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L'involucro edilizio

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Valutazioni economiche e ambientali

Nuove strategie progettuali stanno nascendo, negli ultimi anni, all'interno del settore delle costruzioni. La volontà degli attori coinvolti nel processo di progettazione (Pubbliche Amministrazioni, progettisti, produttori, imprese di costruzione, ecc.) sembra essere quella di ottimizzare il consumo di risorse e minimizzare l'impatto sull'ambiente, pur restando nei limiti di budget ordinari. Ma come fare? Quali sono gli strumenti per valutare la sostenibilità in architettura? Come si relazionano le tre sfere della sostenibilità: ambientale, economica e sociale?
Lo studio intende portare un contributo a tali quesiti. L'obiettivo della ricerca svolta è, infatti, quello di sviluppare una metodologia che consenta al progettista di confrontare la performance complessiva di vari sistemi di involucro edilizio al fine di effettuare una scelta consapevole, basata su dati scientificamente misurabili. La definizione di un fattore di efficienza economico-ambientale, da applicare alla fase di progetto preliminare, vuole essere un passo verso l'integrazione tra i due strumenti di analisi, Life Cycle Assessment (LCA) e Life Cycle Costing (LCC), nella valutazione di progetti edilizi, ad oggi contraddistinti da percorsi separati e paralleli.

Definizione della performance globale
La performance globale fa riferimento al rapporto qualità/prezzo di un manufatto edilizio lungo la sua vita utile, includendo nella "qualità", non solo le prestazioni fisiche e meccaniche, ma anche gli aspetti ambientali. La durata della vita utile, ossia il "periodo di analisi" che, per avere efficacia, deve essere compreso tra 40 e 80 anni, assume un ruolo sostanziale in quanto, per misurare la performance globale di un edificio (o di un componente edilizio), occorre calcolare l'impatto ambientale e i costi ad esso associati nell'arco dell'intero ciclo di vita.

Strumenti per il calcolo della performance globale
Partendo da tali presupposti, il sistema ipotizzato nella ricerca si compone di un insieme di dati di input e uno di dati di output. I primi derivano dalle valutazioni ambientali ed economiche riferite al ciclo di vita, effettuate con strumenti di valutazione LCA e LCC, mentre i secondi rappresentano i valori della performance globale, correlata all'unità funzionale di prodotto finale, che combina gli indicatori di impatto scelti attraverso l'indicatore di sintesi definito, appunto, fattore di efficienza economico-ambientale €CO.
Al fine di inserire i dati ambientali ed economici nel modello di valutazione (dati di input), è risultato necessario utilizzare uno strumento informatico appositamente dedicato.
Si è optato, infatti, per l'uso del software SimaPro 7.0 che ha permesso l'elaborazione sia dei dati della performance ambientale (acquisizione da database integrati o inserimento manuale), sia di quelli economici (inserimento manuale). In particolare, i dati utilizzati nell'analisi LCA sono stati ricavati dal database svizzero Ecoinvent v.2, mentre i costi sono stati stimati da prezzari regionali italiani, letteratura, contatti diretti con imprese di costruzione, aziende, fornitori e società di smaltimento e recupero.

Contesto normativo
Il modello si colloca all'interno del quadro normativo attuale facendo riferimento alla serie ISO 14040/44, per quanto riguarda l'approccio metodologico della LCA, e alla recente parte 5 della norma ISO 15686, pubblicata a giugno 2008, per la metodologia del costo globale (LCC).
Inoltre, lo stesso modello si connette al lavoro che il Comitato Tecnico Europeo CEN/TC 350, "Sustainability of Construction Works", sta conducendo, in sinergia con gli standard internazionali, sull'applicazione di strumenti e metodi per la sostenibilità di edifici nuovi o esistenti, non solo ambientale, ma anche economi- ca e sociale, rispondendo ai tre pilastri posti alla base della sosteni- bilità, introdotti dall'Agenda 21.
Il percorso della ricerca è complementare, infine, alla proposta di strumenti metodologici e normativi portata avanti dal DINSE (Politecnico di Torino) nell'ultimo decennio, con particolare rife- rimento al metodo di valutazione dell'ecocompatibilità dei pro- getti, nell'ambito del Gruppo di Lavoro GL4 della Commissione "Processo edilizio" dell'UNI.

