Appunti Progettazione integrata e sostenibile degli edifici

Cambiamento climatico e ambiente costruito

Zero carbon buildings

Gli edifici in cui viviamo sono responsabili di circa il 38% delle emissioni di gas serra.

Le emissioni dei gas serra sono calcolate attraverso la metodologia dell'IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) e

sono tutte indicate in termini di tonnellate di CO2 equivalente applicando i coefficienti di Global Warming Potential (GWP) di

ciascun composto.

L'indicatore rappresenta una stima delle emissioni totali per regione delle sostanze ad effetto serra. L’indicatore non include le

emissioni di origine naturale.

(Bisogna stare attenti però ad analizzare tutto caso per caso, perché a volte un eccesso di elettrificazione comporta un

aumento di gas emissi, e non a un diminuirsi).

Gli indicatori da analizzare sono energia e emissioni.

La «decarbonizzazione» degli edifici deve considerare l'intero ciclo di vita di un edificio, comprese le fasi di progettazione,

costruzione, funzionamento, gestione e fine vita.

Ciò include le emissioni di gas a effetto serra associate con la costruzione, ma anche quelle relative ad estrazione di materie

prime, produzione, trasporto e installazione di componenti edilizi, nonché le emissioni generate da manutenzione, riparazione,

sostituzione, interventi di ristrutturazione e fine vita.

In uno Zero Carbon Building la quantità di emissioni di anidride carbonica rilasciata su base annua è pari a zero o negativa.

In linea con il World Green Building Council (WGBC), un edificio a zero emissioni di carbonio è un edificio ad alta efficienza

energetica completamente alimentato da fonti di energia rinnovabile in loco e/o a distanza.

Esempio di grafico di un trend previsto, per quanto riguarda l’andamento delle emissioni. Tutti questi trend sono fatti con delle

condizioni di contorno, se cambiano, non valgono più.

Il grafico mostra i risultati modellati per una traiettoria delle emissioni

Business as Usual (BAU) delle città C40, suddivise per regione.

Come mostra il grafico, se non vengono intraprese ulteriori azioni per il

clima, considerando le tendenze previste per la crescita della

popolazione e del PIL, con miglioramenti simili sull’efficientamento

energetico, si può stimare che le emissioni annuali possano aumentare

di oltre sette volte entro il 2100.

L'adozione diffusa della tecnologia esistente nelle zone termiche è guidata principalmente dalla giurisdizione per l'efficienza

energetica degli edifici, non dalla disponibilità di tecnologie !!!!!!

Nonostante il quadro legislativo che ha fissato obiettivi progressivi per consentire questo impegno e gli sforzi nel campo della

ricerca, ci sono diversi ostacoli da superare per promuovere e diffondere l'adozione del NZCB (Net Zero Carbon Building).

Cambiamento climatico e ambiente costruito

Per “cambiamenti climatici” si intendono i cambiamenti a lungo termine delle temperature e dei modelli meteorologici. Questi

cambiamenti possono avvenire in maniera naturale, ad esempio tramite variazioni del ciclo solare. Tuttavia, a partire dal 19°

secolo, le attività umane sono state tra i fattori principali all’origine dei cambiamenti climatici, imputabili essenzialmente alla

combustione di combustibili fossili.

L’adattamento dell’ambiente costruito ai cambiamenti climatici e la mitigazione dei loro effetti è oggi una sfida essenziale da

affrontare Negli ultimi anni stiamo sperimentando una forte pressione sulle condizioni di vita e un aumento dei danni dovuti a

eventi meteorologici estremi, soprattutto nelle zone costiere dove vive la maggior parte della popolazione.

Occorre considerare che l’impatto delle misure volte a mitigare gli effetti dei cambiamenti climatici sarà inevitabilmente

caratterizzato da un ritardo tra azione e risultati: la riduzione di fonti di gas serra (GHG) e la stabilizzazione della loro

concentrazione in atmosfera nei prossimi anni non ridurrà immediatamente la tendenza al riscaldamento a causa dell'inerzia

climatica.

Le misure per rispondere alle conseguenze del cambiamento del clima sono essenzialmente di due tipi: adattamento e

mitigazione.

