Progettazione circolare: dalla culla alla culla

Municipio di Venlo
Il Municipio di Venlo visto da est: la facciata naturale preposta all’assorbimento degli inquinanti aerodispersi è un muro verde ampio oltre 2.000 m2, rivolto verso la strada ad alto traffico

Un municipio nei Paesi Bassi è un esempio fra i più evoluti di applicazione dei principi della progettazione “cradle to cradle” alla scala edilizia, basato sull’integrazione fra architettura e tecnologie sostenibili che utilizzano processi naturali.

L’industria delle costruzioni è un settore produttivo a elevato impatto ambientale: oltre a consumare suolo – trasformando in modo non reversibile le funzioni originarie del terreno, comprese la regolazione idrica e climatica – utilizza un’ampia varietà di materiali, molti dei quali (in particolare cemento, metalli e derivati del petrolio) ottenuti con modalità incuranti dell’equilibrio degli ecosistemi e/o prodotti con processi energivori e inquinanti.

Oggi i progettisti dispongono di soluzioni, tecnologie e riferimenti normativi mirati a minimizzare il fabbisogno di energia in numerose applicazioni edili, ma l’elevato livello di efficienza energetica che può essere raggiunto per la climatizzazione, la produzione di acqua calda sanitaria, l’illuminazione artificiale, ecc. è limitato ai consumi nelle condizioni in esercizio, e non considera l’energia cosiddetta “grigia” inglobata nei materiali.

L’analisi del ciclo di vita (LCA: Life Cycle Assessment) consente di valutare e quantificare in modo oggettivo i carichi energetici e ambientali e gli impatti potenziali associati a un prodotto/processo/attività, durante il suo intero ciclo di vita. Si tratta di uno strumento fra i più importanti per attuare una politica integrata dei prodotti, che ha trovato nei CAM (Criteri Ambientali Minimi) la sua prima applicazione nell’ambito del “green public procurement”.

I criteri di disassemblabilità dei componenti utilizzati, l’impiego di materiali recuperati o riciclati e l’assenza di sostanze pericolose per l’uomo e per l’ambiente sono fra i principali requisiti di un prodotto rispondente ai CAM. Principi ancora più evoluti hanno orientato il progetto del Municipio di Venlo (Paesi Bassi), uno dei primi edifici europei realizzato secondo i principi del design “cradle to cradle” (C2C).

L’operazione non è fine a sé stessa, ma costituisce uno degli strumenti che l’ente pubblico ha voluto mettere in campo per promuovere e comunicare i propri obiettivi di crescita economica sostenibile del territorio, puntando ad attrarre imprese e investitori interessati all’economia circolare.

Integrazione e condivisione

Creare in cinque anni un luogo di lavoro piacevole, confortevole e salubre per i dipendenti comunali e per la cittadinanza, all’interno di un nuovo edificio aperto, trasparente e accessibile, situato nei pressi del centro storico e dotato di 620 postazioni di lavoro (per 900 dipendenti, con flex-factor del 75%), con un’autorimessa ipogea per 400 veicoli. Questo, in estrema sintesi, il tema del bando promosso dalla municipalità di Venlo che, senza pregiudizio per i requisiti tipici di una procedura di gara europea, ha invitato i partecipanti a presentare le rispettive “visioni” per ottenere il più alto livello di design C2C.

Selezionati fra oltre 50 candidati, i 5 team finalisti si sono confrontati con alcuni dei più prestigiosi esponenti del settore – fra cui il Prof. Dr. Michael Braungart, fondatore di EPEA (Environmental Protection Encouragement Agency) – prima di mettere a punto il proprio progetto. Lo studio Kraaijvanger Architects si è aggiudicato il concorso, puntando a raggiungere quattro traguardi principali:

  • utilizzare il più ampio repertorio di prodotti fabbricati con materiali riciclati e/o riciclabili;
  • realizzare un’enorme facciata “verde”, in grado di purificare l’aria all’interno come all’esterno dell’edificio;
  • creare un ciclo dell’acqua scevro da sprechi, in grado di ridurre il fabbisogno dell’edificio;
  • produrre più energia da fonti rinnovabili rispetto alla domanda totale dell’edificio.

