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Bonus edilizi e decarbonizzazione del patrimonio edilizio

I benefici connessi al retrofit energetico del patrimonio edilizio esistente sono palesi se si considera esclusivamente la fase gestionale post-ristrutturazione. Ma è necessario prendere in considerazione anche gli impatti energetico-ambientali delle altre fasi di ciclo di vita dell’edificio

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Foto di Capri23auto da Pixabay

di Maurizio Cellura

(Rinnovabili.it) – Il settore edile è responsabile di circa il 40% dei consumi energetici, del 36% delle emissioni di gas climalteranti, di oltre il 50% del consumo di risorse minerarie e del 38% dei rifiuti prodotti nell’Unione Europea. L’estrazione e la trasformazione di materiali da costruzione contribuiscono, anche in modo significativo, ad altri impatti ambientali quali l’acidificazione, la tossicità, l’uso del suolo, l’impoverimento dello strato di ozono, ecc. Il Green Deal europeo sottolinea il ruolo chiave del settore edile nel percorso verso un’economia circolare e il raggiungimento della neutralità climatica nel 2050. Con la strategia “Renovation Wave” la Commissione europea ha prefissato l’obiettivo di raddoppiare i tassi di ristrutturazione nei prossimi dieci anni per ridurre il consumo di energia e risorse negli edifici. 

Gli impatti riconducibili al settore edile possono essere classificati in impatti incorporati e impatti connessi alla fase di gestione. I primi sono riconducibili essenzialmente alle fasi di estrazione e trasformazione delle materie prime, alla produzione dei materiali, componenti e tecnologie, alla costruzione, alla manutenzione e allo smaltimento finale dell’organismo edilizio. I secondi, inerenti alla fase operativa, sono relativi al consumo di energia durante la fase d’uso dell’edificio, ad es. riscaldamento, raffrescamento, illuminazione, ecc. e al consumo di altre risorse, come ad esempio il consumo idrico. 

I benefici connessi al retrofit energetico del patrimonio edilizio esistente sono palesi se si considera esclusivamente la fase gestionale post-ristrutturazione, ma il mancato compendio degli dell’edificio comporta uno spostamento degli impatti connessi alle attività edilizie a fasi diverse da quella operativa e soprattutto il rischio, qualora l’edificio sia usato saltuariamente e per brevi periodi, che gli impieghi di energia e gli impatti ambientali generati per rendere l’organismo edilizio molto più efficiente energeticamente non siano ripagabili nella vita utile dell’opera.

Una esperienza interessante è stata condotta nello studio “Life Cycle Energy and Environmental Assessment of the Thermal Insulation Improvement in Residential Buildings” pubblicato sulla rivista Energies (MDPI 2021). Lo studio si poneva l’obiettivo di valutare gli impatti energetici e ambientali connessi ad interventi di miglioramento dell’isolamento termico dell’involucro di edifici residenziali rappresentativi del contesto italiano e caratterizzati da tre diversi periodi di costruzione (1945-1969, 1970-1989, 1990-2010). L’analisi ha riguardato la valutazione e il confronto delle prestazioni ambientali connessi a due diverse tipologie di materiale isolante: un materiale convenzionale (scenario con lana di roccia) e un biomateriale (scenario con fibra di cellulosa), e la valutazione dei benefici energetici e ambientali conseguibili negli edifici ristrutturati rispetto allo status quo.

Lo studio ha evidenziato che l’uso del materiale isolante a base di fibre di cellulosa causa impatti energetici e ambientali minori in un ampio “range” di categorie ambientali, tra cui il cambiamento climatico. Tuttavia, il biomateriale è responsabile di un impatto maggiore sull’uso e la qualità del suolo, sull’acidificazione e sul consumo di risorse minerali. Con riferimento al consumo di risorse minerali, lo studio ha evidenziato che il contributo all’impatto è causato principalmente dai composti usati come ritardanti di fiamma nel processo produttivo delle fibre di cellulosa. L’isolante termico a base fibra di cellulosa, se confrontato alla lana di roccia, fornisce un contributo positivo al raggiungimento degli obiettivi relativi al raggiungimento della neutralità climatica. Tuttavia, in un’ottica di economia circolare dallo studio emerge la necessità di individuare dei percorsi produttivi alternativi che consentano di ridurre l’impatto sul consumo di risorse minerali, un indicatore chiave nella valutazione della circolarità dei sistemi.

Il confronto tra gli impatti energetici e ambientali di ciclo di vita degli edifici ristrutturati e non ristrutturati ha evidenziato che nei primi la riduzione del consumo di energia nella fase operativa, conseguente al miglioramento dell’isolamento termico dell’involucro, consente di migliorare le prestazioni ambientali di ciclo di vita in diverse categorie: consumo di energia primaria (-20%), cambiamento climatico (-20%), riduzione dello strato di ozono (-18%), ecc. In termini di decarbonizzazione del comparto edile, lo studio sottolinea con chiarezza che l’isolamento termico dell’involucro è estremamente vantaggioso. Per altre categorie di impatto ambientale (ad esempio, acidificazione, consumo di risorse minerali, ecc.) i vantaggi non sono così netti e talora i risultati mostrano anche degli svantaggi.