I benefici delle misure di adattamento sono rivolti e percepiti direttamente dagli utenti: miglioramento del comfort, resistenza ai

disastri naturali e sicurezza sono solo alcuni tra i tanti esempi. Alcune azioni di adattamento possono contribuire anche alla

mitigazione degli effetti dei cambiamenti climatici, come dimostrato dalle soluzioni di raffrescamento passivo, ma alcune

possono a loro volta contribuire all’incremento del rilascio di gas serra: si consideri, ad esempio, che il numero di sistemi di

condizionamento dell’aria è aumentato del 40% rispetto al 2010 e potrebbe raggiungere i 5,6 miliardi nel 2050, rispetto ai 1,6

miliardi nel 2019 (Climate Chance 2019), con evidenti ripercussioni sull’emissione di GHG.

L'Urban Land Institute definisce resilienza "la capacità di prepararsi e pianificare, assorbire, riprendersi e adattarsi con

maggiore successo agli eventi avversi", ma anche come la capacità di mitigare gli effetti del cambiamento climatico.

Già oggi, il concetto di resilienza di un edificio si declina nell’utilizzo di materiali a basso contenuto di carbonio, involucri ad alta

efficienza energetica, fonti di energia rinnovabile e gestione ottimizzata della risorsa idrica, così come nella sua flessibilità di

utilizzo e destinazione d’uso.

Principali caratteristiche degli Edifici Resilienti: per essere considerati “resilienti”, gli edifici dovrebbero essere in grado di

resistere a intensi disastri naturali e causati dall’uomo.

Alcune delle caratteristiche comuni dei moderni edifici resilienti sono:

• Materiali a basso contenuto di carbonio

• Involucri edilizi altamente isolati

• Cortili interni per l'ottimizzazione della luce diurna

• Edifici flessibili e multiuso

• Utilizzo di materiali locali per ridurre i costi di trasporto e le emissioni

• Energie rinnovabili e gestione dell'acqua

• Resistenza agli eventi tempestosi estremi

Cambiamento climatico e ambiente costruito

Ondate di calore

Gli eventi meteorologici estremi tra il 1995 e il 2015 hanno causato il 27% dei decessi, la maggioranza a causa delle ondate di

calore. Si prevede che la società umana assisterà a un'intensità e una durata crescente di giornate calde consecutive, nonché

a un aumento dell'umidità atmosferica, entrambi destinati a superare i livelli di tolleranza umana ed i livelli di comfort a cui

siamo abituati, ponendo sfide nuove e complesse. Ciò è motivo di crescente preoccupazione in particolare per le città, dove gli

edifici, le superfici impermeabili (strade, parcheggi, etc.) e gli spazi verdi limitati contribuiscono principalmente all'effetto

dell'isola di calore urbana (UHI).

L'UHI può aggiungere da 2°C a 4°C nelle aree urbane rispetto ai sobborghi esterni e oltre 5°C rispetto ai parchi o alle aree

rurali. Questa sostanziale differenza di temperatura è causata da diversi fattori, tra cui la progettazione urbana; materiali con

elevata massa termica, basso albedo e bassa permeabilità; spazio verde insufficiente e altro ancora.

Allo stesso modo, le popolazioni rurali e più povere in molti paesi in via di sviluppo possono anche essere più vulnerabili alle

ondate di caldo e ad altri rischi climatici a causa di alloggi inadeguati e della mancanza di accesso a servizi come l'acqua

potabile.

Inoltre, gli edifici che si affidano a sistemi di climatizzazione estiva ed invernale meccanica hanno consentito e consentono agli

esseri umani di vivere in climi molto diversi in tutto il mondo. Tuttavia, per le persone a basso reddito (che talvolta non possono

permettersi l'elettricità), edifici mal progettati (senza caratteristiche di progettazione passiva) amplificano gli effetti del calore e

aumentano il rischio per i loro utenti di malattie legate al calore. Senza un'attenta progettazione e pianificazione, anche gli

stessi edifici, compresi materiali e impianti meccanici, possono essere influenzati negativamente da un clima più caldo. Gli

elevati livelli di povertà, la mancanza di accesso ai servizi di base e la natura informale degli insediamenti esasperano

ulteriormente l'impatto e la vulnerabilità nelle aree urbane nei paesi in via di sviluppo.

Siccità

Per le aree con determinati tipi di suolo, la siccità può portare anche all’abbassamento del suolo (subsidenza). Questo

processo, noto come cedimento del suolo indotto dalla siccità, può danneggiare in modo significativo edifici e infrastrutture.

Inoltre, la siccità e il caldo estremo possono danneggiare i materiali da costruzione, diminuirne la vita utile o persino causare il

ritiro e la rottura di alcuni materiali a causa della perdita di umidità.