Applicazione a componenti edilizi di chiusura opaca verticale
Il modello in questione, prendendo spunto dalla struttura definita dalla norma ISO 14040 per l'analisi LCA, è stato applicato a diverse soluzioni di involucro edilizio.

Scopo dell'analisi e ambito di riferimento

Scopo dell'indagine è stato quello di condurre una valutazione economico-ambientale che permettesse di confrontare tecnologie costruttive alternative con quelle che hanno rappresentato lo "standard tecnologico" degli ultimi decenni per la realizzazione di chiusure verticali opache nelle nuove costruzioni. A fini dimostrativi, nell'applicazione condotta, è stata scelta, quale standard di riferimento, una soluzione ricorrente in Piemonte e Valle d'Aosta. Il modello di valutazione preso in considerazione si applica ad una unità funzionale di elemento tecnico e permette di determinare la migliore soluzione in termini di qualità ambientale e costo globale per l'intero ciclo di vita, tenuto conto delle prestazioni tecniche fornite in uso. Affinché il confronto sugli aspetti ambientali ed economici sia significativo, occorre dunque rapportare tali aspetti alle prestazioni tecnico-funzionali degli elementi costruttivi considerati.
In altri termini, non avrebbe senso confrontare la performance ambientale ed economica fra soluzioni di pareti con diverse prestazioni in uso e diversa durata.
In quest'ottica, il modello di valutazione adotta il concetto di unità funzionale come "prestazione quantificata", in accordo con le disposizioni normative per i calcoli LCA e LCC e per le EPD, Environment Product Declaration (prEN 15804:2008, UNI ISO 14025). Le valutazioni di impatto ambientale e di costo sono pertanto state rapportate, per ogni soluzione esaminata, ad una superficie di 1 m2 di parete, ponderata in base alla trasmittanza termica periodica YIE [W/m2K] (parametro che valuta la capacità di una parete opaca di sfasare ed attenuare il flusso termico che la attraversa nel- l'arco delle 24 ore), assunta quale prestazione più significativa per le pareti opache verticali. Inoltre, la valutazione ambientale e di costo è stata effettuata ipotizzando per tutte le soluzioni esaminate un tempo di vita utile (durata di uso) pari a 70 anni, tenendo conto anche di un eventuale peggioramento della prestazione termica durante questo periodo.
Il confronto è stato compiuto in funzione del fattore di efficienza economico-ambientale €CO: indicatore di sintesi che combina le performance ambientale ed economica.
Alla definizione dello scopo dell'analisi è, inoltre, strettamente connessa l'individuazione dei confini del sistema, dove, con "sistema", si intende l'insieme di processi attivati durante l'intero ciclo di vita dell'edificio. Si possono distinguere, a questo proposito, due scale di confine del sistema: scala di "edificio" (l'analisi considera solo l'involucro edilizio, tralasciando strutture e impianti) e scala di "processo" (scelta dei processi da includere nell'analisi per ogni fase del ciclo di vita).
Nel modello adottato, sono state considerate le fasi del ciclo di vita rappresentate nella figura 4, a cui corrispondono i seguenti processi:
• estrazione delle materie prime;
• trasporto al luogo di produzione;