Già in sede di redazione del preliminare è stato avviato un percorso progettuale integrato, iniziato con un workshop di 4 giorni sul design C2C e scandito da incontri mensili fra i responsabili delle diverse discipline, per monitorare l’avanzamento dell’attività, sviluppare ulteriori temi di progetto significativi (ad esempio: incrementare la biodiversità tramite l’edificio) e per stabilire sinergie utili con imprese e fornitori.

I risultati del percorso progettuale sono poi confluiti in una road map, che ha definito gli indicatori di performance del nuovo municipio, le pietre miliari del suo sviluppo, gli elementi selezionati per innovazioni e miglioramenti futuri e le specifiche per le operazioni di smantellamento e demolizione secondo principi ecologici. Condivisi con i funzionari, i contenuti della road map sono stati approvati all’unanimità dal consiglio comunale.

C2C, PROCESSI DA REINVENTARE
Ispirato ai cicli naturali, il design C2C definisce e sviluppa esclusivamente prodotti riciclabili più volte, che mantengono le qualità delle materie prime nel corso di numerosi cicli di vita, impiegando esclusivamente “agenti chimici sicuri” ed energie rinnovabili.Sviluppato da EPEA, questo modello di progettazione considera 2 diversi cicli: biologico e tecnico.

Al primo afferiscono i beni di consumo (fibre naturali, detersivi, cosmetici, ecc.) concepiti per ritornare a far parte dei cicli naturali. Dalla loro decomposizione si ottengono i nutrienti biologici utili alle forme viventi, ad esempio per la crescita delle piante, che a loro volta produrranno nuove materie prime.

Il ciclo tecnico considera invece i beni durevoli (elettrodomestici, automobili, fibre sintetiche, ecc.). Dal loro disassemblaggio si ottengono dei “nutrienti tecnici” che, restando all’interno dello stesso ciclo, rendono possibile la produzione di nuovi beni durevoli.

Il concetto dell’economia lineare (dalla culla alla tomba) è perciò sostituito dal concetto dell’economia circolare (dalla culla alla culla) che, in estrema sintesi, prevede:

  • la preservazione della qualità delle materie prime e, solo successivamente, alla quantità;
  • la realizzazione di prodotti a “zero rifiuti”, con un effetto positivo per l’uomo, l’ambiente e l’economia;
  • un approccio “eco-effettivo”, caratterizzato da un’impronta ecologica positiva.

L’edificio in sintesi

Completato nel 2016, il nuovo Municipio di Venlo (superficie coperta 13.500 m2; superficie utile 27.700 m2) è composto da 3 volumi:

  • il basamento ipogeo (3 livelli interrati), prevalentemente destinato ad autorimessa;
  • un corpo basso (2 piani fuori terra; orientamento nord-est/sud-ovest) occupato dalla hall con il front office, sale pubbliche per esposizioni, rappresentazioni teatrali ed eventi, spazi commerciali, caffetteria e bar, funzioni di servizio);
  • un volume in elevazione (11 piani fuori terra; orientamento nord-ovest/sud-est) che accoglie le attività amministrative con aree accessibili al pubblico.

La traduzione pratica dei principi del design C2C ha costituito la principale sfida progettuale, non solo per quanto attiene i materiali costruttivi (calcestruzzo armato per le strutture, facciate continue in vetro e alluminio, pareti di tamponamento in legno massiccio) e gli arredi. Anche la qualità dell’aria, il ciclo dell’acqua e le fonti rinnovabili sono stati considerati fra gli aspetti più qualificanti del futuro edificio.

La salubrità dello spazio costruito è stata il vero punto di partenza del progetto, concepito dall’interno verso l’esterno per portare negli ambienti quanta più luce naturale possibile, garantire vedute panoramiche agli spazi di lavoro, creare percorsi semplici e piacevoli e facilitare l’incontro e le relazioni. Il ristorante con cucina biologica, ad esempio, si trova a metà strada fra la base e la sommità della torre, raggiungibile attraverso scalinate che si sviluppano attorno al vano vuoto centrale. La serra solare – il luogo più suggestivo del municipio – è piantumata a rotazione con prodotti agricoli tipici del territorio.

