenco delle transformity ed emergie
specifiche utilizzate
Appendice D: calcolo dell’emergia specifica della terra
cruda per laterizi
158
Appendice A
CALCOLI EMERGETICI
Nella seguente sezione sono contenute le note a supporto di tutte le tabelle presentate
nei Capitoli precedenti. In queste note sono esposti tutti i calcoli necessari per convertire
i dati acquisiti, in termini tali, da poter essere trasformati in emergia per mezzo delle
transformity, o, nel caso di altri risultati, i calcoli per ottenere le risposte richieste.
159
CALCOLI RELATIVI ALL’EMERGIA SPECIFICA DEL CEMENTO, DEL
CALCESTRUZZO E PER IL TRASPORTO
TABELLA 5.1, CAPITOLO 5 Calcolo dell’Emergia Specifica del Cemento
Dati ricavati dall’analisi del ciclo di vita del cemento, Cementir S.p.A., stabilimento di Spoleto (PG).
Dati originali produzione annua (media) (www.cementir.it)
Transformity
Fabbisogni elettrici
82 GWh
Petcoke
Olio combustibile
2.07 E+5 sej/J (Odum, 1992)
54000 t
9.30 E+4 sej/J (Bastianoni, 2005)
1500 t
9.30 E+4 sej/J (Bastianoni, 2005)
Calcare
810000 t
1.68 E+9 sej/g (Odum, 1996)
Argilla
190000 t
1.68 E+9 sej/g (Odum, 1996)
Gesso Chimico
28000 t
1.68 E+9 sej/g (Odum, 1996)
Pozzolana
57000 t
1.68 E+9 sej/g (Odum, 1996)
6000 t
1.68 E+9 sej/g (Odum, 1996)
Tassello
Esplosivi
Sacchi di carta
22 t
6.38 E+8 sej/g
3800000 pezzi
Polietilene
(Odum, 1992)
6.55 E+9 sej/g (Odum, 1991)
67 t
8.85 E+9 sej/g (Buranakarn, 1998)
Pancali di legno (Pallets) 22000 pezzi
2.40 E+9 sej/g (Odum, 1996)
3
1.95 E+6 sej/g (Tiezzi, 2001)
Acqua
320000 m
Produzione annuale (Capacità Produttiva Nominale):
715000 t di cemento = 7.15 E+11 g.
Unità di prodotto della mia analisi: 1 g.
Fattore di divisione dei dati originali per ottenere il dato da trattare: 7.15 E+11 (da grammo a grammo).
Ore di lavoro annue
1740 h
Operai della filiera
60
Spesa energetica
Fattore di conversione in joule
125 kcal/h
4186 J/kcal
Lavoro umano per unità di prodotto =
= (ore/anno * # operai * consumo energetico/ora) / (produzione annua) =
= (1740*60*125*4186)/ 7.15 E+11 =
= 0.0764 J/g
Transformity del lavoro umano: 7.38 E+6 sej/J
(Ulgiati et al., 1994)
160
TABELLA 5.2, CAPITOLO 5
Calcolo dell’Emergia del Trasporto di Materiali Edili
- Composizione percentuale del camion
Transformity
(Buranakarn, 1998)
Acciai (vari tipi)
67.50 %
6.97 E+9 sej/g (Buranakarn, 1998)
Alluminio
5.80%
2.13 E+10 sej/g (Buranakarn, 1998)
Gomma
4.20%
Plastica
7.7%
9.86 E+9 sej/g (Buranakarn, 1998)
Vetro
2.90%
8.40 E+8 sej/g
(Odum, 1996)
Rame
1.4%
1.04 E+11 sej/g
(Brown, 1991)
Zinco
0.5%
1.04 E+11 sej/g
(Odum, 1996)
Altri Metalli
0.90%
6.97 E+9 sej/g (Buranakarn, 1998)
Altri Materiali
9.10%
1.68 E+9 sej/g
Peso di un camion
Portata
7.22 E+9 sej/g
(Odum, 1996)
(Odum, 1996)
9200000 g
(dati Iveco, modello Trakker T-48)
23000000 g
(dati Iveco, modello Trakker T-48)
Chilometri percorsi nel tempo di vita: 900000 km
Quantità di camion, allocata ad un grammo trasportato e ad un km percorso:
(peso)/(Portata)*(km totali) =
= 9200000/(23000000*900000) =
= 4.44 E-7 g
- Combustibile:
consumo a pieno carico
0.4 L/km
densità diesel
(dati Iveco)
838.78 kg/L
potere calorifico
43020.79 kJ/kg
viaggi
2 (andata e ritorno dal sito produttivo)
Combustibile utilizzato per grammo trasportato:
(consumo al km)*(densità)*(Potere calorifico)*(viaggi)/(portata) =
= 1.26 J/g
Transformity
1.13 E+5 sej/J
(Bastianoni et al., 2005)
- Lavoro (autista, carico, scarico):
Ore complessive di lavoro:
Calorie spese
Conversione kcal → J
Percorso realizzabile nel periodo di attività
6h
125 kcal/h
4186 J/kcal
50 km
Energia spesa al grammo trasportato ed al km percorso =
= (ore)*(calorie)*(Fattore di conversione in Joule)/(percorso medio)*(capienza) =
= 6*125*4186/(50*23000000) =
= 2.73 E-3 J
Transformity del lavoro umano: 7.38 E+6 sej/J
(Ulgiati et al., 1994)
161
TABELLA 5.3, CAPITOLO 5
Calcolo dell’Emergia Specifica del Conglomerato
- Materie prime:
percentuale
Transformity
Acqua
8.20%
Cemento
16.39%
Sabbia
29.51%
1.68 E+9 sej/g
(Odum, 1996)
Ghiaia
45.90%
1.68 E+9 sej/g
(Odum, 1996)
Quantità finale di calcestruzzo di riferimento:
1.95 E+6 sej/g (Tiezzi et al., 2001)
3.04 E+9 sej/g (questo lavoro, tabelle precedenti)
1g
- Trasporto: tabella precedente
- Cantiere: fase di carico, scarico e miscelazione:
Betoniera: calcolo uguale al punto “Composizione percentuale del camion”, Tabella Precedente, allocata
su 100 g
Silo:
Volume acciaio utilizzato = 201 m3
= 7850 kg/m3
Densità
Peso = volume * densità = 1.57 E+6 kg
Giorni di utilizzo: 365 giorni /anno
2 anni di cantiere
30 anni totali
Capienza: 23000000 g
Acciaio per 1 g di conglomerato:
(peso silo)/(giorni*anni*capienza) =
= 3.13 E-3 g
Transformity
6.97 E+9 sej/g
(Buranakarn, 1998)
- Combustibile:
Combustibile calcolato per il trasporto (Tabella precedente) moltiplicato per 100 km (equivalenti a due
ore di impastatura.
- Lavoro umano per miscelazione:
operai:
2
ore di lavoro:
4
energia spesa:
125 kcal/h
Conversione
4186J/kcal
Energia spesa = (operai)*(ore di lavoro)*(energia consumata ogni ora) =
= 0.182 J
Transformity del lavoro umano: 7.38 E+6 sej/J
(Ulgiati et al., 1994)
162
CALCOLI RELATIVI ALLA TRANSFORMITY DELL’EDIFICIO
TABELLA 6.1, CAPITOLO 6
Riferimenti della tabella di calcolo dell’emergia dei materiali
I) COSTRUZIONE DELL’EDIFICIO:
A.
Perdita di Sostanza organica del suolo:
Volume di suolo smosso = 2436 m3
(Computo Metrico)
3
3
Densità del suolo (argilloso sabbioso) = 1.60 g/cm = 1600 kg/m
(www.biopuglia.iamb.it)
Massa di suolo smosso: volume x densità = 3897.6 kg.
Percentuale in peso di materia organica nel suolo = 3%
Contenuto energetico medio di sostanza organica: 5 kcal/g
(Odum, 1996)
Energia della sostanza organica (J) = massa netta x 3% x contenuto energetico x 4186 J/kcal
= 2.45*1012 J.