• trasformazione delle materie prime e produzione dei materiali costituenti l'involucro edilizio;
• fornitura e posa dei materiali di involucro per la fase di costruzione;
• manutenzione ciclica dei materiali o componenti che costituiscono l'involucro durante la fase d'uso dell'edificio (tinteggiatura, ripristino, riparazioni);
• sostituzione di materiali o componenti in funzione della durata funzionale e/o perdita prestazionale della parete (prestazioni termiche) per impossibilità di sostituzione;
• demolizione dell'edificio e dei suoi componenti;
• riciclaggio/smaltimento in discarica dei materiali.
Osservando la figura 4, è importante evidenziare che il periodo di analisi della valutazione ambientale inizia dalla fase di acquisizione delle materie prime e termina con quella di "fine vita". Sono stati, però, esclusi dalla filiera i trasporti dei materiali costituenti l'involucro edilizio, dallo stabilimento di produzione al cantiere, in quanto la distanza varia in base alla localizzazione dell'opera (ad esempio, edificio in zona urbanizzata o edificio in alta montagna, ecc.) e varia il tipo di mezzo di trasporto in relazione alla quantità di materiale da trasportare e alla grandezza del cantiere (ad esempio, residenza da 100 m2 o complesso edilizio da 5000 m2). Per le stesse motivazioni, è stata esclusa dalla filiera l'e- nergia spesa in fase di cantiere per il montaggio e la movimentazione dei componenti.
La valutazione economica, invece, inizia nel momento in cui avviene il pagamento e si pianificano gli investimenti futuri, ossia nel momento in cui avviene l'acquisto e la posa dei prodotti edilizi, e termina alla fine del periodo di analisi.
Il modello di valutazione, applicandosi a soluzioni tecniche di involucro indipendentemente dal riferimento alla loro specifica collocazione in un edificio, può tenere conto solo indirettamente della fase di esercizio. Mentre, nel caso di valutazioni applicate ad uno specifico contesto di progetto e di uso, tale fase riguarda anche impatti e costi legati all'approvvigionamento dell'energia e dei combustibili, all'uso e allo smaltimento delle acque, alla gestione dei rifiuti, alla sicurezza dell'edificio, ecc. Nell'applicazione del modello che caratterizza il presente studio, la fase di esercizio è indirettamente considerata nel modo in cui è definita l'unità funzionale di analisi.
A tale riguardo, come già anticipato, l'unità funzionale adottata nella ricerca qui illustrata è il metro quadrato di elemento tecnico di involucro edilizio per unità di trasmittanza termica periodica (YIE), ipotizzando come vita utile dell'edificio 70 anni. In questo modo, è stato possibile confrontare stratigrafie con durata e prestazioni termiche diverse.
Nei casi in cui la perdita di prestazione dovuta alla mancata durata fisica di un materiale o di un componente non sia recuperabile attraverso interventi di manutenzione o sostituzione (ad esempio, un materiale isolante nella parete a cassavuota), si è scelto di includere nella valutazione una quota associata all'aumento di energia, se pur limitatamente alla sola climatizzazione invernale, necessaria nella fase di esercizio per mantenere il riferimento alla stessa unità di prestazione termica.

