Efficienza energetica e valutazione ambientale nel settore residenziale.

Analisi del ciclo di vita di un edificio passivo

Relatore: Prof. Zecchin RobertoCorrelatore: Ing. Neri Paolo Laureando: Pavanello Romeo

Tesi di Laurea in Ingegneria Meccanica (V.O.)

Università degli Studi di Padova - Centro Ricerche ENEA di Bologna

Università degli Studi di Padova - Centro Ricerche ENEA di Bologna

• Valutare l’efficienza energetica di un edificio passivo

• Valutare l’impatto ambientale di un edificio passivo

• Metodo: LCA (Analisi del Ciclo di Vita)

Obiettivi della ricerca

Definizione di Casa Passiva

Fabbisogno invernale (casa passiva): 14 kWh/m2annoFabbisogno invernale (legge 10/91): 70-150 kWh/m2anno

Definizione di LCA (Life Cycle Assessment)

• SETAC (Society of Enviromental Toxicology and Chemistry):

“E’ un procedimento che permette di valutare gli impatti ambientali associati ad un prodotto, processo o attività, attraverso l’identificazione e la quantificazione dei consumi di materia, energia ed emissioni nell’ambiente e l’identificazione e la valutazione delle opportunità per diminuire questi impatti.

• Norme ISO 14040:2006 e 14044:2006

• Confini del sistema: estrazione delle risorse, produzione dei materiali, cantiere edile, costruzione, uso (manutenzione e consumi energetici) e dismissione di edificio e impianti.

• Unità Funzionale: edificio durante una vita utile assunta di 100 anni.

INVENTARIOINVENTARIO

Banca DatiBanca Dati

Classificazione per categorie di impattoClassificazione per categorie di impatto

e per categorie di danno

e per categorie di dannoCaratterizzazioneCaratterizzazione

NormalizzazioneNormalizzazione

Valutazione ambientaleValutazione ambientale

Obiettivi dello studioUnità Funzionale

Confini del Sistema

Obiettivi dello studioUnità Funzionale

Confini del Sistema

Materiali

Processi

Energie

Materiali

Processi

Energie

EmissioniEmissioni

Schema logico dell’ LCA

Metodi di valutazione

Impact 2002+Impact 2002+SVIZZERASVIZZERA

EDIPEDIPDANIMARCADANIMARCA

EcoIndicator 99EcoIndicator 99

OLANDAOLANDA

EPS 2000EPS 2000SVEZIASVEZIA

L’edificio passivo Semilcos di Vicenza

Prospetto Nord

L’edificio passivo Semilcos di Vicenza

Prospetto Sud

Appartamento B2: scelta dei moduli

Appartamento B2 (100 mq)

Muratura esterna sp. 57,5 cmTrasmittanza: 0,109 W/m2K (<0,37 W/m2K)

Muratura su vano scale sp. 48 cmTrasmittanza: 0,209 W/m2K (<0,37 W/m2K)

Serramenti: triplo strato sp. 12 mmTrasmittanza: 0,6 W/m2K (<2,4 W/m2K)

MURATURA ESTERNA spessore 57,5 cm - trasmittanza 0,109 W/m2K

Temp. esterna invernale:

- 5°C

Temp. interna invernale:

+ 20°C

MURATURA su VANO SCALE spessore 48 cm - trasmittanza 0,209 W/m2K

Temp. interna invernale:

+ 20°C

Temp. interna invernale:

+ 13°C

Appartamento B2 (100 mq)

Solaio sopra i garage sp. 75 cmTrasmittanza: 0,109 W/m2K (<0,38 W/m2K)

Solaio di copertura sp. 65 cmTrasmittanza: 0,103 W/m2K (<0,32 W/m2K)

SOLAIO sopra i GARAGE spessore 75 cm - trasmittanza 0,109 W/m2K

Temp. interna invernale:

+ 20°C

Temp. esterna invernale: + 13°C

Fabbisogno energetico invernaleAppartamento B2 (dati da Termotecnica):

• Energia primaria = 1383 kWh/a (con ventilazione forzata)

• Efficienza energetica = 13,83 kWh/m2a (superficie calpestabile 100 mq)

• 497900 MJ (100 anni) = 134567,6 kWh (COP=3,7)

LCA dell’appartamento B2

Riscaldamento

Raffrescamento

Acqua calda

sanitariaGarage

Solaiointerpiano

Muraturaesterna

Solaiosopra

garage

Muraturainterna

Fossil FuelsFossil FuelsRespiratory inorganics

Respiratory inorganics

Land UseLand Use

LCA dell’edificio

Riscaldamento

Raffrescamento

Acqua calda

sanitariaGarage

SolaioInterpiano

(4)

Muraturaesterna

Solaiosopra

garage

CoperturaMuraturasu vano

scala

Muraturainterna Fondazioni

Fossil FuelsFossil Fuels

Respiratory inorganics

Respiratory inorganics

Land UseLand Use

Edificio Passivo–Metodo EcoIndicator99*

In Human Health:• categoria di impatto maggiore è Respiratory inorganics dovuto

a Particulate;• danno maggiore è in Garage e Raffrescamento estivo dovuto a

CO2;

In Ecosystem Quality:• categoria di impatto maggiore è Land use dovuto a

Occupation, construction site;• danno maggiore è in Edificio;

In Resources:• categoria di impatto maggiore è Fossil Fuels dovuto a Oil

crude e Gas natural;• danno maggiore è in Raffrescamento estivo;

* banca dati modificata

Edificio: confronto tra le fasi del ciclo di vita

Costruzione e Dismissione Fase d’uso(100 anni)