Municipio di Venlo
La serra solare è il luogo più suggestivo dell’edificio: piantumata a rotazione con essenze locali, produce anche parte dell’aria calda impiegata per la ventilazione

Il Municipio di Venlo è un edificio con etichetta energetica A+: presenta un’efficienza energetica migliore del 50% rispetto ai requisiti normativi olandesi e consuma circa 1/3 dell’energia primaria rispetto al fabbricato che ospitava le stesse attività. L’auto-produzione da fonti rinnovabili copre il 55% del fabbisogno annuo, grazie a:

  • oltre 1.000 m2 di superficie fotovoltaica integrata nella facciata tecnica, più ulteriori campi fotovoltaici sulla copertura della torre;
  • circa 25 m2 di collettori solari termici, anch’essi situati sulla copertura più elevata.

La climatizzazione degli ambienti è affidata a un impianto ad attivazione della massa, che contribuisce anche alla ventilazione naturale. L’energia termica è prodotta da gruppi frigoriferi polivalenti, che scambiano calore un ATES (Acquifer Thermal Energy Storage), e dai collettori solari termici, che provvedono anche alla produzione dell’ACS. Un gruppo frigorifero condensato ad aria integra il fabbisogno estivo per la climatizzazione.

Municipio di Venlo
L’edificio dispone di un impianto di climatizzazione ad attivazione della massa alimentato da un ATES ed è sprovvisto di un impianto di ventilazione meccanica
ATES - CICLO TERMICO DELL’ACQUA DI FALDA

Come molte migliaia di edifici realizzati nei Paesi Bassi, anche il Municipio di Venlo dispone di un sistema per lo stoccaggio termico al servizio dell’impianto di climatizzazione invernale ed estiva, che utilizza le falde acquifere presenti nel sottosuolo.

Si tratta di un ATES (Acquifer Thermal Energy Storage) realizzato da Cofely – incaricata anche della gestione e manutenzione per i 15 anni successivi all’entrata in funzione dell’edificio – che costituisce la prima fase di un più ampio progetto, destinato ad altri edifici pubblici e privati (servizi sanitari, collettivi e commerciali, abitazioni, uffici comunali).

In estrema sintesi, l’ATES è costituito da:

  • due distinte falde ipogee sottostanti l’edificio che, per effetto degli strati di terreno impermeabile interposti fra gli acquiferi, non comunicano fra loro;
  • due sorgenti (calda e fredda) ottenute trivellazione di altrettanti pozzi, che provvedono al prelievo e all’iniezione dell’acqua dall’una e dall’altra falda.

Il funzionamento dell’ATES avviene normalmente secondo cicli stagionali. Ad esempio, l’acqua estratta in inverno dalla sorgente calda cede calore a uno scambiatore, che alimenta i generatori termofrigoriferi. L’acqua di ritorno dagli impianti di climatizzazione è utilizzata per raffreddare l’acqua diretta alla sorgente fredda che, reimmessa in falda, carica l’accumulo freddo che sarà utilizzato durante l’estate.Lo stesso ciclo, in senso inverso, avviene durante l’estate per “caricare” l’accumulo caldo.

In pratica l’ATES è un accumulo temporaneo che utilizza il sottosuolo a profondità variabili fra 20 e 200 m, per compensare le variazioni stagionali della domanda termica dell’edificio.

Le falde acquifere idonee alla realizzazione di un ATES spesse oltre 10 m, prevalentemente sabbiose – ovvero inerti dal punto di vista geochimico – e possono essere attraversate dal flusso naturale delle acque sotterranee. Per ridurre la dispersione termica si preferiscono falde acquifere a basso gradiente idraulico.

Sistemi naturali

A causa della vicinanza con un’importante arteria viabilistica, l’aria esterna da utilizzare per la ventilazione naturale dell’edificio è risultata di bassa qualità. Di conseguenza, è stato messo a punto un sistema in grado di purificare l’aria in modo naturale, mediante l’uso del verde, e di attivare flussi convettivi interni all’edificio, che è sprovvisto di impianti di ventilazione meccanica.