Calcolo della performance ambientale
Secondo l'ultimo rapporto del Gruppo di Lavoro sul Life Cycle Costing del SETAC, riguardante il modello Environmental LCC, e seguendo le indicazioni del gruppo di lavoro WG4 del CEN TC 350, la variabile ambientale può essere sintetizzata, in termini di effetto, in uno o più indicatori, ovvero può essere rappresentata anche da un solo indicatore di impatto nel caso in cui quest'ultimo risulti determinante sul peso ambientale totale del prodotto analizzato.
Nel caso specifico, analizzando i dati ambientali della maggior parte dei prodotti per l'edilizia, si è scelto di prendere in con- siderazione due indicatori:
• GWP100 - Global Warming Potential: impatti che provocano l'effetto serra a cent'anni;
• GER - Gross Energy Requirement: consumo di risorse energeti- che primarie.

Calcolo della performance economica
Misurare l'aspetto economico può sembrare apparentemente più semplice rispetto alla performance ambientale: i dati sono relativamente disponibili e il metodo di calcolo da adottare è stato, anche se solo da pochi mesi, normalizzato dall'ISO. Tuttavia, i costi del ciclo di vita sono molto difficili da valutare in quanto variano, anche significativamente, in relazione ai tassi di inflazione e di sconto che vengono assunti e alla durabilità del materiale, garantita dal produttore, che influisce sul numero di sostituzioni e/o di cicli manutentivi durante la vita utile dell'edificio e, di conseguenza, sui costi di sostituzione e manutenzione. In altre parole, all'interno della valutazione economica, il ruolo del "tempo" è certamente determinante e può essere causa di incertezza e risultati aleatori.
Il metodo LCC, secondo la norma ISO 15686-5, somma tutti i costi di rilievo, associati ad ogni elemento costruttivo, che si dovranno sostenere durante il periodo di analisi. In base alle analisi condotte, si può, quindi, affermare che l'indicatore economico costituisce, insieme agli indicatori ambientali, un parametro di input da inserire nell'algoritmo di calcolo del modello di valuta- zione economico-ambientale e deriva dalla somma dei costi cal- colati con il metodo LCC, secondo l'equazione
LCC = Cf + Cp + Cm + Cs + Ce + Cfv
I costi di fornitura (Cf) e i costi posa (Cp) sono stati ricavati dal prezzo di mercato. Per la fase d'uso, i costi di manutenzione (Cm) e/o di sostituzione (Cs) di uno o più strati che compongono l'elemento tecnico sono stati ricavati da prezzario o da manuali, e attualizzati rispetto al 2008 in relazione all'anno in cui avverrà la sostituzione.
Nel caso in cui non sia stato ipotizzabile sostituire uno strato, è stato calcolato il costo di "perdita di performance prestazionale" (costo di esercizio Ce), associato ai kWh di energia termica consumata a causa dell'aumento del fabbisogno di riscaldamento, ipotizzando un generatore di calore, di potenza inferiore a 100 kW, che utilizza il gas naturale come combustibile (il prezzo del gas è stato ricavato da bollette e da dati forniti da aziende energetiche italiane). I costi di fine vita (Cfv) sono, infine, rappresentati dai costi di demolizione, di trasporto in discarica e di smaltimento e/o recupero. L'attualizzazione dei costi futuri è stata compiuta in fase di inventario utilizzando un tasso di sconto del 5%.

Casi-studio: chiusure opache verticali
La scelta dei casi-studio si è orientata verso tecnologie costruttive che avessero valori di trasmittanza termica periodica (YIE) minori di 0,12 W/m2K, come previsto dal D.P.R. del 2 aprile 2009, n. 59 (art. 4, comma 18, lettera b, numero 1.2), in modo da considerare gli effetti climatici sia invernali che estivi.
Come benchmark di riferimento è stato scelto il metodo costruttivo Business As Usual (BAU), ovvero il metodo standard usato nella pratica corrente degli ultimi decenni per la realizzazione di pareti esterne nell'Italia settentrionale (U = 0,33 W/m2K, Y = 0,11 W/m2K, Fig. 1).

Fig. 1

Il BAU è stato messo a confronto con tecnologie costruttive alternative disponibili sul mercato locale, quali:
• C11: parete monostrato solo intonacata (U = 0,32 W/m2K, YIE = 0,01 W/m2K, Fig. 2);



• C12: parete pluristrato con cappotto esterno (U = 0,32 W/m2K, YIE = 0,02 W/m2K, Fig. 3);

Fig. 3


• C13: parete pluristrato con intercapedine isolata (U = 0,34 W/m2K, YIE = 0,05 W/m2K, Fig. 4).

Fig. 4

Risultati: calcolo del fattore di efficienza economico-ambientale
Per ciascun elemento tecnico, è stata effettuata una valutazione degli impatti energetico-ambientali,calcolando il consumo di risorse (GER) e il potenziale effetto serra (GWP). Contemporaneamente, è stato stimato il costo globale (LCC). La ricerca si è orientata, per la valutazione degli impatti, verso tre metodi ad"indicatore unico":
• IPCC 2007 GWP 100 a, per il calcolo dell'indicatore GWP a cent'anni;
Cumulative Energy Demand (CED 1.01), per il calcolo del GER;
• LCC, per il calcolo del costo globale nel ciclo di vita.
Esaminando i risultati ottenuti dalle valutazioni di impatto sopra descritte, si possono fare alcune osservazioni, prima di proseguire con le conclusioni sul calcolo del fattore di sintesi.

