Material and Energy Flows - Überbauung Bombasei-Areal

Quale quadro di riferimento e quali valori limite dovrebbero essere adottati per le emissioni di gas serra incorporate?

Oggi le emissioni di gas serra si generano lungo l’intero ciclo di vita di un edificio: costruzione, esercizio, manutenzione, ristrutturazione e demolizione.

Per questa analisi utilizziamo come riferimento il Percorso climatico SIA svizzero (SIA 390/1:2025). Questo quadro considera le emissioni legate alla costruzione e all’esercizio dell’edificio, escludendo la mobilità, e fornisce un benchmark chiaro per valutare le prestazioni ecologiche degli edifici in Svizzera.

Nel grafico seguente facciamo riferimento alle prime due colonne della norma SIA 390/1:2025, “SIA Klimapfad”. GW1 rappresenta l’obiettivo ambizioso, mentre GW2 rappresenta l’obiettivo di base.

Confronto dei valori limite e/o di riferimento per costruzione ed esercizio, utilizzando come esempio un nuovo edificio residenziale. Fonte: Emissioni nette zero di gas serra nel settore edilizio; Ufficio federale dell’energia, 2024.

Viride – dare forma alla realtà

Tool: viride

Iniziamo a esplorare il Bombasei Areal con viride. Con pochi dati di base — posizione, anno di costruzione, superficie del tetto e principali componenti edilizi — possiamo già tradurre l’architettura in dati ambientali misurabili. Passo dopo passo, l’edificio comincia a rivelare come consuma energia, produce emissioni di gas serra e immagazzina carbonio.

La fase più intensa dal punto di vista dei dati riguarda i componenti costruttivi. Per ogni elemento — fondazioni, pareti esterne o copertura — definiamo la superficie e selezioniamo la tipologia più vicina da un elenco predefinito. Iniziamo dalle pareti esterne. Secondo i piani, sono realizzate in legno lamellare a strati incrociati (CLT), intonacato su entrambi i lati, con isolamento in paglia all’interno. Cercando la tipologia costruttiva più simile nella libreria di viride, il software restituisce immediatamente una prima serie di valori:

• 4.27 kWh/m²(ERA)a Energia primaria non rinnovabile
• 1.07 kgCO₂-eq/m²(ERA)a Emissioni di gas serra
• 0.25 kgC/m²(ERA)a Carbonio biogenico

Si vede subito che le pareti fanno molto più che sostenere l’edificio: immagazzinano carbonio e allo stesso tempo utilizzano l’energia in modo efficiente.

Facciamo un esperimento: cosa succederebbe se queste pareti fossero realizzate in cemento armato invece che in legno? I valori cambiano immediatamente:

• 7.14 kWh/m²(ERA)a Energia primaria non rinnovabile
• 2.32 kgCO₂-eq/m²(ERA)a Emissioni di gas serra
• 0 kgC/m²(ERA)a Carbonio biogenico

Il fabbisogno energetico aumenta, le emissioni crescono e la capacità di stoccaggio del carbonio scompare. In questo modo diventa evidente l’impatto climatico di una singola scelta di materiale.

Confronto tra due tipologie pareti esterne

Quando il tipo di costruzione e le dimensioni sono definite per tutti i componenti, VIRIDE legge il Bombasei-Areal come un sistema completo di flussi di materiali, energia ed emissioni. Introduce due prospettive temporali: la costruzione e l'esercizio.

Per la fase di costruzione, i risultati sono:

• 47,65 Energia primaria non rinnovabile (PENR) in kWh/m² (ERA)a
• 12,44 Emissioni di gas serra (GHG) in kgCO₂-eq/m²(ERA)a
• 1,2 Carbonio biogenico in kgC/m²(ERA)a

Gli edifici residenziali convenzionali con strutture in cemento raggiungono tipicamente 20-30 kgCO₂-eq/m²a e non immagazzinano quasi nessun carbonio biogenico. Bombasei segue quindi una logica materiale chiaramente diversa: emissioni inferiori e stoccaggio di carbonio misurabile all'interno del tessuto edilizio.

Il diagramma mostra i risultati della simulazione VIRIDE per l'energia primaria non rinnovabile (PENE), le emissioni di gas serra (GHG) e il carbonio biogenico per metro quadro di superficie lorda all'anno.

