La definizione di edificio ad energia quasi zero in un’ottica di ciclo di vita

NZEB e ZEB definizioni a confronto
La Direttiva 2010/31/UE ( EPBD recast 2010) sulla prestazione energetica degli edifici ha introdotto due elementi fondamentali, il concetto di edificio a energia quasi zero e il requisito di livello ottimale in funzione dei costi che stanno cambiando radicalmente l’approccio alla progettazione e alla costruzione. La direttiva, tuttavia, non contiene prescrizioni o indicazioni specifiche in merito alla qualificazione di tali ambiziosi requisiti.
Di conseguenza, come riportato da EURIMA [1], alcuni Stati membri si sono mossi in anticipo sviluppando regolamenti edilizi in linea con la direttiva, ma secondo approcci personali e spesso tra loro diversi.
L’ “Edificio a energia quasi zero” è un edificio ad altissima prestazione energetica [...]. Il fabbisogno energetico molto basso o quasi nullo dovrebbe essere coperto in misura molto significativa da energia da fonti rinnovabili, compresa l’energia da fonti rinnovabili prodotta in loco o nelle vicinanze [2]. Così il termine “quasi zero” viene utilizzato per la riduzione della domanda e l’aumento l’efficienza energetica.
Per “livello ottimale in funzione dei costi” si intende il livello di prestazione energetica che comporta il costo più basso durante il ciclo di vita economico stimato (LCC).
La EPBD prevede che gli Stati membri adottino le misure necessarie a fissare i requisiti minimi di prestazione energetica per gli edifici, al fine di raggiungere livelli ottimali in funzione dei costi. Il livello ottimale in funzione dei costi sarà calcolato sulla base del metodo comparativo definito con il Regolamento Delegato (UE) n. 244/2012 del 16/01/2012.
E questo è il punto. In attesa della pubblicazione degli standard CEN EPBD [3], spetterà agli Stati membri definire cosa si intenda per “altissima prestazione energetica” ed è proprio l’ambiguità di questa definizione che ha favorito il consolidamento di metodologie non omogenei per il calcolo del bilancio energetico di un edificio.
Occorre innanzi tutto sottolineare la differenza rilevante tra il concetto di Edificio ad Energia Quasi Zero (NZEB) ed quello di Edificio ad Energia Zero (ZEB). Il termine “energia zero” si riferisce ad edifici energeticamente autonomi ossia off-grid, mentre l’edificio NZEB è generalmente collegato a una o più infrastrutture energetiche, siano esse la rete elettrica, il teleriscaldamento-raffreddamento, la rete del gas, e altre reti di distribuzione. Quando la produzione di energia (da fonti rinnovabili) supera il consumo dell’edificio, il surplus di energia elettrica e/o calore può essere esportato verso la rete elettrica o la rete di teleriscaldamento. La produzione di energia rinnovabile in eccesso va quindi a compensare l’uso di energia primaria da combustibili fossili. La definizione di NZEB è quindi collegata intrinsecamente all’infrastruttura energetica, di cui anche gli edifici sono parte [4].
E questo costituisce, secondo un approccio Life Cycle, una variabile significativa, come riportato dai risultati di diverse ricerche [5] [6], che hanno dimostrato come il livello ottimale dei costi aumenti nel passaggio da un edificio NZEB ad un edificio ZEB.
P. Hernandez e P. Kenny [6] indicano infatti che gli edifici “ad energia zero” valutati secondo un approccio del tipo Life Cycle, presentato un indicatore di energia ed un impatto ambientale più alti rispetto agli edifici “ad energia quasi zero” e agli edifici “ad energia netta zero” (NetZEB).
Infatti, per essere economicamente efficaci gli edifici ZEB devono puntare sulla conservazione e sulla riduzione di ogni dispersione, poiché ogni consumo di energia deve essere compensato da una produzione equivalente. Pertanto, considerando le tecnologie attuali, la progettazione di edifici ZEB sembra oggi non essere ragionevolmente raggiungibile in termini di livello ottimale dei costi.

