Utilizzo di paglia e canapa per ristrutturazioni rispettose del clima
Le ristrutturazioni di edifici efficienti dal punto di vista energetico sono fondamentali se la Svizzera vuole raggiungere i suoi obiettivi climatici. I ricercatori dell'ETH stanno ora dimostrando quali strategie di ristrutturazione sono particolarmente efficaci per ridurre le emissioni di gas serra: la sostituzione dei sistemi di riscaldamento a combustibile fossile e l'utilizzo di materiali da costruzione a base biologica come la paglia e la canapa.
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![Un uomo lavora sulla facciata di una casa con la paglia.](/de/news-und-veranstaltungen/eth-news/news/2024/03/mit-stroh-und-hanf-zu-klimafreundlichen-renovationen/_jcr_content/articleLeadImage/image.imageformat.carousel.338208288.jpg)
In breve
- Un team composto da ricercatori dell'ETH e di altre scuole universitarie conferma chiaramente che l'isolamento termico e la sostituzione degli impianti di riscaldamento sono elementi chiave delle ristrutturazioni ad alta efficienza energetica.
- A tal fine, hanno sviluppato un modello che utilizza l'intelligenza artificiale per calcolare le emissioni di gas serra e i costi, tenendo conto anche di incertezze come l'andamento futuro del clima e dei prezzi.
- Con i materiali da costruzione a base biologica, come la paglia o la canapa, si possono risparmiare molte più emissioni di gas serra rispetto a oggi.
La Svizzera conta quasi 1,8 milioni di edifici residenziali e un altro milione di edifici non residenziali. Questo patrimonio edilizio rappresenta circa il 40% della domanda finale di energia del Paese. Gli edifici rappresentano un'importante leva sulla strada verso una Svizzera a impatto climatico zero: Chi siamo, infatti, è ancora riscaldato con combustibili fossili come il petrolio o il gas. Inoltre, la maggior parte degli edifici risale a un'epoca in cui non esistevano standard di efficienza efficaci. Molti di essi hanno urgente bisogno di essere ristrutturati in modo efficiente dal punto di vista energetico.
Il ciclo di vita dell'edificio in sintesi
![Grafica di una casa in cui sono segnati i punti importanti di una ristrutturazione.](/de/news-und-veranstaltungen/eth-news/news/2024/03/mit-stroh-und-hanf-zu-klimafreundlichen-renovationen/_jcr_content/wide_content/textimage_811636048/image.imageformat.text50percent.75345899.jpg)
Le ristrutturazioni degli edifici sono tradizionalmente incentrate sul consumo energetico e comprendono due misure principali: Il consumo energetico viene ridotto isolando l'involucro dell'edificio e l'uso di energie rinnovabili viene promosso sostituendo i sistemi di riscaldamento a combustibile fossile. Alla luce del cambiamento climatico, la questione di come le ristrutturazioni debbano essere progettate in modo che un edificio emetta il minor numero possibile di gas serra durante il suo intero ciclo di vita sta diventando sempre più importante.
La questione è oggetto di ricerca da anni presso il Dipartimento di ingegneria civile, ambientale e geomatica dell'ETH di Zurigo. Un recente studio condotto da Guillaume Habert, professore di Umwelt und Geomatik, e Bruno Sudret, professore di Rischio, Sicurezza e Quantificazione delle Incertezze, fornisce nuove risposte. Lo studio è stato condotto in collaborazione con l'Haute école spécialisée della Svizzera occidentale (Yverdon) e la Chalmers University of Technology (Göteborg). È stato pubblicato il 13 marzo 2024 sulla rivista scientifica Nature Communications.
Sostituzione del riscaldamento e isolamento termico
Lo studio si è concentrato su sei edifici costruiti tra il 1911 e il 1988 e finora in gran parte non ristrutturati. Gli edifici sono stati selezionati in modo da rappresentare l'intero patrimonio edilizio svizzero. Per questi immobili, i ricercatori hanno calcolato la quantità di emissioni di gas serra che sarebbero state causate da varie misure di ristrutturazione nell'arco di un ciclo di vita dell'edificio di 60 anni (dal momento della ristrutturazione). Da un lato, è stata analizzata la sostituzione del precedente sistema di riscaldamento con un impianto a gas, un sistema di riscaldamento a pellet di legno o una pompa di calore; dall'altro, l'installazione di un isolamento termico con strati di diverso spessore di materiali isolanti convenzionali (come EPS, lana di vetro, lana di roccia, fibre di cellulosa) o materiali isolanti ricavati da piante a crescita rapida (come paglia e canapa).
L'inclusione dei materiali da costruzione è importante perché richiedono quantità molto diverse di energia nel processo di produzione e quindi hanno un impatto più o meno elevato sui gas serra. "Le emissioni di CO2-Le emissioni derivanti dalla produzione di materiali isolanti convenzionali sono talvolta molto elevate e il loro utilizzo nelle ristrutturazioni edilizie annulla parzialmente l'effetto positivo ottenuto con la riduzione del consumo energetico", afferma Guillaume Habert. I materiali da costruzione realizzati con materie prime rinnovabili producono una quantità significativamente inferiore di gas serra. Hanno anche il vantaggio di non emettere CO2 dall'atmosfera, che viene poi immagazzinata nell'edificio a lungo termine.