I valori appaiono leggermente superiori ai benchmark SIA. Ciò è dovuto principalmente all'utilizzo da parte di viride di tipologie predefinite. La parete esterna vera e propria del Bombasei-Areal è un sistema leggero e multistrato composto da intonaco di calce, isolamento in paglia, pannelli in CLT, pannelli in gessofibra e una finitura interna in intonaco di calce. Questa precisa stratificazione, e soprattutto l'uso della paglia come materiale isolante biobased, non possono essere rappresentati appieno nel catalogo di viride.

Al Bombasei-Areal vengono utilizzate circa 420 tonnellate di paglia. Con un fattore di stoccaggio del carbonio di circa -1,34 kg di CO₂ per chilogrammo di paglia, ciò corrisponde a circa 560 tonnellate di CO₂ immagazzinate nel tessuto edilizio. Questo contributo significativo non è quindi pienamente visibile nei risultati attuali di viride, il che significa che l'effettivo stoccaggio biogenico di carbonio del progetto è superiore a quello indicato dallo strumento.

Questo evidenzia sia un limite che un punto di forza di viride. Il suo limite risiede nella rappresentazione semplificata di sistemi costruttivi complessi e biobased. Allo stesso tempo, il suo punto di forza consiste nel fornire un solido quadro di riferimento per il confronto e la valutazione nelle fasi iniziali. viride funziona quindi come un punto di orientamento affidabile piuttosto che come una rappresentazione completa, sostenendo un processo decisionale informato e indicando al contempo dove sono necessarie analisi più dettagliate e specifiche per i materiali.

Cosa ci dice la seconda prospettiva temporale? Sposta l'attenzione sul funzionamento dell'edificio. Qui VIRIDE mostra come il Bombasei-Areal si comporta nell'uso quotidiano, al di là dell'impatto incorporato nei suoi materiali. Per la fase operativa, i risultati indicano:

• 2,57 kgCO₂-eq/m²(ERA)a Emissioni di gas a effetto serra (GHG)

• 68,22 kWh/m²(ERA)a Energia rinnovabile autoconsumata, generata dal tetto a falde fotovoltaico

Questi valori descrivono il comportamento dell'edificio nel tempo: quanto emette durante l'utilizzo e quanto effettivamente può coprire parte del suo fabbisogno energetico con la produzione rinnovabile in loco. La prospettiva operativa completa quindi l'analisi della costruzione, dimostrando che la sostenibilità non è data solo da ciò che un edificio è fatto, ma anche da come produce e consuma energia ogni giorno.

Funzionamento e utilizzo energetico in loco del Bombasei-Areal

Questa prima parte della storia mostra anche che viride lavora con tipologie predefinite. Non è in grado di rilevare ogni strato di materiale o l'esatto spessore di ogni componente, quindi i suoi risultati devono essere letti come approssimazioni piuttosto che come calcoli precisi. Il suo vero punto di forza è altrove: aiuta a rispondere a una semplice e cruciale domanda di progettazione: dove dobbiamo guardare più da vicino?

Da qui, altri strumenti come EcoTool, One Click LCA e REMMS possono subentrare per approfondire l'analisi. viride fornisce il primo schizzo, il primo confronto e la prima intuizione, impostando la direzione per indagini più dettagliate e mirate.

EcoTool - approfondimento sui materiali

Tool: EcoTool

Esploriamo il Bombasei-Areal con EcoTool. Qui l'attenzione si sposta dalle tipologie alla definizione di veri e propri strati edilizi. Invece di lavorare con sistemi costruttivi generalizzati, l'edificio viene descritto attraverso i suoi singoli materiali e componenti.

EcoTool inizia alla scala dei singoli componenti dell'edificio. Ci permette di costruire ogni elemento del Bombasei-Areal strato per strato: struttura, isolamento e finiture. Per ogni strato è necessario definire sia il materiale che lo spessore. Questo permette di descrivere l'edificio esattamente come viene costruito, compresi i materiali rinnovabili come la paglia.