L’efficienza energetica degli edifici NZEB
Un obiettivo più ragionevole e accessibile consiste quindi nel tentare di valutare l’effettivo incremento di prestazione energetica ed economica di un edificio, quando si passa da uno standard Basso-Consumo/Casa Passiva ad uno NZEB. Il progetto congiunto Task40/annex 52 Edifici a Energia Netta Zero [5] ha dimostrato che l’energia incorporata (EE) aumenta leggermente nel passaggio da un edificio a basso consumo energetico verso un edificio NetZEB. Tuttavia, i risparmi energetici connessi al minor consumo di energia in uso (OE) superano, con ampio margine, l’aumento di energia incorporata.
La valutazione globale dimostra che la quantità di energia utilizzata nel ciclo di vita di un NetZEB è inferiore di circa il 60% rispetto al consumo di energia nel ciclo di vita di un edificio a basso consumo energetico/Casa Passiva.
Dal punto di vista consumo di energia nel ciclo di vita, l’edificio NetZEB è preferibile quindi ad un edificio a basso consumo energetico.
La definizione di “Edificio ad Energia Quasi Zero” da EPBD [4] è chiara e utilizza l’energia primaria quale unità di misura per la valutazione del bilancio energetico. I termini “energia quasi-zero” ed “energia-zero” sono riferiti infatti al calcolo del consumo di energia primaria annuo per la gestione dell’edificio, tra cui raffreddamento, riscaldamento, ventilazione, illuminazione e alimentazione. Per “energia primaria “ si intende energia da fonti rinnovabili e non rinnovabili che non abbia subito alcuna conversione o processo di trasformazione. Berggren B. e M. Hall definiscono [5] il concetto di Net ZEB come un “edificio in cui la quantità relativa di energia prodotta dall’edificio soddisfa o supera la domanda interna e viene scambiata attraverso la rete di approvvigionamento energetico.”
Nella letteratura esistente, i concetti Quasi Zero - Energia Netta - Energia Zero sono descritti con una vasta gamma di termini ed espressioni e possono essere individuati diversi approcci possibili alla soluzione del problema della loro quantificazione. Le barriere e le incongruenze sollevate dalla mancanza di una definizione di ZEB concertata e armonizzata, sono state già ampiamente discusse a livello internazionale [7] [8] [9] [10].

L’Energia incorporata negli NZEB
Tuttavia, l’incertezza delle definizioni esistenti sta nel fatto che la maggior parte di esse escludono dal calcolo l’uso di energia durante fasi del ciclo di vita dell’edificio diverse dalla fase di uso. Infatti, come rilevato da Attia S. et al. [10] le definizioni esistenti (es. Net zero energy costs, Net zero energy source, Net zero energy site and Net zero energy emissions come proposte da Torcellini et al. [11]) inducono potenzialmente ad un errore di valutazione poiché non tengono in considerazione il consumo globale di energia durante l’intero ciclo di vita dell’edificio.
Infatti, le definizioni esistenti comprendono la prospettiva limitata del solo consumo di energia durante la fase di uso e gestione dell’edificio.
Torcellini et al. [11] hanno chiaramente dimostrato che solo una definizione di NZEB che tenga in considerazione tutti gli input energetici durante l’intero ciclo di vita di un edificio, consentirà di individuare gli elementi di rischio più significativi nella valutazione dell’impatto ambientale di un edificio. In una valutazione secondo una prospettiva life cycle (LC) della prestazione energetica di un edificio, è oggi opinione condivisa che il consumo di energia durante la fase operativa rappresenti il 70-90 % dell’energia utilizzata durante l’intero ciclo di vita. Pertanto, resta esclusa dai bilanci attuali, un potenziale 10-30 % di energia che è principalmente costituita da quelle che è definita energia incorporata (Embodied Energy). Per questo motivo alcuni tra i principali sistemi volontari di valutazione ambientale (BREAM, LEED, CASBEE, MINERGIE, ITACA) hanno introdotto indicatori di prestazione basati sul ciclo di vita dell’edificio, quali il contenuto di materiale riciclato, lo scenario di trasporto, le emissioni di CO2 e il riutilizzo di materiali ed elementi.
