“La sfida dello sviluppo sostenibile: valorizzazione delle risorse per il futuro dell’energia” Paolo Riva Dipartimento di Ingegneria e Scienze Applicate Università of Bergamo [email protected] “Riqualificazione Energetica: è sostenibile su stabili non sicuri?” 25 ottobre 2014 Teatro Sociale – Bergamo Moreover, people spend 90% of their time inside buildings so health, safety and comf Sostenibilità ensured. With regard to the economic dimension, the construction sector generates 1 European economy (Fig.a). On the basis of these evaluations, building sector turn market with a great potential to satisfy the eco-efficiency and sustainable goals dur Impatto dell’Industria delle Costruzioni in Europa life-cycle of a construction. (Seismic performance assessment addressing sustainability and energy efficiency JRC Report EUR 26432 EN) Sostenibilità Fasi nell’analisi del Ciclo di Vita (Seismic performance assessment addressing sustainability and energy efficiency JRC Report EUR 26432 EN) Fig.b: A sketch of building design for life-cycle towards an integrated sustainable approach Sostenibilità targets set by Waste Directive in order to favour the resource efficiency achievement. In line with that, two possible ways to develop this issue are considered: Design for Deconstruction (DfD) Economic instruments such as landfill taxes or refunded compliance bonds. Approccio Integrato alla Sostenibilità (Seismic performance assessment addressing sustainability and energy efficiency JRC Report EUR 26432 EN) Fig.2: Document framework flowchart The core of this report is represented by the Sustainable Structural Design (SSD) methodology. Sostenibilità A reference flowchart (Fig.5) about the three steps composing the methodology framework is presented below. Progettazione Strutturale Sostenibile (Seismic performance assessment addressing sustainability and energy efficiency JRC Report EUR 26432 EN) Fig.5: SSD methodology steps flowchart Sostenibilità Elenco delle principali problematiche legate alla sostenibilità (fib Bulletin 67) Fasi del ciclo di vita Produzione Vita in esercizio Vita secondaria Materie prime Energia Immagazzinata Conduzione e gestione Demolizione Riciclo Prestazioni energetiche Selezione e riciclo CO2 immagazzinata Edifici Incidenza trasporti Clima interno Utilizzo cauto di materie prime Assorbimento CO2 Creazione di rifiuti Strutture Civili Sostanze Nocive Buona durabilità e manutenzione Robustezza Assorbimento CO2 Smaltimento a discarica Riciclare localmente evitando trasporto Sostanze dannose da demolizione Assorbimento CO2 dopo frantumazione Fib bulletin 67 – Guidelines for green concrete structures Patrimonio Edilizio Italiano – deficit energetici Impieghi finali di energia per settore Dati ENEA, Italia 2000 5% 18% Consumi primari settore civile L’uso dell’energia nel settore RESIDENZIALE 14% 9% 86% Gestione Riscaldamento Usi elettrici obbligati e UsiCostruzione cucina Ristrutturazione Acqua calda 68% La sola gestione corrisponde all’ 86% del consumo totale annuo di energia. Produzione totale di rifiuti nell’UE Report JRC, UE 2010 35% dei rifiuti prodotti sono generati da costruzioni e demolizioni = 860 milioni di tonnellate Produzione di rifiuti da costruzione nell’UE Settore residenziale: 15(m3) rifiuti da costruzione per 100(m2) Patrimonio Edilizio Italiano E Pericolosità Sismica Totale edifici per data di costruzione 31% 19% Prima del 1945 Dal 1945 al 1981 Dopo il 1981 50% 81% degli edifici costruito prima del 1981 Edifici in c.a. per data di costruzione 37% 60% Prima del 1945 Dal 1945 al 1981 Dopo il 1981 Classificazione sismica del territorio italiano da NTC 2008 Considerando soltanto gli edifici in c.a., il 61% (pari a circa 1.670.000 unità risale al periodo 1950-1980. + NUOVA ZONAZIONE E FRACKING… Circa 9 milioni di edifici non sono progettati per resistere ai carichi orizzontali e di questi, circa 1,8 milioni sono in c.a. Patrimonio Edilizio Degli Anni 70 Patrimonio edilizio esistente classificato per data di costruzione 16% 38% pre 1960 1961-1990 1991-2010 45% a) Figure 1. a) Aerial