Transfromity: 1.24*106 sej/J
B.
(Odum, 2000)
Irraggiamento Solare:
Area del cantiere: 1.44*107 m2
(Computo Metrico)
Albedo: 80%
Irraggiamento: 5.20*109 J/m2/anno
(media regionale Sardegna)
Periodo di tempo: 2.5 anni di cantiere
Energia in arrivo = Area x I x Albedo x tempo
= 1.5*1017 J
Transformity dell’energia solare: 1, per definizione.
C.
Operazioni preliminari di Scavo, sbancamento, riempimento. Installazione del cantiere
Costi forniti dal computo metrico.
Tabella 8, Capitolo 6, voce: Installazione Cantiere, Scavi:
Gru:
peso 1921.875 kg
Transformity acciaio: 6.79E+9 sej/g
(Catalogo ditta SAEZ, Modello S-36)
(Buranakarn, 1998)
Ruspe: vedere riferimenti Tabella 5.2, Capitolo 5.
163
Combustibile:
benzina per generatore:
ore al giorno: 6
giorni: 700
consumo: 1L/h
potere calorifico 43333 kJ/kg
densità 1.35 kg/L
consumo totale = ore x giorni x consumo x potere calorifico x densità =
= 2.46 E+11 J
Transformity
1.86 E+5 sej/J
(Ulgiati et al., 1994)
Diesel per ruspe:
consumo 0.4 L/km
densità 838.78 kg/L
potere calorifico 43020.79 kJ/kg
percorso 300 km = ore di scavo
consumo totale = consumo x densità x potere calorifico x percorso =
= 2.17 E+9 J
Transformity
1.13 E+5 sej/J
D.
(Bastianoni et al., 2005)
Conglomerato Cementizio: Transformity trovata in questo lavoro (Capitolo 5)
D-1: Fondazioni:
a) Magrone: 68.50 m3 di conglomerato con cemento 32.5 R
3
Densità 2400 kg/m
b) Fondazioni a platea: 373.43 m3 di conglomerato 32.5 R, rck=30 N/mm2
Densità 2400 kg/m3
D-2: Strutture in Elevazione: Muratura Continua; 43.82 m3 di conglomerato
3
Densità 2400 kg/m
(Computo Metrico)
(Wienke, 2004)
(Computo Metrico)
(Wienke, 2004)
(Computo Metrico)
(Wienke, 2004)
D-3: Solaio in laterocemento.
Densità 2400 kg/m3
(Wienke, 2004)
164
a) Solaio in aggetto:
spessore 24 cm
interasse 62 cm
pignatta 50x20x25 cm
rapporto lineare pignatta/calcestruzzo 50/12 (approssimazione per superficie)
soletta superiore spessore 4 cm.
(Computo Metrico)
Volume totale: (1495.87x12/62) x 0.2 + 1495.87x0.04 =
= 118 m3.
b) Solaio in aggetto di spessore 20 cm: come per precedente.
Volume totale: (312,51x12/62) x 0.16 + 312.51x0.04 =
= 22.2 m3
c) Solaio a Lastre: soletta inferiore e superiore di spessore 4 cm; interasse 60 cm, rapporto lineare 50/10
(Computo Metrico)
Volume totale: (0.04+0.04) x 376.28 + (376.28x10/60) x 0.27 =
= 47 m3.
D-4: Travi e Pilastri
travi 196 m3
pilastri 91 m3
Densità 2400 kg/m3
(Wienke, 2004)
D-5: Terrazzi in aggetto
Volume = 7.98 m3.
Densità 2400 kg/m3
D-6: Parapetti a vista e non e gronda: 17.60 m3
Densità 2400 kg/m3
D-7: Scale: 15.80 m3
Densità 2400 kg/m3
D-8: Ballatoio Scale: 15.00 m3
Densità 2400 kg/m3
D-9: Muratura Ascensori: 47.64 m3
3
Densità 2400 kg/m
(Wienke, 2004)
(Computo Metrico)
(Wienke, 2004)
(Computo Metrico)
(Wienke, 2004)
(Computo Metrico)
(Wienke, 2004)
(Computo Metrico)
(Wienke, 2004)
165
D-10: Copertura Gattaiolata: in base al Computo Metrico, la copertura del tetto, nelle sue parti inclinate, è
del tipo a gattaiola, è formata da: muretti in pendenza, ad interasse 90 cm; sopra, tavelle 90x40x5 cm,
coperte da una rete di acciaio elettrosaldata, a maglia 10x10 cm, il tutto coperto da un massetto di 3 cm di
calcestruzzo.
larghezza tetto 7.7 m
(Computo Metrico)
2
superficie tetto (copertura sull’edificio) 120 m
lunghezza tetto (considerato un unico rettangolo):120/7.7=
= 15.5844 m
altezza massima tetto: 2.6 m
lunghezza piano inclinato: √(2.6)2 + (7.7)2 =
= 8.15 m
superficie tetto (all’esterno, inclinata): 15.5844x8.15=
= 127.01 m2
Volume Massetto in Calcestruzzo: 127.01m2 x0.03 m =
= 3.81 m3
Densità 2400 kg/m3
(Wienke, 2004)
D-11: Fogne:
a) Fosse biologiche in calcestruzzo prefabbricato:
dimensioni esterne 1.05x1.05x2.05m
dimensioni interne: 1x1x2 m
numero di pezzi: 16;
volume totale: ((1.05*1.05*2.05)-(1*1*2))*16=
= 4.16 m3
3
Densità 2400 kg/m
(Computo Metrico)
(Wienke, 2004)
b) Piedistallo in cemento armato:
superficie 2x2 m x 16 fosse biologiche = 64 m2
spessore 0.05 m
volume = 64x0.05=
= 3.2 m3
(Computo Metrico)
densità 2400 kg/m3
c) Pozzetto in C.A.V., c.s. vibrocompresso:
(Wienke, 2004)
(“Gecoprem s.r.l.-Conglomerati in C.A.V.”)
dimensioni esterne 0.4x0.4x0.4 m
dimensioni interne 0.32x0.32x0.36 m
dimensioni coperchio: 0.52x0.52x0.07 m
numero pozzetti: 10
Volume totale: ((((0.4)3-(0.32*0.32*0.36))+(0.52*0.52*0.07)))*10 =
166
= 0.461 m3;
Densità 2400 kg/m3
(Wienke, 2004)
D-12: Malta di cemento per massetto di sottofondo per la posa di pavimentazioni:
superficie 1373.87 m2;
spessore 0.07 m;
(Compuro Metrico)
3
(Wienke, 2004)
Densità 2100 kg/m
Transformity
3.31 E+9 sej/g
E.
(Buranakarn, 1998)
Laterizi
Transformity 3.68 E+9 sej/g
(Buranakarn, 1998)
E-1: Tramezzi con foratelle 10 fori, 8x25x25 cm:
superficie 1247 m2,
spessore 0.08 m;
(Computo Metrico)
3
densità 666.667 kg/m
(Bruno S., 1999)
E-2: Tamponamento Faccia Vista: il tamponamento della parete esterna, avente la faccia dei mattoni a
vista verso l’esterno, è costituito da 3 strati: lo strato esterno di mattoni alleggeriti modello UNI della ditta
I.B.L., un strato di materiale termoisolante ISOVER, ed un ultimo strato interno di foratelle a 6 fori.
L’intercapedine di aria si trova tra i mattoni I.B.L. e l’isolante. La parte interna è intonacata.
