Sistemi costruttivi ibridi : life cycle assessment ed applicazione ad un caso di studio

Environmental sustainability is one of the most important issues due to the increase of the temperature in recent decades and the consequent destruction of ecosystems and biological cycles, due to the lifestyle of mankind which has led to obvious repercussions on the planet. The construction world is one of the most responsible sectors of environmental impacts, in fact it contribute to the greenhouse gas emissions into the atmosphere and 35% of energy consumption worldwide. However, emissions and consumption aren’t the only cause of the unsustainability of the construction sector: buildings, in fact, are responsible for the consumption of land and energy needed for the extraction of raw materials, the production of components and the recycling or reuse of materials or their disposal. They are also characterized by a long life cycle that involves the consumption of resources and energy in all stages of production, use and end of life. In this context lies the recent push towards the construction of high-performance ecological buildings that can reduce their ecological footprint. Designers and technicians have increasingly focused on the use of technological and design solutions that can reduce consumption, integrating the theme of environmental sustainability in all the choices of the design activity ensuring the protection of the environment and the elimination of toxic substances. The choice of materials and construction products, in fact, contributes to the subsequent environmental impacts during the entire life cycle of the building and consequently, the selection of raw materials characterized by reduced environmental impacts during the production processes and the use of recycled and recyclable materials is a possible solution for the reduction of consumption. In order to achieve these goals, wood has recently been reconsidered as a building material, both for the realization of structural elements and within technological elements. Of current development are the hybrid construction systems that integrate two different building materials, wood and reinforced concrete or wood and steel, in order to exploit the individual qualities and materials combined. The combination of eco-efficient solutions and the assessment of the possible environmental impacts of the building from the early stages of design, in order to identify materials characterized by high consumption and emissions and make a replacement with more eco-friendly alternative, could ensure a decrease in the ecological impact of the construction system. Among the strategies for assessing environmental sustainability, the most comprehensive and widespread is the LCA (Life Cycle Assessment) methodology, standardized by UNI EN ISO 14040, which analyzes the environmental loads of all the individual life stages of a product or system. This paper deals with the comparative study of different structural and technological solutions applied to a case study, through an LCA analysis realized with the software One Click LCA, to assess their environmental impacts and to determine possible improvements. Starting from the definition of four structural types made of reinforced concrete, structural steel and wood, and the definition of different prefabricated technological solutions, including hybrid construction systems, it was possible to carry out different modelling of the building and analyze, for each of them, the carbon dioxide emissions in the atmosphere and the total consumption of primary energy required during the life cycle phases considered within the analysis. The purpose of this study is an investigation in terms of environmental sustainability of the performance of hybrid technological elements compared to traditional solutions through the modelling of different types of building; and an assessment of the different environmental impacts of the different models with the identification of the materials that most contribute to the environmental impacts and the suggestions for their replacement. This process, in fact, wants to demonstrate how the development of an LCA analysis and the consideration of the eco-sustainability of the building can simplify the process of the design stage, allowing designers to ensure the performance requirements without neglecting the environmental aspect.