GlobalWarming Potential (GWP)
Considerando l'intero ciclo di vita, BAU è la stratigrafia che ha emissioni più alte, mentre C11 (monostrato) e C12 (cappotto esterno) presentano valori più bassi. In fase d'uso, BAU e C13 hanno valori di GWP più alti a causa della perdita di resistenza dell'elemento tecnico (non è possibile sostituire l'isolamento all'interno della parete) e al conseguente aumento di energia per il riscaldamento (Fig. 5).

Fig. 5


Consumo di risorse energetiche (GER)
Considerando l'intero ciclo di vita, BAU è la stratigrafia che ha l'impatto maggiore, mentre C11 (monostrato) e C12 (cappotto esterno) risultano con incidenze più basse. In fase d'uso, il consumo di risorse delle stratigrafie C11 e C12 è molto basso. Ciò è dovuto alla durabilità molto alta del materiale (C11) o alla possibilità di sostituzione, durante la vita utile, dell'isolamento esterno (C12), che permettono di mantenere inalterata la resistenza termica e, di conseguenza, do evitare aumenti di energia per il riscaldamento invernale (Fig. 6).

Fig. 6


Life Cycle Costing (LCC)
Considerando l'intero ciclo di vita, BAU è la stratigrafia più costosa (Fig. 7).

Fig. 7


Calcolo dell'indicatore di sintesi €CO
Il modello sviluppato ha permesso, quindi, di confrontare ciascuna alternativa costruttiva con il benchmark (BAU): sono state calcolate la performance economica XLCC, la performance ambientale, in relazione all'impatto GWP, XGWP e la performance ambientale, in relazione all'impatto GER, XGER.
Infine, ad ogni fattore di performance è stato associato un peso per ricavare il fattore di efficienza €CO, così come espresso dalla seguente equazione:
€CO = (XLCC · ηLCC) + (XGWP · ηGWP) + (XGER · ηGER) dove:
XLCC = performance economica
XGWP = performance ambientale in relazione all'impatto
GWP XGER = performance ambientale in relazione all'impatto GER
ηLCC = peso dell'impatto LCC in percentuale
ηGWP = peso dell'impatto GWP in percentuale
ηGER = Peso dell'impatto GER in percentuale essendo ηLCC + ηGWP + ηGER = 1

Conclusioni

Lo studio, misurando il fattore economico-ambientale delle tecnologie analizzate, si propone di valutare la tecnologia economicamente e ambientalmente più vantaggiosa rispetto al BAU, ipotizzando di considerare due scenari relativi al peso degli impatti:
a) 1/3 LCC, 1/3 GWP e 1/3 GER
b) peso uguale (1/2 impatto economico e 1/2 impatto ambientale).
Il grafico di fig. 13 mostra i valori ottenuti. Tenendo presente che la migliore efficienza economico-ambientale si ha per valori di €CO più vicini a 1 (benchmark = 0), le soluzioni C11 (monostrato) e C12 (cappotto esterno) risultano essere quelle economicamente e ambientalmente più efficienti in entrambi gli scenari di "pesatura".
Concludendo, si può affermare che la ricerca svolta, inserendosi nell'ambito internazionale del Life Cycle Thinking, intende fornire un contributo per la messa a punto di sistemi di valutazione edilizia integrata, "ambiente/costi/energia" nel ciclo di vita, per il confronto di componenti di involucro.
A questo proposito, tra le possibili azioni da intraprendere per implementare e migliorare le caratteristiche della metodologia sviluppata, sarebbe utile estendere i confini del sistema a scala di "edificio", passando da una valutazione applicata al componente edilizio, utilizzabile in fase di progettazione preliminare o di confronto fra prodotti/componenti, ad una valutazione riferita ad uno specifico progetto o ad un edificio costruito. 

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