167
Figure A.1: parete ad intercapedine
a) Foratelle 6 fori:
superficie 1276 m2;
spessore 0.08 m;
volume 0.08x1276 = 102.08 m3
3
(Computo Metrico)
(Wienke, 2004)
Densità 625 kg/m
b) Mattoni ditta I.B.L.:
superficie 1276 m3;
spessore 0.12 m;
volume 0.12x1276 = 153.12 m3;
Peso 1.9 kg cadauno
(Computo Metrico)
(pesato personalmente con bilancia a bilanciere meccanico)
2
numero mattoni per m = 66;
peso totale: 1.9x66x1276 = 160010.4 m3;
Densità: 160010.4/ 153.12 = 1045 kg/m3;
E-3: Tamponamento POROTON: laterizi a blocchi forati di dimensioni 30x 25x15 cm o 30x30x20 cm.
a) Spessore 20 cm:
volume 919x0.2 = 18.38 m3
(Computo Metrico)
3
Densità calcolata 1000 kg/m
(Bruno S., 1999)
b) Spessore 25 cm:
volume 80x0.25 = 2 m3
Densità calcolata 1000 kg/m3
(Computo Metrico)
(Bruno S., 1999)
168
E-4: Copertura Gattaiolata: vedere spiegazione al punto D-10;
a) Blocchi Poroton Doppio UNI, ditta I.B.L., di dimensioni 12x12x25 cm;
Calcolo del Volume totale:
altezza massima dei muretti: 2.60 m;
larghezza muretti (considerato un unico rettangolo): 7.70 m;
numero muretti: (lunghezza rettangolo tetto / distanza tra i muretti) = 15.5844/0.90 =
= 17.316, approssimato a 20;
2
superficie di ogni muretto: 2.60x7.70 = 100.1 m ;
volume per muretto: 100.1x 0.12 = 12.012 m3;
volume totale: 12.012x20 = 240.24 m3;
Densità: 1050 kg/m3
(Bruno S., 1999)
b) Tavella 90x40x5 cm: 19 tavelle per 20 muretti;
Tavelle per larghezza muretto = lunghezza pendenza/larghezza
tavella =
=8.15/0.40 = 20.375;
totale tavelle: 19x20.375 = 387.125;
volume tavella: 0.9x0.4x0.05 = 0.018 m3 cadauna;
volume totale: 0.018x 387.125 = 6.96825 m3;
Densità 667 kg/m3
(Wienke,
2004)
E-5: Solaio: Pignatte;
densità 625 kg/m3
(Wienke, 2004)
a) Pignatta dimensioni 50x20x25 cm:
8 pignatte al m2
165144.048 kg totali
(ditta Fornace Carena, Cambiano)
b) Pignatta dimensioni 50x16x25 cm:
8 pignatte al m2
29500.944 kg totali
(ditta Fornace Carena, Cambiano)
E-6: Tegole di tipo Portoghese:
2.9 kg l’una
dimensioni 41x24 cm
55 kg/m2
(Neufert, 2004)
peso totale: peso al metro quadro x superficie copertura (punto C-10) =
= 55 x 127.01 = 6990 kg;
169
F.
Coibentazioni: le coibentazioni con membrane isolanti e/o PVC sono state realizzate su
tutte le superfici esposte a pioggia (superfici dei terrazzi e del tetto) e a risalita capillare dal terreno
(interrate nello scannafosso).
F-1: Membrana Elastomerica e Plastomerica per terrazzi, piano terra e copertura tetto (miscele di bitume
e polimeri con poliestere)
Spessore: 4 mm;
superficie: 980 m2 copertura + 208 m2 piano terra + 307 m2 terrazzi = 1495 m2;
Volume 1495x0.004 = 5.98 m3;
Densità 1600 kg/m3
Transformity: 8.85 E+9 sej/g
(Maura, 1992)
(Buranakarn, 1998)
F-2: Coibentazioni in ISOVER di solai e piani inclinati:
superficie 580 m2,
spessore 6 mm,
volume 0.06x580 = 34.8 m3;
Densità: 30 kg/m3
Transformity: 8.85 E+9 sej/g
(Wienke, 2004)
(Buranakarn, 1998)
F-3: Guaina Elastomerica per muratura continua per parete interrata di 3 metri nello scannafosso;
lunghezza scannafosso 64.5 m;
spessore guaina 0.004 m;
volume 0.004x64.5x3 = 0.774 m3;
Densità 1600 kg/m3
Transformity: 8.85 E+9 sej/g
(Maura, 1992)
(Buranakarn, 1998)
F-4: Strato termoisolante per Tamponamento Faccia Vista in ISOVER
superficie 1276 m2,
spessore 0.06 m,
volume 0.06x1276 = 76.56 m3;
Densità: 30 kg/m3
Transformity: 8.85 E+9 sej/g
(Wienke, 2004)
(Buranakarn, 1998)
F-5: Blocchi di Polistirolo Espanso per solaio a lastra: interasse 60 cm; dal punto C-3 c) si ricava che:
volume totale: (376.28 x 50/60) x 27 = 8470 m3;
Densità: 30 kg/m3
Transformity: 8.85 E+9 sej/g
(Wienke, 2004)
(Buranakarn, 1998)
170
G.
Intonaci in malta di calce bastarda: gli intonaci per gli interni, per gli esterni e per
l’arriccio sono stati realizzati con malta di calce bastarda, composto da un inerte abbastanza fine, di solito
sabbia, per 2,5/3 parti, e per una parte dal legante, malta di calce.
G-1: Intonaco per esterno: superficie 40 m2
(Computo Metrico)
spessore 1 cm;
volume: 40x0.01 = 0.4 m3;
Densità: 1.45 kg/m3
(Bruno S., 1999)
Transformity: 3.29 E+9 sej/g
(Meillaud, 2003)
G-2: Intonaco per interno:
Arriccio: superficie 40 m2
(Computo Metrico)
spessore 1 cm;
volume 40x0.01 = 0.4 m3;
Densità: 1.45 kg/m3
(Bruno S., 1999)
Transformity: 3.29 E+9 sej/g
(Meillaud, 2003)
G-3: Intonaco per interno:
superficie: interni 6980 m2, vano scala 870 m2
(Computo Metrico)
spessore 1cm;
volume (6980+870)x0.01 = 78.5 m3;
Densità: 1.45 kg/m3
(Bruno S., 1999)
Transformity: 3.29 E+9 sej/g
(Meillaud, 2003)
H.
Materiali Lapidei e Ceramiche: tutti i rivestimenti sono stati effettuati con travertino,
mentre le pavimentazioni, i rivestimenti di bagni e cucine e i battiscopa sono stati fatti in Gres
Porcellanato.
H-1: Rivestimenti in Travertino:
a) Soglie di porte e finestre:
lunghezza 712 m;
larghezza media 0.25 m;
spessore 0.02 m
(Computo Metrico)
3
Volume 712x0.25x0.02 = 3.56 m ;
Densità 2560 kg/m3
Transformity:
2.44 E+9 sej/g
(Neufert)
(Odum, 1996)
b) Cimasa: la Cimasa è il rivestimento in travertino dei parapetti presenti nelle parti piane della copertura
del tetto.
171
La sezione, mostrata in figura, dipende dallo spessore della muratura a Faccia Vista.
La superficie in sezione risulta essere: 2x(0.06x0.03) + 0.30x0.03 = 0.0126 m2
Lunghezza 114.3 m.
