Progettazione Ecocompatibile in Pratica

Progettazione Ecocompatibile in Pratica è una nuova serie di soluzioni di progettazione e costruzione sostenibile di One Click LCA che possono essere applicate su scala. Pubblichiamo circa un articolo e le relative soluzioni ogni sei settimane. Spariamo che la lettura sia piacevole e ci piacerebbe ricevere il vostro feedback.

Legname da costruzione: come utilizzarlo per il proprio progetto

by Marios Tsikos | Jun 15, 2023 | Uncategorized

La sovrastruttura di un edificio rappresenta circa il 50-70% delle emissioni di carbonio iniziali dello stesso. Nel primo di una serie di articoli che trattano di soluzioni pratiche di ecodesign, Marios Tsikos spiega come questo impatto possa essere drasticamente ridotto utilizzando il legname da costruzione anziché il calcestruzzo o l’acciaio.

Perché il legname da costruzione?

La sovrastruttura di un tipico edificio in calcestruzzo o acciaio, ovvero solai del piano superiore, colonne, travi e pareti portanti, rappresenta il 50-70% delle emissioni iniziali di carbonio dell’intero edificio. Questa fonte di emissioni può essere minimizzata ottimizzando la progettazione, utilizzando soluzioni sostenibili in calcestruzzo o acciaio oppure, come indicato qui, utilizzando il legname da costruzione nel progetto. Il legname da costruzione incorpora meno carbonio, poiché la sua lavorazione non richiede alte temperature o quantità significative di fonti di energia fossile. Tuttavia, se il legname viene raccolto da foreste gestite in modo non sostenibile o se il disboscamento serve ad ottenere una radura, cioè dopo il disboscamento gli alberi non saranno ripiantati, le emissioni di carbonio risultanti dall’uso del suolo cambiano completamente il quadro. Questo articolo prende quindi in considerazione il legname proveniente da foreste gestite in modo sostenibile che è possibile identificare ad esempio dalle etichette PEFC o FSC.

Tipi di legname da costruzione

Legname da costruzione significa elementi costruttivi portanti in legno da utilizzare nella costruzione di edifici e altre strutture. È possibile utilizzarlo per colonne, travi, pareti e solai. Di solito vengono utilizzate, tra le altre, conifere come pino, abete rosso e abete. I prodotti in legname da costruzione comunemente utilizzati sono:

Legname lamellare incrociato (Cross Laminated Timber, CLT)
Legname lamellare incollato (Glulam)
Legname laminato impiallacciato (Laminated Veneer Lumber, LVL)

Il metodo di costruzione in legno «stick frame» è adatto solo per edifici bassi, ma è ancora più efficiente in termini di materiali ed emissioni di carbonio.

Il legname da costruzione incorpora meno carbonio rispetto all’acciaio e al calcestruzzo se proviene da foreste gestite in modo sostenibile.

Cos’è il legname lamellare incrociato (Cross Laminated Timber, CLT)?

È un prodotto da costruzione in legno costituito da strati di pannelli di legno impilati in direzioni perpendicolari alternate e incollati insieme per formare un pannello compatto.
È possibile fabbricare i pannelli in diverse dimensioni e spessori in base alle esigenze specifiche del progetto di costruzione.
Il CLT viene di solito utilizzato per solai, pareti portanti e non portanti di un edificio.

Cos’è il legname lamellare incollato (Glulam)?

Il legname lamellare incollato (Glulam) è un prodotto lineare costituito da laminati di legno incollati insieme utilizzando un adesivo durevole e resistente all’umidità.
I laminati sono adesi in modo tale che le venature del legno scorrano parallelamente all’asse longitudinale dell’elemento.
Il Glulam viene di solito utilizzato per le colonne e le travi di un edificio.

Cos'è il legname laminato impiallacciato (Laminated Veneer Lumber, LVL)?

Il legname laminato impiallacciato (LVL) è un prodotto in legno ingegnerizzato e realizzato utilizzando lo sfogliato continuo, assemblato con orientamento a grana parallela e incollato con un adesivo strutturale.
È possibile utilizzarlo per l’intelaiatura ed è adatto per campate più lunghe, ad esempio in grandi strutture di tetti e pavimenti.