view of a typical district build in the 1950-1970. The buil considered to constitute more of the 50% of the total building stock in Europe. Il 40% DEGLI EDIFICI ESISTENTI HA ESAURITO LA VITA UTILE Sostenibilità e Recupero Gerarchia del Rifiuto Guidelines for the Selection and Use of Fuels and Raw Materials in the Cement Manufacturing Process, Dec. 2005, WBCSD Sostenibilità e Recupero  Sviluppo di Nuove Tecnologie per il Recupero  Sviluppo di Nuovi Materiali  Sviluppo di nuove soluzioni integrate e adattive Patrimonio Edilizio Esistente: Problematiche ASPETTI ENERGETICI - Involucro tipicamente non coibentato - Presenza di ponti termici significativi - Impianti tecnologici vetusti EFFICIENTAMENTO ENERGETICO + SOSTENIBILITA’ AMBIENTALE + FATTIBILITA’ ECONOMICA + QUALITA’ AMBIENTE ASPETTI FORMALI - Edifici privi di pregio architettonico - Distribuzione interna alloggi non più rispondente agli attuali standard abitativi RIQUALIFICAZIONE ARCHITETTONICA + RIGENERAZIONE URBANA -Degrado urbano STRUTTURA A- Doppia Pelle Solo Energetica Ed Architettonica B- Interventi Di Miglioramento Solo Strutturale - Edifici spesso non verificati ai carichi VERTICALI -Struttura non organizzata per resistere ai carichi ORIZZONTALI - Vita Utile (50 anni) esaurita MIGLIORAMENTO SISMICO + STATICO Patrimonio Edilizio Esistente: Problematiche ASPETTI ENERGETICI - Involucro tipicamente non coibentato - Presenza di ponti termici significativi - Impianti tecnologici vetusti EFFICIENTAMENTO ENERGETICO + SOSTENIBILITA’ AMBIENTALE + FATTIBILITA’ ECONOMICA + QUALITA’ AMBIENTE ASPETTI FORMALI - Edifici privi di pregio architettonico - Distribuzione interna alloggi non più rispondente agli attuali standard abitativi RIQUALIFICAZIONE ARCHITETTONICA + RIGENERAZIONE URBANA -Degrado urbano STRUTTURA - Edifici spesso non verificati ai carichi VERTICALI -Struttura non organizzata per resistere ai carichi ORIZZONTALI - Vita Utile (50 anni) esaurita MIGLIORAMENTO SISMICO + STATICO C- Proposta di soluzione integrata Esempi Di Intervento Non Coordinati: Soluzione A Intervento con doppia pelle «classica» : • riqualificazione solo energetica ed architettonica Edifici residenziali in Lessingstrasse, Leinefelde, Germania: prima della riqualificazione Edifici residenziali in Lessingstrasse, Leinefelde, Germania: dopo la riqualificazione Esempi Di Intervento Non Coordinati: Soluzione B Interventi locali e globali: INTERVENTI LOCALI rinforzo dei nodi soluzione difficilmente percorribile e costosa (richiede demolizione e rifacimento delle finiture) INTERVENTI GLOBALI – posizionamento nuovi setti o rinforzo setti esistenti Interventi preferibili! Meglio se operati dall’esterno. DIAFRAMMA Risultati promettenti di studi recenti mostrano che in zone a medio-bassa sismicità il solaio esistente ha le necessarie risorse o richiede minimi interventi Esempi Di Intervento Non Coordinati: Risultati Modalità di intervento tradizionali: • risoluzione di problemi contingenti e isolati (spesso in situazioni di emergenza o di assoluta necessità) a) b) Figure 2. Traditional approach aimed at solving episodic, contingent building deficiencies: a) Example of the little EFFICIENTAMENTO ADEGUAMENTO forethought ofSOLO a traditional intervention, classified as “sustainable”,SOLO limited to the energetic and architectural ENERGETICO SISMICO redevelopment, without accounting for the structural safety. The image portrays the building ruins after Emilia earthquake (2012); b) example of the adverse impact of an intervention conceived for the sole structural retrofit on the appearance of the existing building. Costi Della Riparazione Post Sisma: Sostenibilità? 