Volume 114.3x0.0126 = 1.44018 m3;
Densità 2560 kg/m3
Transformity:
(Neufert, 2004)
2.44 E+9 sej/g
(Odum, 1996)
Figura A.2:sezione della cimasa
c) Rivestimento Scale:
superficie 154.30 m2
(Computo Metrico)
spessore 0.02 m
volume 0.02x154,30 = 3.086 m3;
Densità 2560 kg/m3
Transformity:
(Neufert, 2004)
2.44 E+9 sej/g
(Odum, 1996)
d) Rivestimento Ballatoi e Ingressi:
superficie 116.95 m2
(Computo Metrico)
spessore 0.02 m; volume 0.02x116.95 = 2.339 m3;
Densità 2560 kg/m3
Transformity:
(Neufert, 2004)
2.44 E+9 sej/g
(Odum, 1996)
e) Rivestimento Facciata:
superficie 40 m2
(Computo Metrico)
spessore 0.02 m
Volume 0.02x40 = 0.8 m3;
Densità 2560 kg/m3
Transformity:
(Neufert, 2004)
2.44 E+9 sej/g
(Odum, 1996)
H-2: Gres Porcellanato:
a) Pavimento per Piano Interrato:
superficie 426 m2 (Computo Metrico)
spessore 0.012 m
(Wienke, 2004)
3
Volume 0.012x426 = 5.112 m ;
Densità 2200 kg/m3
(Wienke, 2004)
172
Transformity: 4.80 E+9 sej/g
(Buranakarn, 1998)
b) Pavimento per Appartamenti:
superficie 1488 m2
(Computo Metrico)
spessore 0.012 m,
(Wienke, 2004)
3
Volume 0.012x1488 = 17.856 m ;
Densità 2200 kg/m3
(Wienke, 2004)
Transformity: 4.80 E+9 sej/g
(Buranakarn, 1998)
c) Rivestimenti per Bagni e Cucine:
superficie 788 m2
(Computo Metrico)
spessore spessore 0.012 m
(Wienke, 2004)
Volume 0.012x788 = 9.456 m3;
Densità 2200 kg/m3
(Wienke, 2004)
Transformity: 4.80 E+9 sej/g
(Buranakarn, 1998)
d) Battiscopa:
lunghezza 1835 m
(Computo Metrico)
larghezza 8 cm
spessore 0.012 m
(Wienke, 2004)
3
Volume 0.012x0.08x1835 = 1.7616 m ;
Densità 2200 kg/m3
Transformity: 4.80 E+9 sej/g
(Wienke, 2004)
(Buranakarn, 1998)
H-3: Cotto per pavimentazione dei terrazzi
superficie: 107.50 m2 esterni, 154.30 m2 terrazzi
(Computo Metrico)
spessore 9 mm
volume (107.50+154.30)x0.009 = 2.36 m3;
Densità 1200 kg/m3
Transformity: 4.80 E+9 sej/g
(Wienke, 2004)
(Buranakarn, 1998)
H-4: Massetto Leca in calcestruzzo rck= 150 per sottofondo delle pavimentazioni (punto D-12), viene
parzialmente posta su una copertura in piastre di LECA, ossia argille alleggerite:
dimensioni 50x50x15 cm
173
foratura da 0 al 30%
superficie 465 m2
(Computo Metrico)
spessore 0.15 m
volume 0.15x465 = 69.8 m3;
Densità 800 kg/m3
(Wienke, 2004)
Transformity del calcestruzzo, questo lavoro, Capitolo 5.
I.
Malte e Collanti:
I-1: Malte per Murature:
densità 1.30 kg/m3
(Wienke, 2004)
2
quantità per metro quadro 1 kg/m
(catalogo “WEBER-BROUTIN”,2003)
Transformity 3.31 E+9 sej/g
(Buranakarn, 1998)
a) Muratura Tramezzi:
superficie 1247 m2
quantità utilizzata 1x1247 = 1247 kg.
b) Muratura tamponamento Poroton 20 cm:
superficie 919 m2
quantità utilizzata 1x919 = 919 kg;
c) Muratura tamponamento Poroton 25 cm:
superficie 80 m2
quantità utilizzata 1x80 = 80 kg;
d) Muratura Tamponamento Faccia Vista: questa muratura ha un doppio strato, e dunque necessita di
doppia quantità di malta;
superficie 2x1276 m2
quantità utilizzata 2x1276x1 = 2552 kg;
e) Muratura Copertura Gattaiolata:
superficie 100.1x20 = 2002 m2
quantità utilizzata: 2002x1 = 2002 kg.
I-2: Malte Collanti per i rivestimenti in cotto, travertino e Gres Porcellanato:
Densità 1.5 kg/m3
quantità utilizzata per superficie 1 kg/m2
(catalogo “WEBER-BROUTIN” 2003)
a) Soglie porte e finestre:
174
superficie 712x0.25 m2
quantità utilizzata 712x0.25x1 = 178 kg;
b) Cimasa:
superficie di contatto 114.30x0.3 = 34.29 m2
quantità utilizzata 34.29x1 = 34.29 kg;
c) Rivestimenti Scale:
superficie 154.30 m2
quantità utilizzata 1x154.30 = 154.3 kg;
d) Rivestimenti Ballatoi e Ingressi:
superficie 116.95 m2
quantità utilizzata 1x116.95 = 116.95 kg;
e) Gres Porcellanato
superficie 426 + 1488 + 788 + 183.5 = 2885.5 m2
quantità utilizzata 1x2885.5 = 2885.5 kg;
f) Cotto:
superficie 107.50 + 154.30 = 261.80 m2
quantità utilizzata 1x261.8 = 261.8 kg.
L.
Vernici per pareti interne:
superficie 6980+870 m2
(Computo Metrico)
spessore 1 mm
densità 1.45 kg/m3
Transformity: 2.55 E+10 sej/g
(Wienke, 2004)
(Buranakarn,
1998)
M.
Legno di Abete
M-1: Controtelaio porte interne:
Porte interne: 132
totale sviluppo 770.58
spessore 2 cm
larghezza 10 cm
(Computo Metrico e Piante dei diversi piani dell’edificio)
175
volume 770.58x0.02x0.1 = 1.54116 m3;
Densità 600 kg/m3
Transformity: 2.40 E+9 sej/g
(Wienke, 2004)
(Odum, 1996)
M-2: Infissi in legno:
6.55 m3 di legno
(ditta ALCOA, s.r.l.)
3
Densità 600 kg/m
Transformity: 2.40 E+9 sej/g
N.
(Wienke, 2004)
(Odum, 1996)
Alluminio Anodizzato per controtelai porte e finestre esterne.
Densità 2700kg/m3
Transformity 2.13 E+10 sej/g
(Wienke, 2004)
(Buranakarn, 1998)
N-1: Controtelaio per esterno:
470.36 m di estensione
0.1 m di larghezza media
0.005 m di spessore
volume = 0.235 m3
(Simoncini Infissi, s.r.l.)
N-2: Infissi interni.
Modelli telaio e battente: 900250 e 900224.
(ALCOA, s.r.l.)
Peso rispettivo: 0.875 kg/m, 0.934 kg/m.
Lunghezza totale: 470.36 m.
Peso totale calcolato = 850.88124 kg.
O.
Acciaio tipo Fe B 44 Kcs:
Densità 7850 kg/m3
Transformity 6.97 E+9 sej/g
O-1: Armature:
pesi
(Wienke, 2004)
(Buranakarn, 1998)
(Ing. Nicola Dragoni)
a) Travi Solaio Primo Piano: cemento usato 5214 kg;
b) Travi Solaio Secondo Piano: cemento usato 4126 kg;
c) Travi Solaio Terzo Piano: cemento usato 4580 kg;
d) Travi Solaio Quarto Piano: cemento usato 4704 kg;
176
e) Travi Solaio Quinto Piano: cemento usato 3923 kg;
f) Travi Copertura: cemento usato 3588 kg;
g) Pilastri: cemento usato 17761 kg;
h) Soletta Fondazione (Magrone): cemento usato 28995 kg;
i) Pareti Ascensore: cemento usato 3800.43 m3kg;
O-2: Rete Elettrosaldata per copertura gattaiolata:
maglia 10x10 cm
diametro tondino 5 mm;
quantità di acciaio risultante: 3,925 E-4 m3/m2 di copertura
(Ing. Nicola
Dragoni)
Superficie copertura gattaiolata: 127.01 m2, da punto D-10;
Quantità di rete elettrosaldata: 3,925 E-4x127.01 = 4.9887*10-2 m3.
Densità 7850 kg/m3
(Wienke, 2004)
Transformity 6.97 E+9 sej/g
(Buranakarn, 1998)
O-3: Controtelai in Ferro Zincato:
20 controtelai del piano interrato
8 kg cadauno = 160 kg totali
(Simoncini Infissi S.r.l.)
3
(Wienke, 2004)
Densità 7850 kg/m
Transformity 6.97 E+9 sej/g
P.