Una definizione di NZEB basata su un approccio LC permetterebbe infatti di considerare l’intero consumo di energia, prima e dopo la costruzione e, sulla base delle attuali norme EN, di realizzare una analisi e un confronto sulle opportunità di ottimizzazione dell’uso delle risorse energetiche non rinnovabili.
Occorre evolvere dal concetto di Near Zero Energy Building (NZEB) al concetto di Life-Cycle Zero Energy building (LC-NZEB).
Un approccio LCA del tipo “dalla culla alla tomba” consentirebbe infatti di estendere i confini della valutazione energetica oltre la sola energia in uso, includendo nella valutazione altri indicatori quali l’energia incorporata, l’impatto ambientale , l’accumulo di energia e la gestione del surplus di energia.
L’energia consumata dall’edificio ha, di fatto, una lunga storia dietro di sé: la sua intensità dipende strettamente, infatti, dall’energia consumata per la produzione, dal trasporto e dalla trasformazione delle risorse utilizzate per la fabbricazione dei materiali e per la costruzione degli elementi edilizi.
Se da un lato le norme CEN EPBD [3] definiranno i metodi per il calcolo dell’energia primaria in uso, diverse sono le metodologie di calcolo LC già esistenti che hanno come obiettivo la definizione di un Life Cycle Energy, ossia il consumo totale di energia nel ciclo di vita. Specifiche per il settore delle costruzioni, armonizzate e condivise a livello europeo, sono le norme CEN TC 350 [12].

La rilevanza dell’energia incorporata nella valutazione dell’impatto ambientale di un edificio è stata dimostrata da uno studio italiano [13], che ha messo a confronto una casa standard e una casa a basso consumo energetico. L’autore commenta “Emerge drammaticamente il contributo degli impatti associati ai materiali”. In confronto ad un edificio standard, mentre il fabbisogno termico invernale è stato ridotto di un rapporto 10:1, l’energia nel ciclo di vita è stata ridotto solo del 2,1:1 e l’impronta di carbonio del 2,2:1”.
L’uso di energia primaria non rinnovabile per la costruzione e la manutenzione è aumentato del 20% nel passaggio dalla casa standard alla casa a basso consumo energetico. Tuttavia, la quota relativa di energia incorporata sul consumo totale di energia del ciclo di vita è aumentata dal 17 % a circa il 50 %.
I risultati confermano quelli originari di uno studio tedesco [14]. Edifici con standard energetici diversi (casa a basso consumo energetico, Casa Passiva e ZEB) sono stati confrontati sulla base della stessa Design Life (80 anni ) secondo il LC. Feist ha rilevato che l’edificio con la prestazione energetica migliore presentava il più alto consumo di energia primaria nel ciclo di vita e ciò principalmente a causa della alta quantità di energia richiesta per la fabbricazione dei materiali di cui era composto. In generale, l’uso di energia nel ciclo di vita diminuisce progressivamente verso lo standard casa passiva. Ma nell’ultimo step verso lo ZEB, l’uso di energia nel ciclo di vita è aumentato, come conseguenza di un rilevante aumento di energia incorporata.
Pertanto, anche se ridurre il consumo di energia in uso costituisce una strategia fondamentale per l’efficienza energetica, un’attenzione focalizzata esclusivamente sulla fase di uso del LC di un edificio potrebbe portare a una sovrastima dei benefici dovuti ai potenziali flussi di energia durante i processi a mote e a valle del’uso.

