Gestione della sostenibilità dall'edificio al contesto : mertodo multi-scala di supporto alle decisioni per l'ottimizzazione della sostenibilità in edilizia

Thanks to the contribute of the international scientific community, the life-cycle approach has become essential in the assessment methodologies of sustainability in construction works. However, this approach generally treats the building as an isolated object, omitting its relationship with the surrounding urban and territorial context. Additional research expands environmental assessment to the city level, assuming the building as a part of a wider context and the consequences of any operation on the building not limited at its own boundary, but affecting the upper scale areas, from the neighbourhood to the higher spatial scales. On the other hand, since the problem to contain the natural resources use has been raised, many international organizations and authorities (from governmental to local) have issued acts, programs, action plans, directives, to press the economic sectors, including building, to reduce mainly energy use and carbon emissions. The thesis presents the results of the original research focusing the multi-scalarity as a driver to evaluate performances, impacts and benefits of a set of retrofitting operations on a building that is a part of a real estate asset. The proposed multi-scale, performance oriented and life-cycle method aims optimizing the sustainability of the building, in relationship with its territorial context, from the neighbourhood to the urban and higher spatial scales. The scope of the method is to support the decision maker to identify the most sustainable technical option, with attention to a virtuous process of continuous improvement of the asset in a wide sustainable perspective. The case study consists in a rationalist building (Edificio 14 "La Nave") located in the main of the city Campuses of Politecnico di Milano. The performances and impacts of each option are described by environmental, social and economic indicators assumed from the list of indicators identified in the developing ISO and EN (CEN / TC 350) standards and compared to a panel of benchmarks. In particular, the panel assumes the environmental targets, in terms of energy saving and carbon emissions cut-off, identified in the main European, national and local action plans, implementing the international strategies, with particular respect to the Thematic Strategy on the Urban Environment. This performance management method shows to be able to support the decision-making, aiding the assessor in rating the technical alternatives in base of their multi-scale sustainability, assigning from A (high) to D (low) classes of sustainability, in two different scenarios: short to medium-term (2020) and long-term (2050). The first step has been setting a list of aspects/indicators coherent with the case study, starting from the core indicators identified in the EN 15643-1-2-3-4 standards and in the related 7 Framework Program projects (Open-House, SuPerBuildings). A conceptual model, reporting the levels of the building and the spatial framework has been built to study the territorial contextualization of the European indicators, describing aspects / impacts / performances. A subsequent stage has highlighted a large number of existing assessment/reporting systems at the different scales of the territory in which the Campus is located, from the city level to the national / European level and also including some international university ranking systems. The control grid used to cross the respective panels of indicators, the themes and the main topics is the same control matrix adopted in the Città Studi Sustainable Campus project of Politecnico di Milano. The grid is based on the ISCN (International Sustainable Campus Network) principles and commitments. The principles allow to put in relation the aspects and indicators describing the impacts and performances, linking the building with the campus and the campus with the city. The research has leaded, as a first result, to the identification of the interrelations between the panels of indicators belonging to the respective assessment/reporting documents at the different scales. And, also, the identification of a panel, including the CEN / TC 350 environmental, social and economic indicators/aspects at the building scale, able to identify and describe these interrelations, with the campus and beyond its boundaries. In order to optimize the sustainability of construction works and processes, an additional study has involved a wide number of strategic plans and programs, from the local to the global scale, putting direct or indirect targets to indicators closely related to the building, with particular respect to energy saving and carbon emission cut-off. The results of the rating procedure, aided by a sensitivity analysis, reward mostly the technical solutions that not only meet more the 2020 and 2050 environmental requirements (carbon emissions and primary energy), but also show balanced performances in the other areas, with emphasis on some of the economic ones. The wide systematization work and the application of the rating procedure have confirmed the initial hypothesis that it is possible, and highly recommended, to adopt a multi-scale and multidisciplinary approach. Further developments may be leaded in the direction of the introduction, in the rating procedure, of additional criteria, referred to the use of natural resources, waste production and recycling. Also, the method may be implemented on a wider range of construction works, such as residential buildings, civil engineering works and larger assets, like groups of buildings, even building stocks and urban districts. The flexibility of the method suggests also a further development with respect to case studies located in different geographical areas, replacing or enclosing new indicators.