(Buranakarn, 1998)
Rame per lavori da Lattoniere:
Densità 8900 kg/m3
Transformity
(Wienke, 2004)
1.04 E+11 sej/g
(Brown, 1991)
P-1: Docce o Dòcci (semitonde):
spessore 8 mm
raggio 21 cm
lunghezza totale 120 m
(Computo Metrico)
3
volume: (0.21x3.14x0.001) x 120 = 0.0792 m ;
P-2: Pluviali o Gronde (tonde):
spessore 8 mm
177
raggio 50 cm
lunghezza totale 81 m
(Computo Metrico)
volume: (0.50x2x3.14x0.008) x 81 = 0.02035 m3;
Q.
Tubi in PVC di alta qualità GEBERIT:
Q-1: Tubatura sistema scarico acque reflue:
tubature verticali (w.c. e lavandini) 48
altezza delle tubature 10 m
lunghezza totale tubi in verticale 48x10 = 480 m;
lunghezza tubature orizzontali: 227 m;
Lunghezza totale 227 + 480 = 707 m;
Raggio esterno: 16 cm;
Spessore tubatura: 2,2 mm
(Computo Metrico)
2
2
3
Volume tubatura: (0.16 x3.14 – 0.1578 x3.14)x707 = 1.55 m ;
Densità 1380 kg/m3
(Wienke, 2004)
Transformity 9.86 E+9 sej/g
(Buranakarn, 1998)
Q-2: Telo per muratura continua nello scannafosso:
superficie coibentazione scannafosso 193.5 m2
spessore 1,4 mm
(Computo Metrico)
3
Volume 0.0014x193.5 = 0.2709 m ;
Densità 1380 kg/m3
(Wienke, 2004)
Transformity 9.86 E+9 sej/g
(Buranakarn, 1998)
Q-3: Strato di GEBERIT sotto membrana elastomerica nei tamponamenti ai punti F-1 ed F-2:
superficie: 200 + 980 + 208 + 307 m2 = 1695 m2;
Spessore 1.4 mm
(Computo Metrico)
3
Volume 0.0014x1695 = 2.37 m ;
Densità 1380 kg/m3
(Wienke, 2004)
Transformity 9.86 E+9 sej/g
R.
(Buranakarn, 1998)
Vetro per finestre verso l’esterno
Superficie totale: 10.0530 m2
Spessore: 4+4 mm, come “Vetro isolante standard”
(Wienke, 2004)
Densita: 2500 kg/m3, come “Vetro isolante standard”
(Wienke, 2004)
3
Volume totale: 10.0530x0.008 = 0.080424 m .
Transformity
8.40 E+8 sej/g
(Odum, 1996)
178
II) MANTENIMENTO IN FUNZIONE DELL’EDIFICIO
S.
Consumo energia elettrica annuale per l’edificio.
15 appartamenti effettivi
9 in loco degli ambulatori
bolletta media per appartamento = 100 € ogni due mesi
spese condominiali medie = 200 € a bimestre
tasse fisse bimestrali = 30 €
costo energia elettrica al kWh = 0.13 €
(Elettroprogetti, Castelfiorentino)
S-1: Consumo energia elettrica annuale degli appartamenti:
spesa per appartamento annuale totale 100 € x 6 bimestri = 600 €/anno
tassazione totale: 30x6 = 180 €/anno;
consumo netto 600 – 180 = 420 €/anno;
consumo annuale di energia 420 € / 0.13 €/kWh = 3230 kWh/anno.
Consumo di 24 appartamenti: 3230x24 = 77520 kWh/anno
77520x3600000 = 2.79 E+11 J/anno.
Sono stati considerati i 15 appartamenti più il poliambulatorio come 9 appartamenti.
S-2: Consumo energia elettrica condominiale: spesa annuale 200x6 = 1200 €;
tassazione totale: 30x6 = 180 = 180 €;
consumo netto 1200 – 180 = 1020 €;
consumo annuale di energia: 1020/ 0.13 = 7846.15 kWh/anno;
7846.15x3600000 = 28.2 GJ/anno.
S-3: Consumo energia elettrica per il funzionamento della caldaia:
455 kWh/anno
(Termostudio s.c.n., Empoli)
Corrispondono a 1.64 GJ/anno.
T.
Gas per riscaldamento:
3
17850 Nm /anno di gas combustibile = 822 MJ/anno
Transformity 67200 sej/J , gas naturale
U.
Transformity
(Termodstudio, s.n.c., Empoli)
(Bastianoni et al., 2005)
Acque di acquedotto:
1.95 E+6 sej/g
(Tiezzi et al., 2000)
U-1) Acqua Potabile: considerando il numero di camere da letto nell’edificio e che ospitano, di regola, 2
persone se superiori a 14 m2, 1 persona se inferiori a tale metratura, e aggiungendone un equivalente per i
consumi da parte degli ambulatori medici del Piano Terra e del Primo Piano, le persone ospitabili
179
risultano 58. Secondo i dati della ditta di gestione municipale delle acque di Castelfiorentino, PubliAcque
S.p.a., il consumo medio giornaliero a persona risulta essere di 20 litri; si considerano 360 giorni l’anno di
utilizzo.
Consumo totale di litri all’anno per tutto l’edificio: 58x20x360 = 417600 L/anno.
U-2) Acqua di acquedotto per il riscaldamento:
7770 litri al giorno
giorni all’anno di riscaldamento = 150
7770 x 150 = 1165500 litri/anno
V.
(Termostudio s.c.n.)
Manutenzione: gli elementi più deperibili, su cui si calcola la manutenzione, sono i
seguenti, con i rispettivi costi e anni di vita:
Descrizine
aggiuntiva
Elemento deperibile
Infissi
42000
Lattoneria
Fognature in PVC
Pavimenti e
rivestimenti
Costo (€)
Tempo di
vita (anni)
28
3015
35
35350
40
Scale, soglie, tutti i
pavimenti
73205
33
Escluso Arriccio
142020
15
Intonaco
Si divide i costi per gli anni di vita, per ciascun elemento considerato, in modo da avere il costo
ammortizzato per ogni anno. Tale costo, però, viene considerato solo per gli anni successivi alla prima
sostituzione. Si applica il rapporto sej/€ calcolato per l’edificio, come rapporto tra l’emergia totale dei
materiali edili ed il loro costo. Tale rapporto è il più locale possibile.
W.
Lavoro Umano:
anni di lavoro in cantiere: 2.5
giorni lavorativi annui: 280
ore giornaliere: 8
costo manodopera: 26 €/ora.
Ore totali: 33600
Spesa energetica per ora di lavoro: 125 kcal/h = 5.23*105 J
Energia totale della manodopera: 1.76*1010 J
Transformity: 7.38*106 sej/J, da Ulgiati et al., 1994.