Lo studio ha anche stimato i tempi di recupero degli impatti ambientali ed energetici connessi all’intervento di ristrutturazione esaminato. Dall’analisi è emerso che, nello scenario con fibra di cellulosa, la riduzione dei consumi energetici nella fase operativa consente di recuperare gli impatti causati dall’intervento di ristrutturazione in meno di due anni in tutte le categorie investigate ad eccezione dell’acidificazione e del consumo di risorse minerali, per le quali i tempi di ritorno sono pari, rispettivamente a dieci e cinque anni. Nello scenario con lana di roccia, gli impatti connessi all’intervento di ristrutturazione sono recuperati in meno di tre anni in tutte le categorie con l’eccezione della tossicità umana con effetti cancerogeni e l’acidificazione, che hanno tempi di recupero pari a cinque e dieci anni, rispettivamente.

Con riferimento al periodo di costruzione degli edifici sottoposti a ristrutturazione, lo studio ha evidenziato che gli interventi di miglioramento dell’isolamento termico inducono benefici ambientali netti meno significativi per gli edifici risalenti al ventennio 1990-2010. Al contrario, gli edifici più vetusti, costruiti in particolare nel periodo 1946-1969 e caratterizzati da prestazioni termofisiche lontane dai target minimi prestazionali previsti dalle normative vigenti, qualora sottoposti a interventi di riqualificazione energetica, presentano benefici energetici e ambientali più elevati rispetto agli edifici più recenti.

Si sottolinea infine che i tempi di ritorno energetico-ambientali delle opzioni di “retrofitting” sono fortemente condizionati degli scenari di uso degli immobili. Se le politiche di incentivazione mireranno a privilegiare scenari di decarbonizzazione più spinti, le abitazioni sporadicamente impiegate dovrebbero occupare gli ultimi posti nelle gerarchie di incentivazione.

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About Author / Stefania Del Bianco

Giornalista scientifica. Da sempre appassionata di hi-tech e innovazione energetica, ha iniziato a collaborare alla testata fin dalle prime fasi progettuali, profilando le aziende di settore. Nel 2008 è entrata a far parte del team di redattori e nel 2011 è diventata coordinatrice di redazione. Negli anni ha curato anche la comunicazione e l'ufficio stampa di Rinnovabili.it. Oggi è Caporedattrice del quotidiano e, tra le altre cose, si occupa quotidianamente delle novità sulle rinnovabili, delle politiche energetiche e delle tematiche legate a tecnologie e mercato.


Rinnovabili • Turbine eoliche ad asse verticale

Turbine eoliche ad asse verticale, efficienza migliorata del 200%

Dall'EPFL svizzero il primo studio che applica un algoritmo di apprendimento automatico alla progettazione della pale delle turbine VAWT

Turbine eoliche ad asse verticale
via depositphotos

Nuovi progressi per le turbine eoliche ad asse verticale

Un aumento dell’efficienza del 200% e una riduzione delle vibrazioni del 70%. Questi due dei grandi risultati raggiunti nel campo delle turbine eoliche ad asse verticale,  presso l’UNFoLD, il laboratorio di diagnostica del flusso instabile della Scuola Politecnica Federale di Losanna (EPFL). Il merito va a Sébastien Le Fouest e Karen Mulleners che, in un’anteprima mondiale hanno migliorato questa specifica tecnologia impiegando un algoritmo di apprendimento automatico.

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Turbine eoliche VAWT, vantaggi e svantaggi

Si tratta di un progresso a lungo atteso dal comparto. Le turbine eoliche ad asse verticale o VAWT per usare l’acronimo inglese di “Vertical-axis wind turbines” offrono sulla carta diversi vantaggi rispetto ai classici aerogeneratori ad asse orizzontale. Ruotando attorno ad un asse ortogonale al flusso in entrata, il loro lavoro risulta indipendente dalla direzione del vento, permettendogli di funzionare bene anche nei flussi d’aria urbani. Inoltre offrono un design più compatto e operano a frequenze di rotazione più basse, il che riduce significativamente il rumore e il rischio di collisione con uccelli e altri animali volanti. E ancora: le parti meccaniche della trasmissione possono essere posizionate vicino al suolo, facilitando la manutenzione e riducendo i carichi strutturali.

Perché allora non sono la scelta dominante sul mercato eolico? Come spiega lo stesso Le Fouest, si tratta di un problema ingegneristico: le VAWT funzionano bene solo con un flusso d’aria moderato e continuo. “Una forte raffica aumenta l’angolo tra il flusso d’aria e la pala, formando un vortice in un fenomeno chiamato stallo dinamico. Questi vortici creano carichi strutturali transitori che le pale non possono sopportare“, scrive Celia Luterbacher sul sito dell’EPFL.

Energia eolica e algoritmi genetici

Per aumentare la resistenza, i ricercatori hanno cercato di individuare profili di inclinazione ottimali.  Il lavoro è iniziato montando dei sensori, direttamente su una turbina in scala ridotta, a sua volta accoppiata ad un ottimizzatore funzionante con algoritmi genetici di apprendimento. Di cosa si tratta? Di una particolare tipologia di algoritmi euristici basati sul principio della selezione naturale.

Quindi muovendo la pala avanti e indietro con angoli, velocità e ampiezze diverse, hanno generato una serie di profili di inclinazione. “Come in un processo evolutivo, l’algoritmo ha selezionato i profili più efficienti e robusti e ha ricombinato i loro tratti per generare una ‘progenie’ nuova e migliorata”. Questo approccio ha permesso a Le Fouest e Mulleners non solo di identificare due serie di profili di passo che contribuiscono a migliorare significativamente l’efficienza e la robustezza della macchina, ma anche di trasformare la più grande debolezza delle turbine eoliche ad asse verticale in un punto di forza. I risultati sono riportati su un articolo recentemente pubblicato sulla rivista Nature Communications.

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