4500 VITTIME con Abruzzo ed Emilia la spesa è di circa 160 Mld €, pari a 3-3,5 Mld € annui Fonte: Prof. Mauro Dolce – Protezione Civile Nuove proposte di riqualificazione sostenibile UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BERGAMO E BRESCIA Riqualificazione Sostenibile Del Patrimonio Edilizio Del Secondo Dopo Guerra Mediante Doppia Pelle Ingegnerizzata Ed Adattiva Per Il Rinforzo Strutturale, L’Efficientamento Energetico, La Riqualificazione Architettonica Ed Urbana Research Proposal UNIBG e UNIBS C- Soluzione Proposta: Doppia Pelle Strutturale Adattiva APPROCCIO OLISTICO ALLA RIQUALIFICAZIONE Riqualificazione sostenibile del patrimonio edilizio mediante soluzioni a doppio involucro, finalizzate alla soluzione integrata di tutte le problematiche SOLUZIONE ADATTIVA alternativa alla DEMOLIZIONE E RICOSTRUZIONE La proposta persegue la triplice finalità di: (1) trasformare le costruzioni esistenti in manufatti tipo «positive energy», superando quanto disposto dalla Direttiva Europea 2010/31/Ue; (2) rendere gli edifici strutturalmente sicuri dal punto di vista statico e sismico; (3) riqualificare le architetture e valorizzare i contesti urbani. Demolizione & Ricostruzione Vs Riqualificazione - Smaltimento rifiuti e impiego materiali DEMOLIZIONE E RICOSTRUZIONE - Necessità di trasferire gli abitanti VITA UTILE 0 50 ANNI INTERVENTI DI SOLA RIQUALIFICAZIONE ENERGETICA + 50 ANNI NON È GARANTITA LA SICUREZZA STRUTTURALE VITA UTILE 0 50 ANNI  Ridotto volume di rifiuti da smaltire  Ridotto consumo materiali  Non necessario rilocare gli abitanti DOPPIA PELLE INGEGNERIZZATA – STRUTTURALE ED ENERGETICA VITA UTILE 0 50 ANNI + 50 ANNI Doppia Pelle Ingegnerizzata Ed Adattiva POTENZIALITA’ a’) a’’) b) c) d) e) Figurea’) 4. Schematic representation of the proposed external “adaptive engineered” double skin solution e) and its a’’) b) c) d) potential: a’,a’’) double involucres either in adhesion, or as an enlargement of the existing structure with variable Figure 4.b)Schematic representation of the proposed external doublea’,skin solutioninvolucro and its Rappresentazione schematica della pelletechnologies ingegnerizzata ed“adaptive adattiva e engineered” delleenergy potenzialità: a’’) doppio thickness; incorporating the bestdoppia available delivering significant efficiency improvements while potential:omultiple a’,a’’) double involucres either in adhesion, or asapproaches, anmodulabile enlargement ofrispetto the example, existing structure with in addressing aderenza esoscheletro della struttura esistente, con spessore di vincoli urbanistici; b) resource challenges and ecosystem-based suchnel as, for green roofs andvariable walls; thickness; b) incorporating the best available technologies delivering significant energy efficiency improvements while incorpora le soluzioni tecnologiche per garantire l’efficientamento energetico; c) possibile realizzazione di piani c) possible construction of new stories, whose revenues from sale might partially balance the upgrade costs; d) living addressing multiple challenges and ecosystem-based approaches, suchinhabitants; as, for example, green roofs and walls; aggiuntivi (sopralzi), cui vendita può compensare il costo riqualificazione; d) garantisce benessere environment qualitylaresource assessment to guarantee health anddella wellbeing of the e) migliore optional internal plan c) possible construction of new stories, whose from sale might partially balance the upgrade costs; d) living abitativo; e) possibilità del proprietario dei singoli appartamenti di riconfigurare la pianta. architectural reconfiguration to comply with newrevenues living necessities. environment quality assessment to guarantee health and wellbeing of the inhabitants; e) optional internal plan …piano casa! architectural reconfiguration to comply with new living necessities. RIQUALIFICAZIONE URBANA a) b’) b’’) Figure 5. The requalification theessere building is conceived in relation to the urbanpuò scale: a) the groundcome floor«spazio can be La riqualificazione dell’edificio of può pensata a scala essere pensato a) b’) urbana: a) il piano terra b’’) designed a “filtercontinuità space” avoiding any di interruption of thedel continuity of b, theb’)neighborhood social o living space; b’, b’’) filtro» per5.as garantire agli spazi socializzazione vicinato; i volumi aggiuntivi comunque gli spazi Figure The requalification of the building is conceived in relation to the urban scale: a) the ground floor