180
CALCOLI RELATIVI ALL’ANALISI EMERGETICA DI UN PANNELLO
FOTOVOLTAICO ED ALLA TRANSFORMITY DELL’ENERGIA DA
FOTOVOLTAICO
TABELLA 8.1, CAPITOLO 8
Prima Fase
Analisi Emergetica di u modulo fotovoltaico
(Kato et al., 1997)
Quarzo
Transformity
2.4 t
1.68 E+9 sej/g (Odum,
Carbone minerale
0.55 t
40000, adattata da (Odum, 1996)
Carbone di legna
0.6 t
40000, adattata da (Odum, 1996)
Pellets di legno
0.3 t
1996)
Olio di Carbon Coke
8.80 E+8 (Brown, 2000)
0.2 t
66000 adattato da (Odum, 1996)
Elettricità
15 MWh
Seconda Fase
(Kato et al., 1997)
Prodotto della prima fase:
Elettricità
2.07 E+5 sej/g (Odum, 1996)
4.5 t
120 MWh
Terza Fase
2.07 E+5 sej/g (Odum, 1996)
(Kato et al., 1997)
Prodotto della Fase precedente
17.5% del totale
Elettricità
240 MWh
Quarta Fase
Elettricità
Quinta Fase
Transformity
Transformity
(Kato et al., 1997)
210 MWh
(Kato et al., 1997)
Transformity
2.07 E+5 sej/g (Odum, 1996)
Transformity
Pasta di argento
0.15 g
2.51 E+12 sej/g (Odum, 2001)
KOH
167 g
2.92 E+9 sej/g
(Odum, 1996)
Alcol Isopropilico
4.11 g
6.38 E+8 sej/g
(Odum, 1996)
POCl3
0.05 g
6.38 E+8 sej/g
(Odum, 1996)
Ti(OCH(CH3)2)4
0.06 g
6.38 E+8 sej/g
(Odum, 1996)
Elettricità
177 Wh
2.07 E+5 sej/J
(Odum, 1996)
Sesta Fase
(Kato et al., 1997)
Transformity
Vetro
51 g
8.40 E+8 sej/g
(Odum, 1996)
Alluminio
12 g
2.13 E+10 sej/g
(Odum, 1996)
Piombo
0.6 g
EVA
7g
9.86 E+9 sej/g
(Buranakarn, 1998)
PVF
1g
9.86 E+9 sej/g
(Buranakarn, 1998)
Elettricità
14 Wh
1.04 E+11 sej/g
2.07 E+5 sej/g
(Brown, 1991)
(Odum, 1996)
181
Fattori di conversione:
Prodotto Finale:
Modulo Fotovoltaico da 1 W
Fase Prima e Seconda
17.5% delle quantità
In base a (Kato et al., 1997) si assume il secondo scenario, ad impatto medio.
Elettricità per ottenere 3 kW, fattore di conversione
Prima Fase
7.1428
Seconda fase:
48
Terza Fase
12
Quarta Fase
20.19
Lavoro umano:
Ore di lavoro per modulo da 1 W
0.0104 h
Spesa energetica
125 kcal/h
Conversione
4186 J/kcal
(dati ENEL)
Spesa energetica totale = 5.44 E+3 J
Transformity del lavoro umano: 7.38 E+6 sej/J
(Ulgiati et al., 1994)
TABELLA 8.2, CAPITOLO 8
Irraggiamento solare
24 m2
Superficie irraggiata per ottenere 3 kW:
5.2 E+9 J/m2
Irradiazione
Albedo
(media Regione Sardegna)
80%
Irraggiamento = superficie * Irradiazione * albedo =
= 9.98 E+10 J
Transformity
1 sej/J
(per definizione)
Energia Prodotta annuale:
Potenza picco
Ore di sole utili annue
3 kW
3000 h
Energia Prodotta = Potenza*tempo = 3.24 E+10 J
182
Appendice B
VALORE ATTUALE NETTO E INDICI ECONOMICI
CORRELATI
Il valore attuale netto
Il VAN (Valore Attuale Netto), detto anche NPV (Net Present Value), è dato dalla
somma algebrica delle spese e dei ricavi nei vari anni, attualizzati in base al costo del
capitale:
n
VAN = − I 0 + ∑
i =1
FCi
(1 + r )
+
i
E
(1 + r )
n
dove:
I0
è l’investimento iniziale;
FCi è il flusso di cassa realizzato nell’anno i-esimo;
E
è il valore residuo dell’investimento al temine del suo utilizzo;
n
sono gli anni per i quali l’investimento viene utilizzato;
r
è il costo del capitale (se il capitale viene preso a prestito il tasso di interesse).
Quest’ultima variabile coincide con il rendimento medio del capitale all’interno
dell’azienda, oppure, nel caso in cui I0 sia anticipato da una banca, col tasso di interesse
del prestito.
La formula mostrata precedentemente è utilizzata soltanto nel caso del Pannello
Fotovoltaico. I due scenari di bioarchitettura (facciata maggiorata e facciata ventilata)
vengono analizzati paragonandoli ad un investimento immobiliare in uno scenario reale;
collegato al tasso di inflazione e al tasso di crescita medio del prezzo delle materie
energetiche (gas e energia elettrica). La formula utilizzata in questi due casi è la
seguente:
n
VAN = − I 0 + ∑
i =1
FCi (1 + k )
i
(1 + r )i
(1 + i )n−1 I 0
+
(1 + r )n
183
dove:
k
aumento medio annuo delle bollette per la fornitura di energia elettrica e gas
i
tasso di inflazione
L’indice di profittabilità
L’IP (Indice di Profittabilità) è ottenuto rapportando il risultato attualizzato di un
investimento all’entità dell’investimento stesso:
IP =
VAN + I 0
I0
Quantifica quindi quanti euro al valore attuale si ottengono da un euro investito.
In realtà, ha senso paragonare diverse soluzioni di investimento usando l’Indice di
Profittabilità quando si può decidere liberamente la dimensione dell’investimento
stesso. Si tratta ad esempio della scelta dei titoli finanziari da acquistare: potendo
investire uno stesso capitale in diversi portafogli di pari durata, se si trascura il
problema del rischio, conviene optare per quello con l’IP più alto.
Il periodo di recupero scontato
Dato che le stime sui flussi di cassa, o sulla durata in esercizio dell’investimento, o
ancora sul costo del capitale sono spesso affette da incertezza, può essere interessante
calcolare dopo quanti anni i flussi di cassa positivi arrivano per lo meno ad uguagliare,
in valore attuale, l’esborso iniziale. Il periodo di recupero scontato, o DPBT
(Discounted Pay Back Time), è dunque il tempo che annulla il VAN:
− I0 +
DPBT
∑
i =1
FCi
(1 + r )
i
+
E
(1 + r )
DPBT
=0
Va osservato che, se l’investimento comporta spese distribuite nel tempo, si possono
avere più valori di DPBT, o può anche succedere che il DPBT non sia definito. Inoltre,
dal periodo di recupero non si può dedurre il risultato dell’operazione a fine vita. Non si
tratta quindi di un indice su cui basare la scelta dell’investimento, ma di
184
un’informazione aggiuntiva che può servire, per esempio, a comprendere il motivo di
VAN scadenti (che possono derivare da macchinari la cui vita è di poco superiore al
DPBT, o essere causati da un esborso iniziale troppo consistente), o, al contrario, a
rassicurare il committente che il nuovo impianto comincerà presto ad essere
complessivamente conveniente, in base a previsioni di breve termine.
Il tasso interno di rendimento
Al crescere del costo del capitale r, il VAN di un investimento che prevede spese iniziali
e successivi risparmi scende. Infatti, i flussi di cassa positivi vengono sempre più
scontati, mentre non varia l’esborso iniziale. Il TIR (Tasso Interno di Rendimento),
anche detto IRR (Internal Rate of Return), è il valore di r che annulla il VAN:
n
− I0 + ∑
i =1
FCi
(1 + TIR )
i
+
E
(1 + TIR )
n
=0
Dato che è spesso difficile valutare con precisione il costo del capitale, dal tasso interno
di rendimento si può sapere fino a che punto l’investimento si mantiene vantaggioso. Va
osservato che operazioni con VAN buoni, ma che si realizzano su di un lungo arco di
tempo, possono risultare penalizzate da valutazioni condotte in base al TIR. Quando si
paragonano investimenti, tutti caratterizzati da TIR molto alti, inoltre, non va
dimenticato che si stanno svolgendo delle analisi in scenari inverosimili. Infine, il TIR
può non essere definito o può assumere più valori, nei casi già citati per il DPBT.
Il TIR viene spesso assimilato al rendimento dell’investimento. Questo è rigorosamente
vero solo se i flussi di cassa sono immediatamente reinvestiti nello stesso. Ancora una
volta, questo è possibile, in ambito finanziario (anche se difficilmente titoli ad alto IRR
sono disponibili sul mercato per molto tempo), ma spesso non in quello industriale,
come ad esempio nei casi in esame.