Iniziamo con la costruzione del piano terra. Secondo i progetti esecutivi, la struttura viene assemblata passo dopo passo, compreso lo strato di isolamento in paglia di 750 mm. Il risultato appare come una sezione che visualizza ogni strato del componente insieme alle sue prestazioni ambientali. Il risultato è una sezione che visualizza ogni strato del componente e le sue prestazioni ambientali, mostrando che ogni metro quadrato del piano terra è responsabile di 2,4 kgCO₂-eq/m²a di emissioni di gas serra (THG).

Cambiando un materiale o regolando lo spessore di uno strato, possiamo vedere immediatamente come i valori aumentano o diminuiscono.

Costruzione della soletta, strato per strato

Nel Bombasei-Areal, i pavimenti non hanno tutti la stessa composizione. Ogni situazione richiede una logica costruttiva diversa. Il pavimento del piano interrato sopra il garage è in calcestruzzo. Il pavimento del piano terra tra uno spazio riscaldato e uno non riscaldato contiene uno strato isolante molto più spesso, con 750 mm di paglia. I piani superiori tra due spazi riscaldati, così come le solette dei balconi, seguono un'altra stratificazione.

I diversi tipi di pavimento, pareti, tetti e soffitti vengono quindi ricostruiti individualmente in EcoTool. Il Bombasei-Areal non è più semplificato in tipologie, ma rappresentato nella sua piena complessità costruttiva.

Componenti costruttivi del Bombasei-Areal, costruiti strato per strato, con ogni materiale mostrato nel suo spessore reale.

Una volta che tutti i componenti sono stati costruiti strato per strato e ottimizzati, spostiamo la scala dal livello dei materiali all'edificio nel suo complesso. Nella fase di ottimizzazione dell'edificio, inseriamo le aree di superficie di ciascun componente precedentemente definito.

Il risultato è una serie di diagrammi che mostrano quanto ogni elemento contribuisce alle emissioni in fase di costruzione.

Per il Bombasei-Areal, i diagrammi mostrano che il pavimento e le finestre hanno il maggiore impatto sulle emissioni legate alla costruzione. Tuttavia, nel primo diagramma, l'impianto fotovoltaico non è ancora incluso. Una volta preso in considerazione, la distribuzione complessiva cambia in modo significativo. Le pareti esterne non sono più il principale contributore; al contrario, l'impianto fotovoltaico diventa la principale fonte di emissioni, rappresentando circa il 35% delle emissioni totali della fase di costruzione. Allo stesso tempo, il sistema fotovoltaico fornisce energia rinnovabile generata localmente, riducendo le emissioni operative e l'impronta di carbonio complessiva del ciclo di vita.

Quale elemento dell'edificio ha l'impatto maggiore? Nel primo diagramma è la parete esterna. Nel secondo, una volta incluso l'impianto fotovoltaico, questo diventa il contributo dominante.

L’ultimo passaggio prima di eseguire la simulazione completa consiste nel definire i parametri generali del progetto che descrivono l’edificio nel suo insieme. Il progetto si trova a Zürich-Kloten, a un’altitudine di 425 m s.l.m., mentre la superficie di riferimento energetico (ERA) è pari a 3.322 m². Definiamo poi l’impianto fotovoltaico, con una produzione annua prevista di circa 36.000 kWh di elettricità. Infine, vengono specificati gli impianti tecnici dell’edificio, inclusi i sistemi di riscaldamento, ventilazione e approvvigionamento energetico. 

Sulla base di questi dati, il modello genera una serie di sintesi grafiche che descrivono i flussi di materiali, energia e CO₂ del Bombasei Areal, con particolare attenzione alle emissioni di gas serra e al fabbisogno di energia primaria non rinnovabile.

• 10.3 kg CO₂-eq / m² ERA / a, Emissioni di gas serra legate alla costruzione

• 0.8 kg CO₂-eq / m² ERA / a, Emissioni di gas serra legate all’esercizio

• 44.4 kWh oil-eq / m² ERA / a, Energia primaria non rinnovabile legata alla costruzione

Nel complesso, questi risultati mostrano che l’impatto ambientale del progetto è dominato dalla fase di costruzione, responsabile della grande maggioranza sia delle emissioni di gas serra sia del consumo di energia primaria non rinnovabile, mentre la fase operativa contribuisce solo in misura relativamente ridotta alle emissioni complessive di CO₂.