Danno:10,1 E4 Pt

69,28%del totale

Danno:4,46 E4 Pt

30,72%del totale

Energia:12,06 E6 MJ

59,61%del totale

Energia:8,04 E6 MJ

40,39%del totale

Riscald: 10%Raffrescam: 17%

ACS : 4%

Rapporto di proporzionalità = 9

Fase del ciclo di vita: costruzione e dismissioneRapporto tra i punteggi di danno pari a 9,87

Appartamento B2 Edificio

Rapporto di proporzionalità = 9

Fase del ciclo di vita: fase d’uso (riscaldam., raffrescam.,acqua calda sanitaria)

Rapporto tra i punteggi di danno pari a 6,84

Appartamento B2Edificio

Rapporto di proporzionalità = 9

Il ciclo di vita intero Rapporto tra i punteggi di danno pari a 8,56

Edificio Appartamento B2

Edificio a norma d.lgs.311 dal 01/01/08

Trasmittanza da d.lgs.311 dal 01/01/08:• strutture opache verticali: 0,37 W/m2K• strutture opache di copertura: 0,32 W/m2K• pavimenti verso locali non riscaldati o verso l’esterno: 0,38 W/m2K

Edificio modificato a norma di legge (uguale S/V e serramenti):• muratura esterna: spessore da 20 a 1 cm (da 0,11 a 0,35 W/m2K)• copertura: spessore da 30 a 9 cm (da 0,11 a 0,31 W/m2K) • solaio sopra i garage: spessore da 25 a 9 cm (da 0,11 a 0,347 W/m2K)

Dati da Termotecnica:• energia primaria invernale (ventilaz. forzata): da 30379 MJ a 73083 MJ• energia primaria invernale (ventilaz. naturale): da 30379 MJ a 173623 MJ• aumento trasmittanza di 3 volte aumento energia primaria di 5,7 volte di

cui:– aumento perdite per trasmissione di 2,4 volte– aumento perdite di ventilazione di 3,3 volte

Confronto tra l’edifico passivo e l’edificio modificato

Costruzione e Dismissione

Edificio a norma 2008 Edificio passivo

riduzione di energia:6,3 %

riduzione del danno:3,33 %

Confronto tra l’edifico passivo e l’edificio modificato

Fase d’uso: riscaldamento e raffrescamento

aumento di energia158 %

aumento del danno:153 %

Edificio a norma 2008 Edificio passivo

Fine vita - Processo di Incenerimento• Processo di riciclo: raccolta, trasporto, separazione e

incenerimento• Coprodotto processo di riciclo: produzione di energia

termica&elettrica• Allocazione energetica: energia consumata dal processo di riciclo

rispetto all’energia totale (MJ/kg)

con prodotto evitatocon prodotto evitato

senza prodotto evitatosenza prodotto evitatocon coprodotto

allocazione: 59,25% del processo

(senza prodotto evitato)

con coprodotto

allocazione: 59,25% del processo

(senza prodotto evitato)

Fine vita – Processo di riciclo: acciaio

• Processo di riciclo: raccolta, pressatura e trasporto materiale• Coprodotto processo di riciclo: produzione di acciaio secondario• Allocazione energetica: energia consumata dal processo di riciclo

rispetto all’energia totale (MJ/kg)

con coprodotto

allocazione: 4,53% del processo

(senza prodotto evitato)

con coprodotto

allocazione: 4,53% del processo

(senza prodotto evitato)

con prodotto evitatocon prodotto evitato

senza prodotto evitatosenza prodotto evitato

Impatto ambientale da illuminazione

Ipotesi: 50% di energia per illuminazione dipende dalle caratteristiche architettoniche dell’edificio

Edificio passivo:energia non rinnovabile è 35% del totale1,5 volte superiore al riscald.+raffrescam.

Impatto ambientale da illuminazione

Ipotesi: 50% di energia per illuminazione dipende dalle caratteristiche architettoniche

dell’edificio

Edificio a norma 2008:energia non rinnovabile è 26% del totale0,5 volte superiore al riscald.+raffrescam.

Analisi dei costi interni ed esterni

COSTI INTERNI

• COSTRUZIONE 528000 €• USO 6722 €/anno

(riscald+raffrescam)(0,19 €/kWh)

RISPARMIO 10870 €/anno (risp. Edificio a norma 311 dal 2008)

RECUPERO investimento avviene in 42 anni(aumento medio annuo costo en.elettr. 10%)

• DISMISSIONE 25691 €(5% energia totale C&D)

Analisi dei costi interni ed esterni

COSTI ESTERNIMetodo EPS

Disponibiltà a pagare per evitare peggioramenti all’ambiente e alla salute umana, su base mondiale

• SALUTE UMANA 443441 €• RISORSE 811998 €• BIODIVERSITA’ 6678 €• CAPACITA’ PRODUZIONE

ECOSISTEMA 107415 €Totale 1,37 milioni €

Conclusioni• Gli edifici passivi garantiscono un consumo di energia e un

impatto ambientale inferiore nell’intero ciclo di vita, rispetto alle costruzioni tradizionali.

• Le fasi di costruzione e dismissione risultano più energivore ed impattanti di quella d’uso, contrariamente a quanto accade negli edifici tradizionali.

• Le trasmittanze (d.lgs.311) al 2010 restano superiori: 3 volte.• Le catogorie d’impatto maggiori sono Fossil Fuels (lavorazioni)

e Respiratory Inorganics (emissioni).• Da un punto di vista di costi-benefici, la casa passiva consente

un risparmio di lungo periodo.• Energia elettrica per illuminazione rappresenta un consumo

notevole al pari dei consumi di riscaldamento/raffrescamento: nelle case passive c’è la ricerca della massimizzazione degli apporti solari (luce).