Innovazione sostenibile per l'architettura by ETEROTOPIE lab

LA DIFFICILE SOSTENIBILITA’ CONTEMPORANEA

Pietro Zennaro

INTRODUZIONE

TERRA CRUDA

VEGETAZIONE

LEGNO

LAPIDEI

CERAMICI

LEGANTI

METALLI

VETRO

MATERIE PLASTICHE

Alessandro Premier

Alessandro Premier Amina Dehò

Alessandro Premier

Chiara Gregoris

Alessandro Premier

Veronica Brustolon

Alessandro Premier

indice

INDICE

indice

TESSUTI

109

COMPOSITI E RICOMPOSTI

125

SMART

133

REALIZZAZIONI

143

NORME TECNICHE

201

NOTE BIOGRAFICHE

211

FONTI ICONOGRAFICHE

213

Pietro Zennaro Chiara Gregoris

Anna Martini

Alessandro Premier

Il libro si articola in 12 capitoli, ognuno dedicato ad una famiglia di materiali e relative tecnologie e prodotti. L’indice segue un ordine che si potrebbe definire “cronologico” trattando, in prima battuta, i materiali naturali o naturalizzati (terra cruda, vegetazione, legno, lapidei) e di conseguenza i materiali artificiali (ceramici, leganti, metalli, vetro, materie plastiche, tessuti, compositi e ricomposti, smart). Consapevoli che più o meno tutti i materiali della contemporaneità subiscono processi di ibridazione (si pensi ad esempio al legno ricomposto, alla pietra ricomposta, ai tessuti misti ecc.) e i loro prodotti derivano da tecnologie che sono in costante evoluzione e perfezionamento, si è cercato di condurre per mano il lettore partendo dai materiali più vicini alla tradizione fino a quelli più innovativi. Laddove per materiali innovativi intendiamo quelli che probabilmente esprimono lo sviluppo delle più avanzate istanze della ricerca scientifica e tecnologica in ambito edilizio. Ogni capitolo è strutturato secondo uno schema analogo in modo da facilitare il lettore nel confronto fra le varie soluzioni tecnologiche: introduzione, cenni storici, produzione, applicazione, durabilità, life cycle assessment, conclusioni. Ogni tecnologia può richiedere poi approfondimenti specifici valutati di volta in volta dai singoli autori. Si è privilegiato un metodo volto a prendere in partita l’intero ciclo di vita dei materiali, delle tecnologie, dei prodotti analizzati e le loro applicazioni in architettura. Per questo motivo, all’interno dei vari capitoli, ricorrono alcuni termini fondamentali per la comprensione di queste tematiche che si ritiene di dover esplicitare di seguito. Life Cycle Assessment (LCA): valutazione del ciclo di vita. Si tratta di una metodologia che valuta un insieme di interazioni che un prodotto o un servizio ha con l’ambiente, considerando il suo intero ciclo di vita che include le fasi di estrazione delle materie prime, produzione, distribuzione, uso, manutenzione, riuso, riciclaggio e/o dismissione finale. La procedura LCA è stan-

dardizzata a livello internazionale dalle norme ISO 14040 e 14044. Global Warming Potential (GWP): potenziale di riscaldamento globale. È un valore che esprime il contributo all’effetto serra di un gas serra relativamente all’effetto della CO2, il cui potenziale di riferimento è pari a 1. Ogni valore di GWP è calcolato per uno specifico intervallo di tempo (in genere 20, 100 o 500 anni). Gross Energy Requirement (GER): consumo di risorse. Indica l’energia totale (rinnovabile e non rinnovabile) sottratta all’ambiente durante il ciclo di vita di un’unità funzionale del prodotto o servizio analizzato. Comprende il contenuto energetico delle materie prime, i consumi legati a processi, lavorazioni e trasporti. Si esprime in MJ o in kWh (1 kWh = 3,6 MJ). Acidification Potential (AP): potenziale di acidificazione. È un fenomeno, comunemente noto come “piogge acide”, per il quale le precipitazioni atmosferiche risultano avere un pH inferiore alla norma a causa di emissioni di SO2, di NOx (sigla generica che identifica collettivamente tutti gli ossidi di azoto e le loro miscele) e di NH3, che sono quindi compresi nell’indicatore di Acidification Potential (AP) espresso in moli di H+ prodotte. Eutrophication Potential (EP): potenziale di eutrofizzazione. Indica l’arricchimento dei corsi d’acqua in nutrienti. Questo arricchimento determina squilibri negli ecosistemi acquatici dovuti all’eccessivo sviluppo di flora e fauna. Il potenziale di eutrofizzazione comprende in particolare la presenza di sali di fosforo e di azoto e si esprime come grammi di ossigeno equivalenti (g O2). Embodied Energy: energia incorporata o energia grigia. Con questo termine si intende generalmente la quantità di energia necessaria per produrre, trasportare fino al luogo di utilizzo e smaltire un prodotto o un materiale o per assicurare un servizio. Esistono diverse metodologie di valutazione dell’energia grigia. Alcune puntano ad esprimerla in termini di consumo di petrolio necessario, altre la valutano in termini di quantità di luce solare utilizzata nei processi ecologici. Operational Energy: energia operativa