185
Inflazione del mercato immobiliare
In Europa tra il 2001 e il 2004 i prezzi delle case sono aumentati mediamente del 6,6%
annuo, rispetto alla crescita del 3,8% registrata nel periodo 1997-2000, fino a
raggiungere aumenti medi del 7,7% nella prima metà del 2005, con incrementi
particolarmente sostenuti in Francia, Spagna, Irlanda e Italia. La previsione degli
analisti, nei prossimi tre anni in Italia, indicano la progressiva tendenza alla crescita
zero, attestata intorno al valore di inflazione stimata tra il 2,1% e il 2,3%.
E’ importante sottolineare che piccole variazioni del tasso di inflazione e di
conseguenza delle quotazioni delle abitazioni, fanno variare in maniera sensibile il VAN
e i tempi di ritorno del capitale (Ursino, 2006; Schiavetti, 2006).
VAN
Anno
Crescita delle
quotazioni
abitazioni
2001
0,02
-5520,37
2002
0,025
3,177,501
2003
0,03
12673,59
2004
0,035
23036,73
DPBT
anni
23
20
17
14
186
Appendice C
ELENCO DELLE TRANSFORMITY ED EMERGIE
SPECIFICHE UTILIZZATE
STIMA DELL’ERRORE
187
Materiale
Radiazione Solare
Calcestruzzo (trasporto al km)
Calcestruzzo+Trasporto (caso
specifico, 50 km)
Malta di cemento, collanti
Cemento, Malta di cemento
Trasporto grammo di materiali edili e
km
Laterizi
Coibentazioni:
Intonaci (calce bastarda)
Ciclo Sedimentario
Gres (porcellanato) e cotto
Vernice per Interni
Legno di abete
Alluminio anodizzato
Acciaio
Rame:
PVC alta qualità (GEBERIT)
Energia Elettrica
Acqua potabile e per riscaldamento
Vetro
Materiali Ornamentali dal ciclo
sedimentario
Gasolio e benzina
Diesel
Olio combustibile, lubrificanti e
GPL
Gas naturale
Emergia per Euro Italia
Erosione del Suolo
Composti chimici
Carta
Lavoro Umano
Gomma
Sej/Pil Siena 1999
lavoro di manovalanza, muratore
Emergia
specifica
Unità
REF.
Riferimento
1,00E+00
1,80E+09
Sej/J
sej/g
a
Per Definizione
Questo Lavoro
1,81E+09
3,31E+09
3,04E+09
sej/g
sej/g
sej/g
b
c
Questo Lavoro
Buranakarn
Questo Lavoro
1,66E+05
3,68E+09
8,85E+09
3,29E+09
1,68E+09
4,80E+09
2,55E+10
2,40E+09
2,13E+10
6,97E+09
1,04E+11
9,86E+09
2,07E+05
1,95E+06
8,40E+08
sej/g/km
sej/g
sej/g
sej/g
sej/g
sej/g
sej/g
sej/g
sej/g
sej/g
sej/g
sej/J
sej/g
sej/g
d
e
f
z
g
h
i
j
k
l
m
n
o
p
Questo Lavoro
Buranakarn
Buranakarn
Meillaud, 2003
Odum, 1996
Buranakarn
Buranakarn
Odum, 1996
Buranakarn
Buranakarn
Brown, Arding, 1991
Buranakarn
Odum, 1992
Tiezzi et al., 2000
Odum, 1996
2,44E+09
1,86E+05
1,13E+05
sej/g
sej/J
sej/J
q
s
xx
Spin-eco, 2001-04
Ulgiati et al., 1994
Bastianoni et al., 2005
9,30E+04
6,72E+04
sej/J
u
v
Bastianoni et al., 2005
2,19E+12
1,24E+06
6,38E+08
6,55E+09
7,38E+06
7,22E+09
2,48E+12
1,48E+11
sej/g
sej/J
sej/€
Sej/J
sej/g
sej/g
sej/J
sej/g
sej/€
sej/€
w
y
x
r
xy
xw
yy
Bastianoni et al., 2005
Tiezzi et al., 2000
Odum et al., 2000
Brown, 1992.
Brown, Arding, 1991
Ulgiati et al., 1994
Odum, 1996
Spin-eco, 2001-04
Questo Lavoro
Tabella C.1. Elenco delle Transformity utilizzate.
188
STIMA DELL’ERRORE
E’ stato stimato l’errore sull’emergia totale dell’edificio, sommando, nel modo opportuno,
l’incertezza su ogni transformity utilizzata.
Incertezza per la transformity i-esima o per l’emergia specifica i-esima:
∂x = x − x max
dove x è il valore medio della transformity i-esima, calcolato sui valori reperiti in letteratura, e
xmax è il valore di letteratura che più differisce dal valor medio (può essere il minimo o il
massimo valore trovato).
Poiché, nell’analisi emergetica dell’edificio (fase di costruzione), le transformity utilizzate sono
linearmente indipendenti rispetto all’emergia totale finale, le incertezze singole si propagano
secondo la regola seguente:
∑ ∂x
∂X tot =
2
i
i
Inoltre, quando una misura affetta da incertezza è moltiplicata per una non affetta:
C = B*x, con xreale=x ± dx
allora l’incertezza totale sarà data dal prodotto:
dC = B*dx
Per cui, nella moltiplicazione tra la transformity del prodotto i-esimo e la quantità del prodotto
i-esimo, l’incertezza si propaga in modo proporzionale alla quantità (Taylor, 1986).
In base a queste regole, si è calcolato il valore medio e l’incertezza delle transformity di cui, in
letteratura, si è rinvenuto più valori.
Quantità prodotto i-esimo: Qi
Incertezza transformity prodotto i-esimo: δτi
Incertezza emergia prodotto i-esimo: δΕι = Qi*δτι
Incertezza sull’emergia totale dell’edificio (Analisi Emergetica dei Materiali):
∂Etot =
∑ ∂E
i
i
=
∑ Q ∂τ
i
i
i
Come mostrato nella tabella seguente, l’incertezza risulta essere di 5.166*1015 sej.
Il valore dell’Emergia Totale dell’edificio è dunque:
1.31*1019 ± 5.166*1015 sej
189
Materiale
Cemento e calcestruzzo:
Cemento e calcestruzzo:
Cemento e calcestruzzo:
Cemento e calcestruzzo:
Calcestruzzo (trasporto al
km)
Calcestruzzo+Trasporto
(caso specifico, 50 km)
Media Conglomerato
Incertezza
Emergia specifica
3,98E+09
3,48E+09
2,42E+09
7,34E+08
Unità
sej/g
sej/g
sej/g
sej/g
1,80E+09
sej/g
1,81E+09
2,48E+09
1,75E+09
sej/g
sej/g
sej/g
Laterizi
Laterizi
Media Laterizi
Incertezza
3,90E+09
3,68E+09
3,79E+09
1,09E+08
sej/g
sej/g
sej/g
sej/g
Acciaio
Acciaio
media acciaio
Incertezza
4,13E+09
6,97E+09
5,55E+09
1,42E+09
sej/g
sej/g
sej/g
sej/g
media rame
incertezza
1,14E+11
1,04E+11
1,09E+11
4,96E+09
sej/g
sej/g
sej/g
sej/g
Vetro
Vetro
Vetro
media vetro
Incertezza
2,16E+09
1,29E+10
8,40E+08
5,30E+09
4,46E+09
sej/g
sej/g
sej/g
sej/g
sej/g
Incertezza sul valore totale
7,04E+09
sej/g
Rame:
Rame:
Emergia per materiale
Quantità
Totale emergia
conglomerato
Totale emergia Laterizi
Totale emergia Acciaio
Totale emergia Rame
2,95E+06
7,69E+05
7,72E+04
8,86E+02
REF.
Riferimento
Haukoos, 1995
Brown and Buranakarn 2003
Buranakarn, 1998
Bjorklund J. et al., 2000
Questo Lavoro
b
Questo Lavoro
d
Brown 2000
Buranakarn, 1998
k
Brown and Buranakarn 2003
Buranakarn, 1998
l
Buranakarn, 1998
Brown M.T., J.E. Arding, 1991.
p
Brown, 2000
Buranakarn, 1998
Odum, 1996
incertezza
su
incertezza quadrato
transformity sul valore incertezza
1,75E+09
1,09E+08
1,42E+09
4,96E+09
5,16E+15
8,40E+13
1,10E+14
4,39E+12
2,67E+31
7,06E+27
1,20E+28
1,93E+25
Incertezza Totale = 5,166E+15 sej
Tabella C.2. Calcolo incertezza sul valore dell'emergia dell'edificio.