La sostenibilità ambientale rappresenta, al giorno d’oggi, uno dei temi di più elevata importanza a causa dell’aumento negli ultimi decenni della temperatura terrestre e la conseguente distruzione degli ecosistemi e dei cicli biologici, dovuto allo stile di vita dell’uomo che ha portato a evidenti ripercussioni sul pianeta. Il mondo delle costruzioni si colloca tra i settori maggiormente responsabili degli impatti ambientali, essi infatti contribuiscono in modo sostanzioso alle emissioni di gas serra in atmosfera e al 35% dei consumi energetici di tutto il mondo. Tuttavia, emissioni e consumi non sono l’unica causa dell’insostenibilità del settore delle costruzioni: gli edifici, infatti sono responsabili del consumo di territorio e di energia necessari per l’estrazione di materie prime, la produzione dei componenti ed il riciclo o riutilizzo dei materiali o il loro smaltimento. Essi, inoltre, sono caratterizzati da un lungo ciclo di vita che comporta consumi di risorse e di energia in tutte le fasi di produzione, d’uso e di fine vita. In questo contesto, quindi, si colloca la recente spinta verso la costruzione di edifici ecologici ad alte prestazioni in grado di ridurre la loro impronta ecologica e di migliorare la qualità della vita degli abitanti. Progettisti e tecnici si sono quindi sempre più concentrati sull’utilizzo di soluzioni tecnologiche e progettuali in grado di ridurre i consumi, integrando il tema della sostenibilità ambientale in tutte le scelte dell’attività progettuale garantendo la salvaguardia dell’ambiente e l’eliminazione delle sostanze tossiche. La scelta dei materiali e dei prodotti da costruzione, infatti, contribuisce ai successivi impatti ambientali durante l’intero ciclo di vita dell’edificio e, di conseguenza, la selezione di materie prime caratterizzate da processi produttivi contraddistinti da ridotti impatti ambientali e l’utilizzo di materiali riciclati e riciclabili costituisce una possibile soluzione per la riduzione dei consumi. Per poter assolvere a tali scopi è stato recentemente riconsiderato il legno come materiale da costruzione, sia per la realizzazione di elementi strutturali che all’interno di elementi tecnologici. In particolare, di attuale sviluppo risultano essere i sistemi costruttivi ibridi che integrano due diversi materiali da costruzione, legno e calcestruzzo armato oppure legno e acciaio, al fine di sfruttarne le qualità individuali e dei materiali combinati. L’unione di soluzioni eco-efficienti e la valutazione dei possibili impatti ambientali dell’edificio fin dalle prime fasi di progettazione, al fine di individuare i materiali caratterizzati da elevati consumi ed emissioni ed effettuare una sostituzione con alternative più eco-sostenibili, potrebbe garantire una diminuzione dell’impatto ecologico del sistema delle costruzioni. Tra le strategie di valutazione della sostenibilità ambientale la più completa e diffusa risulta essere la metodologia LCA (Life Cycle Assessment), normata dalla UNI EN ISO 14040, che analizza i carichi ambientali di tutte le singole fasi di vita di un prodotto o di un sistema. Il presente lavoro affronta lo studio comparativo di differenti soluzioni strutturali e tecnologiche applicate ad un caso di studio, mediante un’analisi LCA realizzata attraverso il software One Click LCA, in grado di valutarne gli impatti ambientali e di determinare i possibili miglioramenti. A partire, quindi, dalla definizione di quattro tipologie strutturali realizzate in calcestruzzo armato, acciaio strutturale e legno, e dalla definizione di differenti soluzioni tecnologiche prefabbricate, tra cui i sistemi costruttivi ibridi, è stato possibile realizzare diverse modellazioni dell’edificio ed analizzare, per ognuna di esse, le emissioni di anidride carbonica in atmosfera e il consumo totale di energia primaria richiesta durante le fasi del ciclo di vita considerate all’interno dell’analisi. Lo scopo di questo studio è, dunque, un’indagine in termini di sostenibilità ambientale delle prestazioni degli elementi tecnologici ibridi rispetto alle soluzioni tradizionali attraverso l’integrazione degli stessi all’interno di differenti tipologie di edificio; ed una valutazione dei differenti impatti ambientali delle diverse modellazioni ipotizzate con l’identificazione dei materiali che più contribuiscono agli impatti ambientali e dei suggerimenti per la loro sostituzione. Questo processo, infatti, vuole dimostrare come lo svolgimento di un’analisi LCA e la considerazione dell’eco-sostenibilità dell’edificio possa permettere di effettuare scelte, in fase di progettazione, che modificano sostanzialmente l’impatto globale dell’edificio, permettendo ai progettisti di assolvere ai requisiti prestazionali richiesti senza tralasciare quello ambientale.