introduzione

INTRODUZIONE

introduzione

mento di un manufatto finito, sulla sua utile durata della vita, escludendo l’energia incorporata e l’energia necessaria per demolire, smontare e smaltire il manufatto quando la sua vita è finita. Impronta ecologica. È un indicatore utilizzato per valutare il consumo umano di risorse naturali rispetto alla capacità del pianeta Terra di rigenerarle. Il calcolo dell’impronta ecologica è effettuato da enti di ricerca che collaborano col Global Footprint Network. Carbon Footprint (CF): impronta del carbonio. Rappresenta l’emissione di gas che alterano il clima (CO2, CH4, N2O, HFCs, PFCs e SF6) attribuibile ad un prodotto, un’organizzazione o un individuo. Serve a misurare l’impatto che tali emissioni hanno sui cambiamenti climatici di origine antropica. Si esprime in termini di kg di CO2 e CO2 equivalente. Per la Carbon Footprint di Prodotto (CFP) il riferimento normativo è la ISO 14067; per la Carbon Footprint di un’organizzazione i riferimenti sono GHG Protocol e ISO 14064-1. Bilancio ecologico. È un termine generico che indica un bilancio particolareggiato che consente il confronto degli impatti ambientali (consumi energetici ed idrici, produzione di rifiuti, emissioni, ecc.) di due o più prodotti, gruppi di prodotti, sistemi, processi di produzione, procedimenti e comportamenti allo scopo di individuare eventuali inquinanti o di creare e promuovere prodotti e processi di produzione più ecologici. Efficienza energetica. Secondo la norma UNI CEI EN ISO 50001:2011 è “il rapporto o altra relazione quantitativa tra i risultati in termini di prestazioni, servizi, beni o energia, e l’immissione di energia”. Secondo il D.lgs 30 maggio 2008, n. 115 è “il rapporto tra i risultati in termini di rendimento, servizi, merci o energia, da intendersi come prestazione fornita, e l’immissione di energia”. Energy Returned On Energy Invested o Energy Return On Investment (EROEI o EROI): ritorno energetico sull’investimento energetico. È un coefficiente che riferito a una data fonte di energia ne indica la sua convenienza in termini di resa energetica. Matematicamente è il rapporto tra l’energia ricavata e tutta l’energia spesa per arrivare al suo ottenimento. Si applica alle principali fonti energetiche.

Fonte di energia primaria. Si tratta di una fonte di energia presente in natura, che non deriva quindi dalla trasformazione di altre forme di energia. Rientrano in questa classificazione sia fonti rinnovabili come energia solare, eolica, idroelettrica, geotermica e da biomassa che fonti esauribili come petrolio grezzo, gas naturale, carbone o energia nucleare. Fonte di energia secondaria. È una fonte energetica non direttamente disponibile in natura che può essere prodotta partendo da una fonte di energia primaria. Rientrano in questa classificazione l’energia elettrica, la benzina, il gasolio, il GPL e l’idrogeno. Isola di calore. È il fenomeno che determina un microclima più caldo all’interno delle aree urbane cittadine, rispetto alle circostanti zone periferiche e rurali. Certificazione energetica degli edifici. È una procedura di valutazione prevista dalle direttive europee 2002/91/CE e 2006/32/CE. Si tratta della disciplina complessivamente stabilita in tema di rendimento energetico dell’edilizia contenuta nel D.lgs. 19 agosto 2005, n. 192 e successive modifiche ed integrazioni. È inoltre riferibile al complesso delle operazioni svolte, dai soggetti a ciò abilitati, per il rilascio dell’attestato di prestazione energetica (APE) degli edifici. Leadership in Energy and Environmental Design (LEED). È il sistema statunitense di classificazione dell’efficienza energetica e dell’impronta ecologica degli edifici. È stato sviluppato dallo U.S. Green Building Council (USGBC) e fornisce un insieme di standard di misura per valutare le costruzioni ambientalmente sostenibili. Si tratta di un processo aperto dove i criteri tecnici proposti dai comitati LEED vengono pubblicamente rivisti per l’approvazione da più di 10.000 organizzazioni che fanno parte del USGBC. Il superamento degli esami di abilitazione del Green Building Certification Institute conferisce al professionista il titolo di LEED Accredited Professional (LEED AP). Il libro è corredato da una serie di esempi di particolari costruttivi di specifici edifici completi di legenda, riferiti alle tecnologie, ai materiali e ai prodotti analizzati nei singoli capitoli. In appendice è riportata una selezione di norme