I prodotti in legname da costruzione comunemente usati sono il legname lamellare incrociato (CLT), il legname lamellare incollato (Glulam) e il legname lamellare impiallacciato (LVL)

Stoccaggio del carbonio biogenico

In questo ambito il carbonio biogenico si riferisce al carbonio catturato e immagazzinato negli alberi nel corso della fotosintesi, proveniente dall’atmosfera e trasformato nella biomassa degli alberi. Quando l’albero viene tagliato e trasformato in legname da costruzione, tale carbonio rimane immagazzinato per decenni fino a quando il prodotto non viene incenerito o si decompone. È concezione comune che il legno sia un materiale più rispettoso del clima perché immagazzina il carbonio e questo si traduce in sottrazione di carbonio per incorporazione. Come spesso accade, purtroppo, il quadro completo non è così semplice. La stragrande maggioranza degli edifici costruiti oggi non sono progettati o consegnati in modo tale da consentire il riutilizzo delle strutture in legno dopo il fine vita dell’edificio stesso. Pertanto, nella maggior parte dei casi, l’incenerimento del legname dopo la decostruzione o la demolizione, rilascia il carbonio nell’atmosfera. Mentre questo ritarda di diversi decenni l’emissione del carbonio biogenico immagazzinato negli edifici, è evidente che non può essere considerato come sottrazione di carbonio per incorporazione. Poiché gli utenti potrebbero voler tenere conto di ciò in modi diversi, lo strumento Net Zero di One Click LCA consente all’utente di scegliere se lo stoccaggio di carbonio biogenico sia da contabilizzare come emissione negativa di carbonio. Vale la pena notare che l’eventuale incenerimento del legname per produrre energia a fine vita può anche avere impatti positivi. Generando energia senza utilizzare i processi di produzione di energia convenzionali dipendenti dai combustibili fossili, si ottiene una riduzione complessiva dell’uso di combustibili fossili. In una LCA tali benefici sono riportati nel modulo D, che quantifica gli impatti dopo la fine del ciclo di vita dell’edificio. Maggiori informazioni sul carbonio biogenico e sulla cattura del carbonio sono disponibili in questo articolo dell’Institution of Structural Engineers: Timber & Carbon Sequestration.

Il carbonio biogenico si riferisce al carbonio catturato e immagazzinato negli alberi attraverso il processo di fotosintesi. Lo strumento Net Zero di One Click LCA aiuta a prenderlo in considerazione.

Confronto pratico tra soluzioni in legname e dati relativi

Quando si confrontano soluzioni in legname da costruzione con calcestruzzo o acciaio, non è corretto fare un confronto diretto basato sulla massa o sul volume poiché ogni materiale ha proprietà fisiche e di durata diverse, come la resistenza alla compressione e alla trazione, la resistenza all’acqua e alla corrosione e così via. La maniera migliore per confrontare i materiali da costruzione e quantificare i relativi impatti è creare diverse opzioni di progettazione e confrontare l’impatto del carbonio dell’intero sistema strutturale a livello di edificio. È necessario prendere decisioni sulle soluzioni strutturali nelle fasi iniziali del progetto; tuttavia, spesso, in quel momento, poco è stato concordato. Fortunatamente, One Click LCA fornisce ai clienti diverse soluzioni e dati per consentire confronti di progettazione in fase iniziale, tra cui Carbon Designer 3D e datapoint di materiali generici. Carbon Designer 3D, lo strumento di ottimizzazione in fase iniziale dei progetti di One Click LCA può ora creare e confrontare progetti di costruzione in fase iniziale di strutture in Glulam e CLT in Europa, Stati Uniti e Canada, Medio Oriente e Africa.

Image caption: Regions with CLT and Glulam frame building options in Carbon Design 3D. Image credit: One Click LCA

Carbon Designer 3D, lo strumento di ottimizzazione in fase iniziale dei progetti di One Click LCA può ora creare e confrontare progetti di costruzione in fase iniziale di strutture in Glulam e CLT in Europa, Stati Uniti e Canada, Medio Oriente e Africa.