ANDIL: la casa in laterizio NZEB
Nel 2010 ANDIL ha promosso una ricerca condotta dal gruppo LCA del Dipartimento DIDA, Università di Firenze , con l’obiettivo di creare la prima banca dati di profili ambientali di materiali da costruzione e di sviluppare un web-tool, user-frienldy per valutare gli impatti ambientali di elementi di edificio. Lo strumento, chiamato LATERLIFE 1.0, è ora disponibile gratuitamente sul sito dell’Associazione www.laterizio.it.
Sulla base dei metodi di calcolo e degli indicatori di impatto ambientale standardizzati dalla norma EN 15804, LATERLIFE 1.0 valuta gli impatti ambientali di sistemi assemblati (pareti di tamponamento o pareti interne, coperture, pavimenti), definiti dall’utente attraverso una finestra interattiva in cui i dati climatici e i componenti della stratigrafia sono selezionabili attraverso menu a discesa.
Lo strumento calcola le prestazioni energetiche dell’elemento, come richiesto dalla normativa energetica nazionale (massa superficiale, trasmittanza, trasmittanza termica periodica, ammettenza termica, sfasamento, fattore di decremento) secondo la norma EN 13786, le prestazioni acustiche sulla base di EN 12354-3 e UNI TR 11175, nonché quelli igrometriche secondo EN 13788.
Inoltre, LATELIFE 1.0 valuta il profilo ambientale, espresso attraverso 7 indicatori di impatto ambientale (Depauperamento Abiotico, Depauperamento Abiotico - combustibili fossili, Eutrofizzazione, Acidificazione, Riscaldamento Globale, Riduzione dello strato di Ozono, Ossidazione fotochimica) e da 1 indicatore dell’uso delle risorse (energia fossile non rinnovabile).
In accordo con lo standard EN 15804 par.5.2, il profilo ambientale valutato da LATERLIFE si basa su una valutazione del ciclo di vita del tipo “dalla culla alla tomba con opzioni”. Ciò significa che gli impatti sono calcolati per la “fase di produzione” (dalla culla al cancello) dei materiali [EN 15804 par. 6.2.2] includendo anche alcune informazioni aggiuntive relative alla fase di costruzione e più precisamente gli impatti durante la fase B4 “sostituzione” [EN 15804 par. 6.2.4].
Lontano dalla proposta esaustiva lanciata dal IEA SHC Task 40/ECBCS [5], che comprende in una valutazione Life Cycle Energy il comfort, i carichi di gestione, le fonti di energia, lo stoccaggio, il trasporto e l’energia incorporata, ed un passo dietro l’equazione definita Ramesh et al. [15] per calcolare il consumo energetico del ciclo di vita, oltre ad altri indicatori ambientali, LATERLIFE 1.0 calcola l’ energia incorporata iniziale e l’energia incorporata associata ai cicli di sostituzione previsti per ogni componente dell’elemento, nel corso della 100 anni di vita utile dell’edificio.
ANDIL ha recentemente promosso il progetto per una “casa NZEB in laterizio, antisismica, sostenibile e confortevole“, definendo una serie di elementi preassemblati (pareti portanti e di tamponamento, pareti interne, coperture, pavimenti) ad alto profilo statico, energetico ed ambientale [16].
Le prestazioni ambientali di questi elementi sono state calcolate utilizzando il software LATERLIFE 1.0 con l’obiettivo di fornire al progettista una informazione completa sulle prestazioni più rilevanti, in un’ottica NZEB. Per ognuno dei 24 elementi disponibili a catalogo, è stata realizzata una scheda tecnica con una illustrazione grafica della stratigrafia ed una legenda dettagliata. Le caratteristiche geometriche e le prestazioni termiche sono riportate in una tabella e il profilo LCA di base (espresso dagli indicatori GWP e EE) viene delineato in un diagramma a colonna.
Ma ci sono altre informazioni ambientali che LATERLIFE 1.0 potrebbe fornire direttamene per l’utente, e molti altri saranno aggiunti al termine del processo di aggiornamento strumento che è attualmente in corso (LATERLIFE 2.0).