A carbon neutral Campus by 2050: strategies evaluation to decarbonize the Lecco Campus of Politecnico di Milano

Actually, the construction sector is one of the main contributors to global carbon emissions, which implies a crucial role in the fight against climate change. The achievement of the goal set in the Paris Agreement, which calls for limiting the increase in global temperature to below 2°C compared to pre-industrial levels, with the aim of limiting it to 1.5°C by the end of the century, will be compromised if the construction sector does not drastically reduce carbon emissions. To achieve this, it is necessary to work on energy efficiency and ensure the use of clean and sustainable energy sources. This research aims to define energy efficiency scenarios to reduce carbon emissions released by Lecco Campus of the Politecnico di Milano. Analyzing the University Energy Balance (BEA), anomalies emerged in the distribution of thermal needs of buildings, as they are calculated on a surface basis without considering the technical characteristics of each building. Modeling the Campus on energy modeling software allowed to solve the problem through simulations that permitted to study the energy performance of individual buildings. The simulations provided estimates of the energy needs for heating and cooling of the buildings and, thanks to them, it was possible to redistribute the real needs of the BEA, allowing to identify the buildings with the highest consumption per square meter and implement targeted efficiency strategies. Following the definition of the best strategies for reducing needs, which are the modification of the insulation on the opaque vertical partitions of buildings 05 and 08, the increase in the insulation thickness of the roofs of buildings 05-08-09-10 and the replacement of the windows in buildings 09-10, the equivalent CO2 released by the entire campus was calculated through the study of the specific emission factors for each vector, implementing an emissions trajectory up to 2050. . The remaining emissions were offset through targeted strategies: the introduction of district heating (DH), which reduces emissions by 55% more than the previous scenario and reports a final estimate of 131.31 tons of CO2 equivalent to 2050, the installation of a large-scale photovoltaic park requiring 1603 square meters of surface area, and the adoption of a Power Purchase Agreement (PPA) for a total value of 174,754 € per year. Furthermore, has been implemented a strategic adoption of biogenic materials for the construction of a new building and the regeneration of an adjacent one that will become part of the building heritage of the Lecco Campus of the Politecnico di Milano. Through the adoption of biogenic materials, considering the blocks A1-A3 of the Life Cycle method, it is possible to confirm that the environmental impact generated by the construction and renovation of the two buildings is compensated by the use of biogenic materials. This approach aims to not impact on the carbon dioxide emissions already present and on the related compensation measures studied. The combination of all these technological interventions defined an integrated vision for the transition to a zero-emission campus.

Attualmente, il settore delle costruzioni è uno dei principali responsabili delle emissioni globali di carbonio, questo implica avere un ruolo cruciale nella lotta contro al cambiamento climatico. Il raggiungimento dell’obbiettivo fissato nell’accordo di Parigi, il quale prevede di contenere l'aumento della temperatura globale al di sotto dei 2°C rispetto ai livelli preindustriali, con l’obiettivo di limitarlo a 1,5°C entro la fine del secolo, sarà compromesso se il settore delle costruzioni non ridurrà drasticamente le emissioni di carbonio. Per far ciò, è necessario lavorare sull’efficienza energetica e garantire l’utilizzo di fonti di energia pulita e sostenibile. Questa ricerca mira a definire scenari di efficienza energetica per ridurre le emissioni di carbonio rilasciate dal Campus di Lecco del Politecnico di Milano. Analizzando il Bilancio Energetico di Ateneo (BEA) sono emerse delle anomalie nella distribuzione dei fabbisogni termici degli edifici, in quanto calcolati su base superficiale senza considerare le caratteristiche tecniche di ogni edificio. La modellazione del Campus su un software di modellazione energetica ha permesso di risolvere il problema attraverso delle simulazioni che hanno consentito di studiare le prestazioni energetiche dei singoli edifici. Le simulazioni hanno fornito delle stime dei fabbisogni energetici per riscaldamento e raffrescamento dei fabbricati e, grazie ad esse, è stato possibile ridistribuire i fabbisogni reali del BEA consentendo di individuare gli edifici con i maggiori consumi per metro quadrato e di implementare strategie di efficienza mirate. In seguito alla definizione delle strategie migliori per la riduzione dei fabbisogni, le quali risultano essere la modifica dell’isolamento sulle partizioni verticali opache degli edifici 05 e 08, l’incremento dello spessore di isolamento dei tetti degli edifici 05-08-09-10 e la sostituzione dei serramenti negli edifici 09-10, è stata calcolata la CO2 equivalente rilasciata dall'intero campus attraverso lo studio dei fattori di emissione specifici per ogni vettore, costruendo una traiettoria delle emissioni fino al 2050. Le emissioni rimanenti sono state compensate attraverso strategie mirate: l'introduzione del teleriscaldamento (DH), che riduce le emissioni del 55% in più rispetto allo scenario precedente e riporta una stima finale di 131,31 tonnellate di CO2 equivalente al 2050, l'installazione di un parco fotovoltaico di grandi dimensioni che richiede 1603 metri quadrati di superficie e l'adozione di un Power Purchase Agreement (PPA) per un valore complessivo di 174.754 € all'anno. Inoltre, è stata implementata un'adozione strategica di materiali biogenici per la costruzione di un nuovo edificio e la riqualificazione di uno adiacente che entreranno a far parte del patrimonio edilizio del Campus di Lecco del Politecnico di Milano. Attraverso l'adozione di materiali biogenici, considerando i blocchi A1-A3 del metodo del Ciclo di Vita, è possibile confermare che l'impatto ambientale generato dalla costruzione e dalla ristrutturazione dei due edifici è compensato dall'uso di materiali biogenici. Questo approccio mira a non impattare sulle emissioni di anidride carbonica già presenti e sulle relative misure di compensazione studiate. La combinazione di tutti questi interventi tecnologici ha definito una visione integrata per la transizione verso un campus a emissioni zero.