introduzione

tecniche relative alle piĂš importanti tematiche trattate. In sintesi il libro vuole porsi come unâ&#x20AC;&#x2122;utile guida alla scelta di tecnologie, materiali e prodotti che potrebbero, di volta in volta, adattarsi in modo piĂš efficace alle esigenze specifiche di un progetto.

Il libro Ă¨ dedicato agli addetti ai lavori e agli studenti che, rispettivamente, nella professione e nelle aule universitarie si occupano della progettazione di edifici, ben sapendo che i temi trattati dovrebbero essere ormai impliciti in qualunque processo progettuale.

Alessandro Premier

Nel panorama edilizio contemporaneo hanno trovato spazio soluzioni tecnologiche che prevedono l’integrazione di elementi vegetali nello strato più esterno delle chiusure orizzontali e, più recentemente, di quelle verticali. Si parla comunemente di “tetti verdi”, di “pareti vegetali” o di “giardini verticali”. Si tratta

di soluzioni tecnologiche che sembrano essere adottate con un duplice scopo: da una parte ottenere l’isolamento acustico e termico degli edifici attraverso uno strato vegetale in grado di abbassare la temperatura dell’aria in ambiente urbano e trattenere le polveri sottili, e dall’altra conferire un aspetto “green” agli edifici.

Sorvolando sulla tradizione primitiva di costruire capanne e/o parti di edificio servendosi di vegetazione (ad es. tetti di paglia), tracce di integrazione fra edifici e vegetazione ci giungono dall’antichità. Una delle sette meraviglie del mondo antico erano infatti i giardini pensili di Babilonia (590 a.e.v. circa): delle terrazze ricche di vegetazione situate presumibilmente sopra gli edifici cittadini (non esistendo testimonianze archeologiche certe sono state elaborate diverse teorie in merito). Altri giardini pensili furono costruiti dai romani (mausoleo di Augusto) e successivamente ripresi nel Rinascimento, ad esempio da Bernardo Rossellino in Palazzo Piccolomini a Pienza e da Francesco di Giorgio Martini nel Palazzo Ducale di Urbino. Ci è nota poi la tradizione comune, specialmente negli ambienti rurali, di lasciar crescere piante rampicanti sulle pareti degli edifici (ad es. edera, gelsomino, glicine, passiflora ecc.) per abbellire, rinfrescare e talvolta isolare acusticamente. In alcuni paesi nordici vi era poi l’usanza di rivestire i tetti degli edifici con corteccia di betulla e terriccio che successivamente si ricopriva di vegetazione, anche spontanea.

Nei primi decenni del Novecento, alcuni architetti modernisti si sono interessati al tema del tetto giardino. In particolare, Le Corbusier inserisce fra i cinque punti della nuova architettura il “toit-terrasse” (Verse une architecture, 1923). Si tratta di utilizzare a giardino parte degli spazi ricavati dall’uso di coperture piane. Nel secondo dopoguerra con la crescita in molte parti del mondo dei quartieri popolari e degli slum l’individuo cerca di riappropriarsi di un pezzo di verde che non può avere nel luogo in cui vive e che ricrea, ad esempio, nel proprio terrazzo. In alcuni casi per ragioni di sopravvivenza si coltivano veri e propri orti. In Germania negli anni Sessanta si sviluppa la configurazione attuale dei tetti verdi. Più tardi con l’affacciarsi della globalizzazione e delle tematiche legate alla sostenibilità ambientale si sviluppano nei paesi occidentali i concetti di “orto urbano” e di “parete vegetale”. In particolare , il concetto di “parete vegetale” (mur végétal) ha incontrato un certo successo negli ultimi anni attraverso la collaborazione fra il botanico francese Patrick Blanc e celebri architetti quali Jean Nouvel (Musée du quai Branly, Parigi, 2005) e Herzog & de Meuron (CaixaForum Art Museum, Madrid, 2007).

