Introduzione alla valutazione del ciclo di vita degli edifici

In che modo gli edifici influiscono sull'ambiente?

Costruire un edificio e utilizzarlo per molti anni produce impatti duraturi sulla salute umana e sull'ambiente. La valutazione del ciclo di vita (LCA) è la scienza in rapida evoluzione per illuminare questi impatti in termini di qualità, gravità e durata.

Un edificio genera impatti ambientali durante tutto il suo ciclo di vita. Le varie fasi di un ciclo di vita tipico come definito in LCA sono:

• A: le fasi di produzione e costruzione,
• B: la fase di utilizzo,
• C: la fase di fine vita, e
• D: impatti esternalizzati oltre il confine del sistema.

La fase di produzione coinvolge l'energia e le risorse utilizzate per estrarre le materie prime, per trasportare i materiali agli impianti di produzione dei prodotti e per produrre i prodotti edilizi finali. La fase di costruzione prevede il trasporto dei materiali al cantiere, nonché l'energia utilizzata per alimentare le attrezzature da costruzione, per fornire materiali da costruzione di supporto e per smaltire eventuali rifiuti generati durante il processo di costruzione. La fase di utilizzo implica l'impatto dell'occupazione di un edificio nel corso della sua vita a causa dell'illuminazione, del riscaldamento, dell'uso dell'acqua e di qualsiasi materiale utilizzato per la manutenzione, le riparazioni e la sostituzione. La fase di fine vita comporta la demolizione e lo smaltimento dell'edificio, nonché il trattamento dei rifiuti (se l'edificio non viene riadattato o migliorato per un'ulteriore occupazione o utilizzo). Infine, l'ultima fase raccoglie tutti gli effetti vari del riutilizzo, del riciclaggio e/o del recupero di materiali, energia o acqua dal progetto. Questi effetti sono chiamati impatti esternalizzati perché si manifestano al di fuori del confine del sistema, che è definito come i limiti fisici dello studio LCA.

Durante le fasi del ciclo di vita di un edificio, emissioni e altri inquinanti vengono prodotti e rilasciati nell'ambiente circostante. Una rappresentazione visiva di dove queste emissioni possono verificarsi durante il ciclo di vita di un edificio è mostrata nella Figura 1.

 

Cosa sono le emissioni e perché sono importanti?

LCA tiene traccia delle emissioni, che sono sostanze rilasciate nell'aria, nell'acqua o nel suolo. Le emissioni e altri inquinanti possono influire negativamente sull'ambiente e sulla salute umana in vari modi. Di fondamentale importanza sono le emissioni di gas serra (GHG), che contribuiscono a sconvolgere il clima globale. Si prevede che il cambiamento climatico minerà la sicurezza alimentare e idrica, ma gli effetti in corso sono già devastanti, soprattutto per coloro che sono geograficamente o economicamente vulnerabili a siccità, inondazioni e altri disastri naturali.

L'uso continuato di combustibili fossili è di particolare preoccupazione nell'età moderna. L'ambiente edificato è sostenuto direttamente e indirettamente dalla combustione di combustibili fossili e rappresenta quasi la metà dell'energia prodotta negli Stati Uniti attraverso la costruzione, il funzionamento e la demolizione di edifici. Data l'enorme impronta globale del settore edile, i professionisti del settore si trovano in una posizione critica per cessare di causare - e iniziare a curare - il riscaldamento del clima.

Come si traducono le emissioni in impatti ambientali?

Le emissioni associate a materiali e prodotti sono generalmente stimate da modelli computazionali o si basano su misurazioni effettive. Le emissioni si traducono in impatti ambientali moltiplicando le loro masse per fattori di caratterizzazione. L'LCA valuta una serie di categorie di impatto ambientale, che sono misure generali del cambiamento ambientale, che comprendono gli effetti di molti tipi di emissioni. Le cinque categorie di impatto ambientale più importanti utilizzate nelle iniziative di bioedilizia negli Stati Uniti e negli strumenti LCA sono le seguenti:

• Potenziale di riscaldamento globale: descrive i potenziali cambiamenti nelle temperature superficiali locali, regionali o globali causati da una maggiore concentrazione di gas serra nell'atmosfera, che intrappola il calore dalla radiazione solare attraverso l'"effetto serra". Questa categoria di impatto è fortemente correlata con altre due – acidificazione e formazione di smog – perché il riscaldamento globale è in gran parte determinato dalla combustione di combustibili fossili, che contribuisce anche direttamente a queste due categorie di impatto.
• Potenziale di acidificazione: Descrive l'effetto acidificante delle sostanze presenti nell'acqua e nel suolo. L'acidificazione può verificarsi quando sostanze come l'anidride carbonica si dissolvono nell'acqua e abbassano i livelli di pH, aumentando l'acidità dell'acqua. In LCA, questo termine si riferisce agli effetti locali dell'acidificazione. Tuttavia, a livello globale, l'acidificazione degli oceani minaccia la sopravvivenza di alcune specie e mette a rischio l'approvvigionamento alimentare marino per l'uomo. Ulteriori potenziali effetti dell'acidificazione includono la distruzione delle foreste e l'erosione dei materiali da costruzione.
• Potenziale di eutrofizzazione: descrive l'effetto dell'aggiunta di nutrienti al suolo o all'acqua, facendo sì che alcune specie dominino un ecosistema e compromettano la sopravvivenza di altre specie. Un esempio di questo è quando una crescita eccessiva di alghe esaurisce i livelli di ossigeno dell'acqua e uccide i pesci. I fertilizzanti sono un elemento dominante dell'eutrofizzazione.
• Potenziale di esaurimento dell'ozono: descrive l'effetto degradante delle sostanze presenti nella stratosfera sullo strato di ozono, indebolendo la capacità dello strato di ozono di impedire alle radiazioni ultraviolette eccessive di raggiungere la superficie terrestre. Il Protocollo di Montreal ha mobilitato efficacemente l'impegno globale per affrontare questo problema. Gli impatti dell'ozono dai materiali da costruzione sono raramente significativi, ma i refrigeranti utilizzati nei sistemi meccanici sono un'area di preoccupazione.
• Potenziale di formazione di smog: Descrive la presenza nell'atmosfera di sostanze come monossido di carbonio e composti organici volatili (VOC), che formano smog fotochimico. Lo smog è dannoso per la salute umana (ad esempio causando problemi respiratori) e per gli ecosistemi (ad esempio causando il deterioramento delle colture).

Negli Stati Uniti, l'EPA ha pubblicato i fattori di caratterizzazione nel Tool for Reduction and Assessment of Chemicals and Other Environmental Impacts (TRACI). Altri fattori di caratterizzazione sono utilizzati in altre regioni. I database noti come inventari del ciclo di vita (LCI) riportano queste emissioni per diversi processi che contribuiscono alla creazione di un materiale o prodotto. I diversi LCI riflettono le differenze nelle pratiche regionali e nei processi di produzione.

In una LCA di un edificio, tutte le quantità di materiale e processo vengono raccolte in un corpo di informazioni noto come inventario e moltiplicate con gli impatti appropriati per ciascun materiale o processo. I risultati complessivi vengono sommati per ottenere gli impatti ambientali complessivi di un edificio. Un semplice esempio del processo di calcolo è mostrato nella Figura 2.

Come viene utilizzata la LCA nel settore edile?

Nel settore edile, l'LCA è comunemente usato per:

• Aiutare i proprietari di edifici a compiere scelte informate in materia di sostenibilità e/o resilienza
• Valuta le opzioni di progettazione fornendo informazioni sulle scelte dei materiali e sul loro impatto ambientale
• Ottieni la certificazione di bioedilizia (ad es. in LEED v4 o Living Building Challenge)
• Assistere nella valutazione dei benefici ambientali di nuovi prodotti e/o politiche
• Affermare che un sistema o un prodotto è ambientalmente preferibile a un altro (per fare un'affermazione comparativa)
• Confronta con i benchmark per valutare le prestazioni di un edificio

I risultati di una LCA possono illuminare quali parti di un edificio hanno un impatto ambientale particolarmente elevato. Questo tipo di analisi dei punti critici può aiutare il team di progettazione a realizzare un progetto più attento all'ambiente. Tuttavia, qualsiasi modifica progettuale dovrebbe essere valutata con un altro ciclo di LCA. Ad esempio, la modifica del materiale strutturale di un edificio da cemento a acciaio influirebbe sulla progettazione dell'isolamento a causa delle diverse proprietà termiche del cemento e dell'acciaio. I componenti dell'isolamento dovrebbero quindi essere riprogettati prima che l'LCA venga eseguito nuovamente.

Nella pratica progettuale, l'LCA può essere utilizzato come modello comparativo volto a apportare miglioramenti incrementali e valutare le opzioni di progettazione. In poche parole, LCA aiuta i progettisti a valutare le conseguenze ambientali di diversi progetti confrontando edifici, materiali o assiemi.

Questo processo iterativo di LCA è ampliato nella seconda parte della Guida pratica: implementazione. Un'anteprima dei passaggi per l'esecuzione di un LCA è mostrata nella Figura 3, che illustra il processo iterativo di LCA. Le linee tratteggiate indicano i potenziali percorsi di iterazione attraverso il processo LCA.