Il database LCA One Click dispone ora dei seguenti datapoint di materiali generici

Legname lamellare incrociato (Cross Laminated Timber, CLT)
Legname lamellare incollato (Glulam)
Legname laminato impiallacciato (Laminated Veneer Lumber, LVL)
Ulteriori 62 datapoint generici di materiali CLT/Glulam/LVL da database aperti di materiali generici e database normativi

Il database LCA One Click integra praticamente tutte le dichiarazioni ambientali di prodotto (Environmental Product Declaration, EPD) disponibili sul mercato. Il database One Click LCA include attualmente 174 EPD per prodotti CLT, Glulam e LVL

Quando utilizzare i dati generici

Qualora non sia stata sviluppata una EPD di un prodotto in legname da costruzione o il prodotto da utilizzare sia attualmente sconosciuto, i datapoint generici relativi ai materiali sopra menzionati aiuteranno a completare la valutazione. Questi datapoint, come tutti gli altri datapoint generici One Click LCA, sono localizzati per paese e rappresentano materiali medi per i criteri di prestazione definiti.

Il database One Click LCA include attualmente 174 EPD per prodotti CLT, Glulam e LVL e 62 ulteriori datapoint generici sui materiali CLT/Glulam/LVL.

Modelli in legname da costruzione Carbon Designer 3D

Durante le fasi iniziali di progettazione, il team condurrà in genere una valutazione in cui sono confrontate diverse opzioni con l’obiettivo di identificare l’opzione con minore carbonio incorporato o quantificare i benefici di un’opzione rispetto alle altre. Mentre questo esercizio è più vantaggioso nelle fasi iniziali, la mancanza della documentazione di progettazione è un ostacolo che i team possono superare utilizzando Carbon Designer 3D di One Click LCA, uno strumento che in fase iniziale di progettazione consente agli utenti di stimare le quantità di materiale e gli impatti ambientali. Maggiori informazioni su Carbon Designer 3D sono disponibili a questo link.

A titolo illustrativo, abbiamo utilizzato Carbon Designer 3D di One Click LCA per stimare rapidamente e agevolmente le quantità di materiale e le emissioni di carbonio di tre diversi scenari di sovrastruttura di un edificio per uffici di 10.000 m2 composto da cinque piani fuori terra.

I tre scenari valutati includono una struttura in CLT, una in calcestruzzo e una in acciaio.
La valutazione comprende le fondamenta, la struttura, l’involucro, le pareti interne e le finiture.
L’ambito comprende i moduli A1-A3, A4, A5, B4 e C2-C4.
Solai e struttura sono i principali punti di differenziazione. Nei tre scenari, questi elementi sono funzionalmente equivalenti, ad esempio per sicurezza antincendio, capacità di carico e acustica.
Nell’opzione CLT vengono utilizzate solai CLT di spessore 240 mm, solai di calcestruzzo da 150 mm nell’opzione calcestruzzo e piani metallici compositi da 150 mm nell’opzione acciaio.
Copertura del massetto, isolamento acustico e soffitto in cartongesso sono inclusi nelle lastre CLT per l’equivalenza funzionale. Si presume che tutte le pareti in CLT siano ricoperte con isolamento acustico e pannelli di gesso.
Per le pareti interne sono stati utilizzati pannelli CLT di spessore 175 mm e pannelli CLT da 120 mm per pareti esterne. Per l’opzione calcestruzzo è stato ipotizzato C30/37 con il 10% di GGBS. Mentre per l’opzione acciaio si presume il 60% di contenuto riciclato.

Contributo del materiale da costruzione

Come mostrato nell’immagine in alto, l’uso di legname da costruzione può comportare una riduzione di circa il 23% degli impatti del potenziale di riscaldamento globale (Global Warming Potential, GWP) rispetto a una struttura di base in acciaio o circa il 14% rispetto a una struttura in calcestruzzo. Non sono inclusi gli impatti dopo il ciclo di vita dell’edificio (Modulo D), e si presuppone che tutti i materiali siano disponibili dalla stessa regione.

Contributo delle parti dell'edificio

Il contributo delle rilevanti parti dell’edificio è diverso in ogni caso a causa dei diversi progetti strutturali. Ad esempio, nell’opzione CLT non vengono utilizzate travi o colonne separate. Vale anche la pena notare che i solai del piano superiore, nel caso della struttura CLT, contribuiscono quasi come le lastre di calcestruzzo e più dei piani metallici compositi a causa del massetto e dell’isolamento aggiunti per l’equivalenza funzionale.