Molti anni di sperimentazione e perfezionamento delle tecniche costruttive sono passati da quando Le Corbusier proponeva la sua idea di tetto giardino. In realtà Le Corbusier si ispirava soprattutto al concetto di giardino pensile dove solo alcune parti della terrazza erano adibite, in appositi spazi, alla piantumazione di vegetali anche a basso/medio fusto (vedi Ville Savoye o Weißenhofsiedlung). Più recentemente il concetto di “toit-ter-

rasse” si è fuso con certe tradizioni nordiche che vedevano l’intera copertura dell’edificio rivestita con terra e vegetazione. Si può affermare che oggi il tetto verde sia una soluzione tecnologica di uso comune, spinta anche dalla promozione di certe pratiche progettuali come la bioedilizia. Un comune tetto verde è oggi costituito dalla stratigrafia indicata nella tabella 1.

vegetazione

VEGETAZIONE

Introduzione

Cenni storici

Applicazione

prezzo di mercato dei materiali, i costi di costruzione, il risparmio energetico ottenuto, la gestione delle acque piovane e la riduzione di emissione dei gas ad effetto serra GHG (Tab. 7). Gli edifici unifamiliari sembrano avere costi maggiori per l’installazione di tetti verdi, maggior consumo di energia e maggior rilascio di gas serra rispetto agli edifici plurifamiliari o commerciali (Tab. 7). Energia impiegata (MWh)

Costi privati ($) Tipo di edificio

Superficie sostituita Materiali Costruzione (mq)

Totale

GHGs rilasciati (MT CO2 eq.)

Materiali Costruzione Materiali Costruzione

Unifamiliare

1,600

$5,100

$7,600

$13,000

0.41

19,000

3,000

Plurifamiliare

100

$690

$1,400

5.9

0.042

1,800

270

Commerciale

200

$1,400

$2,200

$3,600

0.14

4,600

840

Tutti

1,900

$7,200

$10,000

$17,000

0.59

25,000

4,100

Tab. 7 Costi, energia impiegata e GHGs rilasciati dalla sostituzione del 30% dei tetti esistenti con tetti verdi in un tipico quartiere urbano per 30 anni (Blackhurst, Hendrickson, Matthews, 2010)

Riduzione dell’energia elettrica utilizzata (MWh) Privata Tipo di edificio Unifamiliare Plurifamiliare Commerciale Tutti

Sociale

Risparmio Risparmio energetico energetico diretto nell’UHI

4,700 790 3,500 9,100

67,000 11,000 28,000 110,000

Benefici privati

Benefici pubblici

Risparmio energetico nel CSO

Totale

Valore di mercato del risparmio energetico

530 32 67 640

67,000 11,000 28,000 110,000

$210 $34 $150 $390

$7,200 $1,200 $3,100 $12,000

Tab. 8 Riduzione dell’energia elettrica utilizzata dovuta all’installazione dei tetti verdi su un periodo di 30 anni (Blackhurst, Hendrickson, Matthews, 2010)

I dati sul risparmio energetico (Tab. 8) sembrano essere più significativi per le abitazioni unifamiliari perché la superficie rivestita a verde è decisamente maggiore (vedi Tab. 7). Si noti che con l’acronimo UHI (Urban Heat Island) si intende un’area metropolitana che è significativamente più calda rispetto ad altre zone rurali limitrofe a causa delle attività umane. Con CSO (Combined Sewer Overflows) si intende un sistema fognario (molto diffuso nei centri urbani statu-

nitensi) che combina l’afflusso di acque nere e acque piovane. Si tenga presente inoltre che si suppone che il risparmio energetico si verifichi su edifici vetusti o non adeguatamente isolati. Una comparazione con soluzioni tecnologiche alternative sarebbe da valutare. La tabella 9 indica la riduzione delle emissioni di gas serra in 30 anni. Anche in questo caso i valori più elevati nelle abitazioni unifamiliari sembrano dovuti alla maggior superficie rivestita a verde.

vegetazione

La seconda ricerca presa in esame è incentrata sul rapporto costi-benefici dei tetti verdi. Nel 2010 i ricercatori Blackhurst, Hendrickson e Matthews hanno valutato l’installazione estesa di tetti verdi in un quartiere ad uso misto (residenziale/direzionale/commerciale) considerandone il ciclo di vita in 30 anni. Per valutare il rapporto costi-benefici privati e pubblici sono stati analizzati: il