Nello sviluppo di metodi ed applicazioni per la valutazione della sostenibilità in edilizia, sono ormai largamente condivisi l'approccio prestazionale e l'approccio basato sul ciclo di vita dell'edificio. Tuttavia, ancora oggi, l'approccio complessivo, sia per la costruzione di nuovi edifici sia per l'intervento sull'esistente, risente del diffuso limite dovuto alla considerazione dell'edificio come manufatto isolato e sistema con pochi o nulli scambi con l'esterno. In realtà, come evidenziato da più parti del settore delle costruzioni (autorità pubbliche, comunità scientifica, progettisti) è sempre più avvertita l'esigenza di un approccio alla sostenibilità che consideri l'edificio, per quanto concerne i suoi impatti e prestazioni, ben oltre i propri confini fisici. Si avverte pertanto la necessità di operare in una nuova prospettiva, che lo ponga in relazione, costante e lungo tutto il suo ciclo di vita, con il suo contesto, intendendo per contesto non solo l'ambiente in senso generale come nella attuale prassi, ma anche il suo territorio fisico e l'ambiente costruito di cui fa parte. Sussistono, in altre parole, delle pressioni dall'edificio sul territorio, ma anche dal territorio sull'edificio, che non si possono non considerare in un approccio sistemico alla sostenibilità. Nuovi sviluppi della ricerca hanno già mostrato, peraltro, le potenzialità, sulla sostenibilità del contesto, di strategie di sostenibilità applicate all'edificio, ad esempio mirate all'ottimizzazione energetica delle città. La letteratura evidenzia anche in vari contesti europei, compreso quello italiano, la presenza di buone pratiche, di edifici progettati e costruiti in una ottica di sostenibilità, di quartiere ed urbana. Purtroppo, però, si tratta di esempi virtuosi ma isolati. Per l'organizzazione del settore, la necessità di un approccio di sistema, che attivi committenze, progettisti, imprese di costruzione e servizi, produttori e risorse in un'unica direzione, può trovare risposta con l'individuazione e diffusione di nuovi modelli, nuovi metodi e nuove prassi, basati su assunzioni, criteri e metodologie il più possibile condivisi. Non si può peraltro prescindere, data la natura e la complessità della materia, da un approccio, oltre che multi-scala, anche multi- ed inter-disciplinare, che relazioni ed integri le componenti della sostenibilità (ambientale, sociale, economica). Lo stato dell'arte mette altresì in evidenza la disponibilità di un quadro di strumenti di normazione tecnica armonizzati per la valutazione della sostenibilità degli edifici, facenti capo a livello internazionale ad ISO (International Organization for Standardization) ed a livello europeo al CEN (European Committee for Standardization), ed ancora in corso di evoluzione, che possono costituire la base per lo sviluppo della ricerca in questa direzione. Inoltre, mostra che esistono piani d'azione, programmi ed iniziative strategiche varati da autorità pubbliche, che individuano scenari, target e requisiti minimi prestazionali, applicati al settore edilizio e talvolta anche più direttamente ai suoi comparti, di riduzione degli impatti globali, come l'uso dell'energia e la produzione di emissioni climalteranti. Ma, anche, che una buona parte di questi obiettivi è disattesa per mancanza di metodi, prassi e strumenti pragmatici, a disposizione dei decisori del processo edilizio. Una spiegazione potrebbe rintracciarsi nel retaggio storico di uno sviluppo disciplinare che ha trovato, ancora ad oggi, pochi punti d'incontro tra la scienza della pianificazione e gestione del territorio, tradizionalmente affidata agli urbanisti, e quella del manufatto edilizio, affidata agli ingegneri ed architetti. In ogni caso, il superamento di questa empasse è indirettamente raccomandato anche dalla stessa legislazione europea, che impone agli edifici sempre più ambiziosi obiettivi