190
Appendice D
CALCOLO DELL’EMERGIA SPECIFICA DELLA TERRA
CRUDA PER LATERIZI
Il calcolo dell’Emergia Specifica per la terra cruda da laterizi è mostrato di seguito. La terra cruda viene
fatta mescolando le opportune quantità di terra argillosa, paglia ed acqua (in rapporto volumetrico 4:1:2),
senza l’uso di macchinari ma con la sola manodopera umana.
Item
Terra
paglia
acqua
lavoro
totale
5485.714286
228.5714286
2285.714286
55813.33333
g
g
g
J
Transformity
(sej/unità)
1.68E+09
2.49E+09
1.95E+06
7.38E+06
8000
g
1.22E+09
Quantità
Unità
Emergia
9.22E+12
5.69E+11
4.46E+09
4.12E+11
9.79E+12
Tabella D.1: Calcolo dell'Emergia Specifica della terra cruda: il calcolo
viene svolto a partire da un mattone standard.
191
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DATI PARTICOLARI RIGUARDANTI L’EDIFICIO
Comunicazioni personali degli addetti ai lavori:
- Arch. Stefano Campatelli.
- Ing. Nicola Dragoni.
- Geom. Bianchi.
- Publiacque, S.p.A.
- Elettroprogetti, s.n.c.
- Simoncini Infissi, s.r.l.
- Termostudio, s.n.c.
- Castiglione Antonio, direttore del cantiere.
WEBGRAFIA
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Sito Ufficiale della ditta Iveco: www.iveco.it
Sito Ufficiale ENEL S.p.A.: www.enel.it
Sito dell’Italian Leadership – Mensile di economia, attualità, cultura, www.cesil.com
Sito ufficiale Legambiente; dati generali sul settore edile e sul consumo di un
appartamento:
www.legambiente.com/documenti/2005/0114_cambioDiClima/opuscoloenergia.pdf
Sito ditta Oppo, trafilati in acciaio, www.oppo.it.
Sito Solarbuzz, Pannelli Fotovoltaici, USA, 475815, San Francisco, California.
www.solarbuzz.com
Sito della U.S. Green Building Council, www.usgbc.org/LEED .
Sito ufficiale del cementificio Cementir di Spoleto (PG): www.cementir.it
199
RINGRAZIAMENTI
La dedica di questa Tesi è rivolta a tutti quelli che si sentono partigiani, in qualunque
parte del mondo, per qualunque situazione. Ringrazio ognuna di queste persone per il
semplice fatto di esistere; perché ogni qualvolta uno assume una posizione, una parte,
ne genera automaticamente un’altra. Ed è dalla presenza di due parti diverse che ne può
nascere una terza, per quel processo chiamato Dialettica.
E’ grazie all’esistenza di cose distinte, della diversità e della complessità, che adesso io
esisto e posso scrivere una Tesi di Laurea.
Ringrazio i miei genitori, che mi hanno reso vivente e cosciente. Non avrei fatto nulla
senza di loro. Ringrazio mio fratello, ti voglio bene. Ringrazio i miei amici di
Castelfiorentino, boccio, nei nomi illustri di Nata, Lollo, Bruno, Sandrino, Susi, Vale, e
se mi scordo di qualcuno provate voi a ricordarvi tutti. Come entità a se’ stante,
ringrazio i Mad Hatter, che mi ricordano di esser valdelsano; nella tesi ho parlato anche
dei metalli, da’ retta.
Ringrazio i miei parenti, i miei zii, i miei nonni. Grazie a Castello per l’infanzia che mi
hai dato. Ringrazio il mare di Molfetta, la desolata serenità delle Murge.
Ringrazio la strada, che mi ha accolto assieme alla mia bicicletta, mostrandomi uno
spicchio di mondo. Ringrazio Bobi, che forse se ne è andato senza che nessuno lo
cercasse…Cane è chi ti ha tolto la vita. Non ti preoccupare, sto studiando per tagliare
quella catena che ti teneva.
Ringrazio tutti i miei compagni di corso all’università, Luisa, Dario, Riccardo, Sara,
Marghe, ì Verre, ì Cecco, Massi, Andrew, Silvia, Matia, FraBià, nonché l’edificio
universitario di S.Miniato ed il suo progettista, che mi ha permesso di sviluppare
ulteriormente la mia vena critica.
Ringrazio il Professor Gaggi, che mi ha trasmesso più dei semplici concetti accademici.
Ringrazio il Professor Bagatti del Liceo, che mi fece entrare in testa di fare chimica.
Guardi che ha combinato…ora come si fa…
Ringrazio tutte le mie amiche di Salerno, Eleonora, Claudia, Enrica, Marzia; ringrazio i
genitori della mia ragazza, per aver forgiato così alta rarità. So di avere più di una casa,
grazie di cuore. Ringrazio i miei amici dell’Erasmus, sparsi per l’Italia ed il mondo…
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Ringrazio la Professoressa Marchettini ed il Professor Tiezzi, per avermi accudito
accademicamente e non solo, per avermi dato queste possibilità, per aver levato i freni
ai miei pensieri. Con loro, ringrazio tutto il Dipartimento di Scienze e Tecnologie
Chimiche e dei Biosistemi dell’Università di Siena, che mi ha accolto famiglia, e lo farà
ancora. Spero per molto. Ne faremo delle belle…Grazie Riccardo (ce l’abbiamo
fatta!!!), Federico (Bombachee), Fede Rossi, Valentina, Monica, Mirko, Fazio, Simona,
Antonio, Bob, Angelo, Ale, Ciampa, Simone (specie per la pazienza nei miei
confronti…), Claudio, Donatella, la macchinetta del caffé, la mitica porta del bagno, e
tutto quanto.
Ringrazio la città di Siena, anche se non capirò mai il Palio e chi ci perde la testa.
Grazie a Carla e tutta la banda, che mi hanno permesso di star qui serenamente.
Grazie a quel contadino che un giorno vidi zappare nell’orto e rispose al mio saluto a
pugno chiuso. Grazie agli operai che hanno scavato in una miniera l’Indio, l’Oro e gli
altri metalli che compongono il computer su cui ho scritto la Tesi: avete più exergia voi
di qualunque impiegato. Grazie a tutti quelli che conosco, ed a quelli che non conosco;
lo so, è semplicistico, ma sarei un po’ meno umano se non considerassi di essere uno tra
tanti.
Grazie a tutti quelli che mi hanno fatto pensare; grazie Lenin per aver provato a
cambiare il mondo, grazie a Spartaco, ai Ciompi, ad Ernesto. Ai popoli passati, per
essere riuscito a cambiarlo, non mi dimentico di Voi, giganti su cui non voglio gravare.
Grazie a chi a scritto i libri a me più cari, a Stefano Benni, a Epicuro, a Garcia Marquez,
a Neruda, al Vernacoliere, ai tifosi del Livorno e a tutte le altre voci più o meno libere.
Grazie all’albero di leccio che sovrasta il Piazzale, a Castelfiorentino, dal suo posto
sotto le antiche mura: grazie per il senso di semplicità, di coscienza e del fluire lento e
costruttivo del tempo che sei riuscito a darmi. Ho ancora molto da imparare da te.
Grazie Stefania, per il semplice fatto che tu esista, che tu sia te stessa, che tu sia sempre
così vicina. La tesi è per te, per ciò che mi trasmetti e che non è tangibile. Lo so, è
chimica anche quella, ma per questa volta è metafisica. Εγω σε στεργω.
Cara Contessa, che roba. Da oggi, un altro operaio ha un figlio dottore. Toh.
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