Il legname da costruzione può comportare una riduzione del 23% dell’impatto GWP rispetto a una struttura di base in acciaio o del 14% rispetto a una struttura in calcestruzzo a livello dell’intero edificio.

Vantaggi del Modulo D e impatti del legname

Il Modulo D ha un’incertezza molto elevata poiché la rete energetica sarà molto probabilmente priva di combustibili fossili in futuro, fatto comunque secondario dal punto di vista dell’attuale crisi climatica, dove la riduzione immediata delle emissioni è ciò che conta maggiormente. Pertanto, gli scenari di sostituzione che prendono in considerazione i combustibili fossili o la sostituzione della produzione di acciaio basata sull’energia fossile è probabilmente sbagliato. In One Click LCA, per modificare lo scenario di sostituzione dell’energia di fine vita con quello che si ritiene più plausibile dopo la fine del ciclo di vita dell’edificio si utilizzano i parametri LCA del progetto e per modificare gli scenari di fine vita di uno qualsiasi dei materiali si utilizza la funzione di modellazione pertinente nello strumento. Queste funzionalità non sono disponibili negli strumenti in cui lo standard o la metodologia impone il metodo di calcolo. Ulteriori informazioni sui parametri LCA di One Click LCA sono disponibili in questo articolo.

Ulteriori informazioni sulla regolazione degli scenari di fine vita dei materiali sono disponibili in questo articolo.

Tutto ciò va bene per il tuo progetto? La decisione spetta a te!

One Click LCA favorisce la progettazione per le prestazioni, che confronta i costi, le emissioni di carbonio e il tempo di costruzione tra le soluzioni disponibili che soddisfano i requisiti funzionali. Anche se la costruzione in legname apporta significativi benefici ambientali, vantaggi per le regioni sismiche e fornisce una struttura di costruzione più leggera nel complesso, è necessario prendere in considerazione alcune limitazioni.

Resistenza al fuoco: ai fini della sicurezza antincendio, gli edifici in legno richiedono pannelli di gesso aggiuntivi che agiscano come ritardanti di fiamma, che a loro volta aumentano la massa e l’impatto di carbonio dell’edificio. Le norme antincendio locali di solito limitano l’altezza massima degli edifici in legno.
Acustica: è fortemente correlata con la massa. I pavimenti in legname in genere necessitano di uno strato di calcestruzzo preconfezionato per aumentare la massa del pavimento e le prestazioni acustiche e garantire che il rumore dei passi non disturbi. È possibile rimediare, ad esempio, con un materiale pesante ma a basse emissioni di carbonio come sabbia o ghiaia sulla parte superiore dei pavimenti prima del massetto di livellamento.
Resistenza all’umidità: a seconda della posizione e delle soluzioni, gli edifici in legname possono richiedere protezione dagli elementi in fase di costruzione. Ciò aumenta i costi di costruzione.
Garantire una gestione forestale sostenibile per l’approvvigionamento di legname: il modo migliore per garantire ciò è richiedere la certificazione PEFC o FSC.
Disponibilità: la silvicoltura sostenibile non è una pratica comune in tutto il mondo e l’importazione di legname su distanze significative minimizza i potenziali vantaggi in tema di riduzione del carbonio.

Sempre più aziende forniscono soluzioni di costruzione in legname. Possono essere reperite, ad esempio, tramite le associazioni nazionali dei costruttori in legname. Di seguito si segnalano solo alcune di tali aziende che forniscono o stanno agendo per fornire EPD verificati da terze parti dei loro prodotti:

Europa

CrossLam Kuhmo
Stora Enso
AS Barrus

Stati Uniti

Nuova Zelanda

Nelson Pine

Altri aspetti da tenere presenti quando si utilizza il legname da costruzione sono la resistenza al fuoco e all’umidità, l’acustica, la disponibilità e assicurarsi sempre che il legname sia di provenienza sostenibile.

L’Autore

Marios Tsikos

Consulting and Training Team Leader

Marios Tsikos è un esperto di LCA, BIM e sostenibilità con 10 anni di esperienza. Attualmente è consulente presso One Click LCA, dove fornisce formazione e assistenza ai clienti per integrare l’LCA nei loro flussi di lavoro.