La siccità può aumentare i rischi di incendio sia per le strutture che per i siti, se non viene prestata la dovuta attenzione per

tenere sotto controllo la vegetazione secca.

Innalzamento livello mare

Per la fine del secolo, il livello del mare aumenterà su scala globale, il che significa che il rischio è diffuso. Le zone costiere

basse e densamente popolate sono particolarmente a rischio di mareggiate e inondazioni associate all'innalzamento del livello

del mare. I sistemi infrastrutturali nelle comunità costiere dovranno affrontare una pluralità di rischi a causa dell'innalzamento

del livello del mare che porta a un degrado accelerato e all'interruzione delle reti infrastrutturali, come le reti elettriche e i

trasporti.

Alluvioni

Rappresentano un rischio non solo per le persone ma anche per gli edifici situati nelle pianure alluvionali, con aree urbane

dense che subiscono l'impatto più grave. I danni agli edifici a seguito di inondazioni possono essere attribuiti a inondazioni

dirette, nonché a modifiche del flusso delle acque sotterranee e delle condizioni del suolo.

Cambiamento climatico e ambiente costruito

Nelle aree storicamente soggette ad eventi meteorologici estremi sono state già implementate diverse misure per mitigarne gli

effetti sull'edificato, con l’obiettivo di prevenire danni alle persone e alle proprietà provocati dai «flying debris».

Tale obiettivo è normalmente perseguito adottando due tipologie di misure, che consistono in:

- riduzione della probabilità di formazione di «flying debris», migliorando la resistenza al vento degli elementi

potenzialmente soggetti a distacco e/o rottura

- mitigazione delle conseguenze causate dai «flying debris», definendo linee guida progettuali e metodologie per

l’esecuzione di test sperimentali per valutare e garantire una adeguata resistenza all'impatto con gli stessi

dell'involucro edilizio.

Il danno causato dai flying debris è una funzione complessa delle caratteristiche del vento, della presenza di detriti, del punto

di rilascio, delle caratteristiche aerodinamiche dei detriti, della dinamica dell'impatto e della resistenza della struttura colpita.

La traiettoria seguita da un detrito può essere influenzata da un’ampia gamma di fattori. Questi includono la velocità e la

direzione del vento nel momento in cui l'oggetto si libera dalla struttura di cui fa parte, che come discusso da Wills et al. (2002)

dipenderà a sua volta da quanto bene è stato fissato sul posto e dai carichi creati dal vento.

Andamento traiettoria in base al tipo di solidi:

Quando un edificio diventa completamente pressurizzato (ad esempio, a causa della rottura di una finestra), i carichi applicati

alle pareti esterne e al tetto aumentano notevolmente.

Un'elevata pressione interna può anche abbattere le partizioni interne e far saltare i pannelli del soffitto dalla loro griglia di

supporto.

La rottura di una piccola finestra è in genere sufficiente per provocare la piena pressurizzazione dell'interno dell'edificio.

Cambiamento climatico e ambiente costruito

Eventi di vento estremo e contesto italiano

I rischi legati al contesto ambientale sono estremamente variabili a seconda dei livelli di vulnerabilità che caratterizzano città e

comunità.

La presenza di edifici vecchi/storici influisce sulla vulnerabilità dell'area, così come edifici esistenti ristrutturati utilizzando

nuove tecnologie e soluzioni, senza considerare il loro comportamento sotto potenziali venti di forte intensità.

Pertanto, è necessario promuovere la valutazione dei livelli di vulnerabilità locale, nonché della capacità di mitigazione e

adattamento dei luoghi.

Sulla base dell'analisi dell'ubicazione dell'edificio, i carichi del vento di progetto devono essere identificati secondo gli standard

attuali e le normative locali.

Bisogna quindi sempre tenere in considerazione: contesto ambientale + aree periferiche (contesto urbano) + arredo

urbano + altri elementi insospettabili, come ad esempio cartelli stradali o spazzatura che potrebbero volare via.

La valutazione degli effetti del vento sull'involucro edilizio viene effettuata sulla base delle potenziali minacce, dell'uso

dell'edificio, delle caratteristiche e delle tecnologie.

I risultati dell'analisi dovrebbero soddisfare i requisiti in termini di sicurezza, funzionalità, durabilità e robustezza.

Verso edifici Zero Carbon?

Non è sufficiente realizzare edifici ad alta efficienza energetica ed in cui i consumi in fase di esercizio siano coperti tramite

energia da fonti rinnovabili.