![Vista ingrandita: A. Selezione dei casi di studio, B. Diverse soluzioni di ristrutturazione, C. Scelta delle soluzioni ottimali, D. Confronto delle soluzioni ottimali](/de/news-und-veranstaltungen/eth-news/news/2024/03/mit-stroh-und-hanf-zu-klimafreundlichen-renovationen/_jcr_content/wide_content/image_748063297/image.imageformat.1286.173407465.jpg)
87% di gas serra in meno
I calcoli delle emissioni di gas serra nell'arco dei 60 anni di vita di un edificio mostrano che Per ridurre le emissioni di gas serra in modo efficace e il più possibile economico, la sostituzione dei sistemi di riscaldamento a gas e a olio è la priorità assoluta. Anche l'uso di materiali da costruzione a base biologica per l'isolamento termico è molto importante. "I nostri risultati mostrano che potremmo risparmiare fino all'87% delle emissioni di gas serra nel parco edilizio svizzero, principalmente passando alle pompe di calore o ai pellet di legno, ma anche utilizzando materiali da costruzione a base biologica, ad esempio sotto forma di balle di paglia, stuoie di canapa e calcestruzzo di canapa, sulla base delle ipotesi che abbiamo fatto", afferma Alina Galimshina, riassumendo uno dei principali risultati dello studio. Questo si basa in gran parte sulla tesi di dottorato che ha scritto all'ETH di Zurigo.
Il ricercatore ha utilizzato un metodo innovativo per calcolare le emissioni di gas serra e i costi di investimento, di esercizio e di manutenzione nel corso del ciclo di vita. La scelta della giusta strategia di ristrutturazione dipende in larga misura dagli sviluppi futuri, come l'aumento delle temperature ambientali legato al clima, ma anche dai prezzi dell'energia, dalle "emissioni di CO2-contenuto" della rete elettrica, il comportamento degli utenti e altri fattori. Lo studio ha tenuto conto di queste incertezze incorporando strumenti matematici adeguati.
I modelli di calcolo per la valutazione dei criteri del ciclo di vita richiedono molto tempo al computer. Per ridurre lo sforzo computazionale, è stato sviluppato un modello sostitutivo utilizzando tecniche di apprendimento automatico. "Grazie a questo modello sostitutivo, siamo stati in grado di effettuare un'ottimizzazione completa dei vari parametri delle possibili opzioni di ristrutturazione, tenendo conto delle incertezze relative ai prezzi dell'energia, alle emissioni di CO2-L'ottimizzazione dell'impianto di riscaldamento è stata resa possibile dalla L'ottimizzazione dell'impianto di riscaldamento è stata resa possibile dallo strumento software pagina esternaUQLab,che il suo gruppo ha sviluppato e utilizzato dal 2015 per quantificare le incertezze nei modelli di previsione di varie discipline. I ricercatori lo hanno ulteriormente ampliato per questo progetto.
![Grafico a barre che mostra il potenziale di aumento dell'efficienza energetica, soprattutto negli edifici costruiti prima del 1980.](/de/news-und-veranstaltungen/eth-news/news/2024/03/mit-stroh-und-hanf-zu-klimafreundlichen-renovationen/_jcr_content/wide_content/image_1863526528/image.imageformat.1286.679223943.jpg)
Mettere in pratica i risultati
La richiesta di sostituire i sistemi di riscaldamento a combustibile fossile è oggi sulla bocca di tutti, ma l'uso di materiali da costruzione a base vegetale come la paglia e la canapa è ancora agli inizi. Il settore edile è ancora scettico nei confronti di questi materiali, perché a volte richiedono spessori di isolamento notevolmente maggiori e sollevano questioni relative all'umidità e alla protezione antincendio. Anche i costi elevati delle ristrutturazioni con materiali isolanti a base biologica sono oggetto di discussione, e i critici talvolta ignorano i risparmi sui costi di gestione.
In questo contesto, il team di ricerca si è posto l'obiettivo di far conoscere i risultati del proprio lavoro a progettisti, architetti e altri professionisti dell'edilizia. Ciò avviene nell'ambito di un progetto in corso finanziato dal programma Agora del Fondo Nazionale Svizzero per la Ricerca Scientifica. Il progetto prevede eventi di discussione e un sondaggio con esperti del settore edile. Allo stesso tempo, è stato creato un sito web per decidere uno strumento software da utilizzare per confrontare le strategie di ristrutturazione in termini di compatibilità climatica.
"Serie "Intelligenza artificiale per la Svizzera
L'intelligenza artificiale (AI) permea tutti gli ambiti della nostra vita, compresa la ricerca. I metodi di apprendimento automatico sono utilizzati in progetti di tutte le discipline. Anche l'ETH di Zurigo conduce una ricerca fondamentale in questo campo. Insieme all'EPFL, ha lanciato l'iniziativa "Swiss AI". Il suo obiettivo è posizionare la Svizzera come centro leader a livello mondiale per lo sviluppo e l'utilizzo di un'IA trasparente e affidabile. In questa serie, utilizziamo esempi specifici per mostrare come l'ETH stia lavorando con l'industria, le ONG e le autorità pubbliche per utilizzare l'IA in Svizzera e creare così un valore aggiunto per il nostro Paese.
Dossier tematico "Intelligenza artificiale all'ETH di Zurigo".
Riferimento alla letteratura
Galimshina A, Moustapha M, Hollberg A, Lasvaux S, Sudret B, Habert G: Strategie per una robusta ristrutturazione di edifici residenziali in Svizzera. Nature Communications 15, Numero articolo: 2227 (2024). DOI: pagina esterna10.1038/s41467-024-46305-9