di riduzione dei consumi e degli impatti, a fronte di investimenti di risorse dedicati. L'efficacia degli sforzi sarà, pertanto, possibile solo attraverso l'ottimizzazione degli interventi, in funzione dei target imposti dai vari livelli istituzionali. Nello stato dell'arte sono, poi, focalizzati argomenti a scala di edificio, dal significato e uso degli indicatori nella gestione della sostenibilità, agli sviluppi in corso sulla normativa tecnica per la sostenibilità in edilizia, alla gestione avanzata dei processi. Scopo della tesi è lo sviluppo di un metodo multi-scala di supporto alle decisioni dei committenti e dei progettisti, per l'ottimizzazione della sostenibilità in edilizia. Il metodo, che assume un approccio di tipo previsionale e prestazionale e basato sul ciclo di vita, persegue l'obiettivo specifico di valutare e confrontare tra loro un set di alternative di intervento, progettate per la riqualificazione sostenibile dell'edificio. Il caso studio è rappresentato da un edificio esistente, contrassegnato dal numero 14 (La Nave) del patrimonio immobiliare del Politecnico di Milano, e dal suo contesto di inserimento, il Campus Città Studi, anche campo di sperimentazione di un progetto di scambio di pratiche virtuose tra istituzioni accademiche di livello internazionale. A differenza di un comune metodo di valutazione, il metodo sviluppato intende, attraverso una procedura di rating costruita appositamente, confrontare le alternative in base alle loro performance a differenti scale, selezionando le più sostenibili, in relazione al contesto, ovvero alle strategie ambientali, internazionali e locali. L'illustrazione del metodo, nei suoi aspetti strategici e generali, è preceduta dalla descrizione di un modello di approccio integrato di supporto alle decisioni, applicato al caso studio. Gli indicatori a scala di edificio sono adottati dagli standard europei del CEN TC 350 e contestualizzati. La ricerca delle relazioni con le diverse scale territoriali, da quella del Campus alla scala nazionale e l'armonizzazione degli indicatori europei con gli indicatori individuati nel progetto Città Studi Campus Sostenibile e con quelli impiegati in sistemi di assessment e reporting applicati al contesto, costituiscono fasi propedeutiche alla costruzione di un panel, limitato e gestibile, di indicatori, riferito alle tre componenti della sostenibilità (ambientale, sociale ed economica). Viene poi individuato, all'interno del panel selezionato, un gruppo di indicatori esclusivi della scala di edificio ed un altro di indicatori "multi-scala". L'analisi di numerosi documenti di programmazione e d'azione dal livello internazionale alla scala urbana consente la raccolta e messa a punto di una lista di target applicabili all'edificio del caso studio, per la riduzione dei consumi energetici e delle emissioni di gas serra, ordinati per settore economico, categoria di edificio, obiettivo temporale e limite numerico. La successiva individuazione di due scenari, a breve-medio e medio-lungo periodo (2020, 2050), è accompagnata da una selezione ragionata dei suddetti target, per costruire un sistema di benchmarks. Con particolare riferimento a tale sistema, vengono confrontate le singole alternative, attraverso una procedura di rating per ciascuno dei due scenari, al termine delle quali verranno attribuite classi di livello di sostenibilità: A (alto), B (medio), C (sufficiente), D (basso) per il 2020 e A (alto), B (medio-basso) per il 2050. Prima ancora di analizzare le ricadute sulla scala del Campus e il contributo al raggiungimento degli obiettivi strategici del progetto Città Studi Campus Sostenibile, completa la procedura, per la validazione del metodo, un'analisi di sensitività sulle condizioni e veti stabiliti nel sistema di rating, fissati anch'essi in funzione degli obiettivi sia specifici sia generali di sostenibilità.