Il calcolo complessivo deve considerare anche le cosiddette «grey CO2 emissions».

La transizione verso Zero Carbon buildings avviene in un contesto climatico in cambiamento.

Inoltre, senza l’utilizzo di sistemi di supervisione e controllo (smart building) e l’uso consapevole degli utenti (smart user), non

è raggiungibile l’ulteriore obiettivo di produrre più energia di quella che si consuma (Positive Energy Building).

Testi rivisti - corretti

Il caso della Grenfell Tower di Londra

Il tragico incendio della Grenfell Tower è diventato un caso di studio a livello mondiale. È una storia

che tutti dovremmo comprendere facilmente, specialmente considerando la sua semplicità: un

edificio che per più di cinquant'anni aveva svolto il suo dovere senza problemi, è diventato

improvvisamente una trappola mortale. Questo è accaduto perché la costruzione, tipica delle torri di

edilizia popolare di cui Milano è ricca, era prefabbricata in cemento armato (cls), un materiale con

una massa e un'inerzia notevoli.

L'edificio è stato ristrutturato solo a livello estetico e, soprattutto, per migliorarne l'efficienza

energetica. È stato isolato e rivestito con materiali adatti a ridurre drasticamente la dispersione

termica, abbassando i costi di gestione. Questo intervento, che rientrava negli obiettivi di

sostenibilità e riqualificazione ambientale, si è rivelato fatale. È bastato un cortocircuito per bruciare

tutto. Ciò dimostra la mancanza di una componente fondamentale: la valutazione dei rischi.

Nessuno si è chiesto quali potessero essere i pericoli o gli svantaggi di una tale riqualificazione. La

domanda "che cos'altro potrebbe esserci di svantaggioso o pericoloso?" non è stata posta. Il disastro

che ne è seguito non è stato legato solo all'intervento sulla facciata, ma anche agli arredi interni.

Le fotografie mostrano che la struttura dell'edificio è rimasta intatta. Il problema principale è stato il

connettivo interno (vani scala e ascensore). Questo spazio non era assolutamente sicuro per un

edificio con tali criticità. La scala unica è diventata una sorta di "canna fumaria", convogliando i fumi

e i prodotti dell'incendio ai piani superiori. I fumi, composti da prodotti plastici, sono estremamente

tossici e contengono sostanze che, se inalate, avvelenano e compromettono le capacità cognitive,

rendendo impossibile orientarsi e fuggire.

Il caso della Torre dei Moro a Milano

A Milano, è avvenuta una situazione simile con l'incendio della Torre dei Moro. L'edificio era

composto da due "vele" staccate. Purtroppo, c'è stata una grave sottovalutazione del potenziale

rischio di incendio della vela, che è stata considerata erroneamente un elemento non a rischio

perché non esposta a un innesco interno, essendo tutta all'esterno.

L'incendio è partito da un balcone, probabilmente innescato da un mozzicone di sigaretta. In

pochissimo tempo, l'involucro esterno ha preso fuoco. Cos'è bruciato? I pannelli che rivestivano la

facciata, chiamati "Lucomon". Erano costituiti da un foglio esterno di alluminio, un foglio interno di

acciaio e un nucleo in polietilene basico, un materiale che non era in grado di isolare

adeguatamente e non era ignifugo.

Le fiamme sono salite rapidamente fino alla copertura e contemporaneamente sono scese fino al

primo piano, propagandosi anche da una vela all'altra. Come è stato possibile, visto che le vele erano

staccate? Il polistirene ha trasmesso il fuoco. Ogni pannello si è comportato come una bomba:

essendo ripiegati e composti da un materiale a bassissima resistenza al fuoco, quando si

liquefacevano producevano vapori molto infiammabili che trasmettevano un forte irraggiamento alla

vela opposta.

Solo le vele hanno bruciato. Le facciate principali, invece, sono rimaste intatte perché rivestite da un

cappotto ignifugo. Il nero visibile nelle foto è il silicone che teneva il rivestimento esterno, ma al di

sotto, la facciata è intatta. La struttura dell'edificio ha risposto bene ed è rimasta solida.

Testi rivisti - corretti

Un elemento cruciale che ha fatto la differenza rispetto a Londra è il connettivo interno (vano scala

e ascensore). A differenza della Grenfell Tower, qui era organizzato in modo da non trasformarsi in

una canna fumaria, impedendo ai prodotti dell'incendio di propagarsi attraverso di esso. Questo

incendio ha riacce