can be the new orpossono the renovated spaces can be used to provide the neighborhood with sociali. new social services. rinnovati essere ridestinati e sfruttati come nuovi spazi per servizi designed as a “filter space” avoiding any interruption of the continuity of the neighborhood social living space; b’, b’’) the new or the renovated spaces can be used to provide the neighborhood with new social services. Miglioramento Sismico Sisma in direzione Y Sisma in direzione X Soluzione con pareti sismoresistenti  interessanti per le zone ad altissima sismicità • • TREFOLI PROFILI PANNELLO CALASTRELLI C.A. sistema di controventamento esterno con impiego di collegamenti speciali che localizzano il danno semplificando le opere di ripristino post-terremoto, ridotte alla sostituzione di pochi elementi doppio involucro «leggero» Miglioramento Sismico: Tradition vs Innovation TRADITIONAL SHEAR WALL 1 2 The energy efficiency upgrading curtain wall Shear walls ensure structural safety • The approach is to concentrate structural strength and stiffness into few elements, of reduced length, which in turn have to be very resistant. INNOVATIVE SHELL STRUCTURE 1 Envelope serves two functions: energy efficiency upgrade; and structural resisting element. • The approach exploits the shape and the extension of the façade to reduce the cross section area of the single structural component and force the new involucre boxstructural behavior Miglioramento Sismico La stessa doppia pelle ha funzione strutturale Rivestimenti fotocatalitici Asfalti fotocatalitici Soluzioni innovative: Tessuto che «respira» Photocromic glass Bioinspired climate adaptive skins Pannelli sandwich, vetro, Materiali innovativi Riqualificazione Architettonica ed Energetica CREAZIONE NUOVI SPAZI ABITATIVI RESTYLING FACCIATE LOGGE + BALCONI * RICONFIGURAZIONE DEGLI ALLOGGI Esoscheletro + Sol. architettoniche adattive SERRE SOLARI VERDE VERTICALE… * RIFACIMENTO IMPIANTI Esempi Di Doppia Pelle Ingegnerizzata Ed Adattiva  Nuovo involucro: prestazioni energetiche e strutturali  restyling architettonico e soluzioni adattive  Intervento dall’esterno: in aderenza o come esoscheletro dell’esistente in relazione ai vincoli urbanistici a) BUILDING RENEWAL BY EXTERNAL ADAPTIVE-ENGINEERED DOUBLE INVOLUCRES  Sistema controventi esterno + speciali connessioni dissipative in cui concentrare il danno  Soluzioni tecnologiche sostenibili  Minimo disturbo per gli abitanti b) Esempi Di Doppia Pelle Ingegnerizzata Ed Adattiva Existing building BEFORE renovation a) NAL ADAPTIVE-ENGINEERED DOUBLE INVOLUCRES a) BUILDING RENEWAL BY EXTERNAL ADAPTIVE-ENGINEERED DOUBLE INVOLUCRES b) Same building AFTER intervention Ricerche Correlate Allo studio del singolo edificio riqualificato mediante doppia pelle ingegnerizzata adattiva vengono correlate ricerche a livello macro e microscopico. micro Macro A livello macroscopico viene studiato l’inserimento dell’edificio nel tessuto urbano. A livello microscopico si studiano nuove tecnologie da implementare nel sistema di facciata. Facciate semi automatiche Costi Della Riparazione Post Sisma: Sostenibilità? “Strategie di prevenzione più efficaci farebbero non solo risparmiare decine di miliardi di dollari ma salverebbero decine di migliaia di vite. Costruire una cultura di prevenzione non è facile. Mentre i costi della prevenzione debbono essere pagati nel presente, i suoi benefici si avvertono in un futuro distante. Per di più, i benefici non sono tangibili: SONO I DISASTRI NON AVVENUTI” Kofi Annan, WSSD 2002 More effective prevention strategies would save not only tens of billions of dollars, but save tens of thousands of lives. Funds currently spent on intervention and relief could be devoted to enhancing equitable and sustainable development instead, which would further reduce the risk for war and disaster. Building a culture of prevention is not easy. While the costs of prevention have to be paid in the present, its benefits lie in a distant future. Moreover, the benefits are not tangible; they are the disasters that did NOT happen