Il sistema è composto da:

  • 2 facciate contrapposte, concepite come “facciata naturale” (esposta a nord) e “facciata tecnica” (esposta a sud);
  • un ampio vano interno che attraversa in verticale il volume della torre, mettendo in comunicazione tutti i livelli fuori terra e permettendo il flusso ascensionale dell’aria, sormontato da un camino solare sfociante oltre la copertura;
  • una riserva d’aria a temperatura moderata (calda in inverno e fresca in estate, rispetto a quella esterna), racchiusa nelle zone piantumate situate nei livelli interrati dell’edificio;
  • una serra situata all’ultimo piano, vero e proprio “polmone verde” dell’edificio, che funge anche da punto d’osservazione della città e del territorio circostante.
Attraversando in verticale il volume della torre, l’ampio vano interno mette in comunicazione tutti i livelli fuori terra e permettendo il flusso ascensionale dell’aria

Rivolta verso la strada a maggior traffico, la facciata naturale è il più grande muro verde mai realizzato in Europa (2.026 m2). Il giardino alla quota del suolo e il tetto verde del corpo basso forniscono ulteriori zone piantumate, contribuendo anche all’aumento della biodiversità (circa 100 specie fra piante, animali e insetti). Secondo uno studio congiunto (Technical University di Eindhoven; Nederlandse Organisatie voor Toegepast-natuurwetenschappelijk), il solo muro verde migliora la qualità dell’aria esterna in un raggio di 500 m, eliminando il 30% delle polveri sottili e dei principali inquinanti (SO2, NOx, CO2).

Sezione tipo della facciata tecnica (Kraaijvanger Architects)

La facciata tecnica è concepita per facilitare l’irraggiamento diretto, in inverno, la schermatura solare, in estate, e la ventilazione naturale durante tutto l’anno. I frangisole sono disegnati per alloggiare i moduli fotovoltaici e celare i meccanismi dei tendaggi interni, azionati dal sistema di controllo dell’edificio. I serramenti a vasistas posti sopra le vetrate principali, anch’essi azionati automaticamente, sono dedicati alla ventilazione naturale.

Municipio di Venlo
Oltre a eliminare il 30% del particolato fine e di altre sostanze inquinanti, il muro verde svolge anche una fondamentale funzione termofonoisolante

Spinta dai venti o richiamata dal flusso ascensionale del camino solare, l’aria pulita penetra a tutti i livelli fuori terra attraverso la facciata tecnica, uscendo dal camino solare e dalle aperture presenti sulla facciata naturale. A seconda delle necessità la temperatura interna è moderata utilizzando anche l’aria proveniente dai volumi ipogei o dalla serra in copertura.

Schema di funzionamento della ventilazione naturale (Kraaijvanger Architects)

Solo una minima parte del consumo idrico medio procapite (127,5 l/giorno) è destinata agli usi potabili (4,5 l/giorno), perciò la strategia per la valorizzazione della risorsa si è concentrata sulla raccolta delle precipitazioni e sul riuso dei reflui.

L’acqua piovana è raccolta dalle coperture e dal tetto verde, quindi avviata alla vasca di raccolta per alimentare l’impianto di irrigazione/nutrizione a goccia. Le acque grigie attraversano un filtro umido naturale (substrato minerale piantumato con alghe ed essenze elofite) e sono anch’esse stoccate nella vasca di raccolta, prima di rifornire le cassette di risciacquo della rete duale.

Il valore dell’economia circolare

Tutti i prodotti utilizzati per costruire e allestire il Municipio di Venlo, come anche tutti i prodotti di qualsiasi tipo utilizzati per svolgere le funzioni ospitate, sono accompagnati da un “passaporto dei materiali”, che consente di registrare origine e contenuto di quanto si trova dentro l’edificio, tenendo traccia delle potenzialità di riutilizzo delle materie prime.

Questa attività ha una precisa valenza economica. A fronte di un budget complessivo di circa 62 milioni di euro per la costruzione dell’edificio, le misure per la sostenibilità (compresi gli impianti a fonti rinnovabili) ammontano a circa 3,4 milioni di euro. Le corrispondenti entrate finanziarie sono stimate in 16,9 milioni di euro (ritorno sull’investimento: 11,5%) nell’arco di 40 anni (durata attesa dell’investimento), con previsione di un flusso di cassa positivo già a partire dal primo anno d’esercizio dell’edificio.

Allo scopo, sono stati stipulati accordi con i fornitori inerenti il valore residuo e il ritiro dei prodotti. Stimando precauzionalmente un valore residuo dei materiali da costruzione nell’ordine del 5%, il risparmio annuo risulta di 175.000 euro. Nel caso degli arredi il valore residuo garantito è pari al 18% del prezzo d’acquisto (300.000 euro dopo 10 anni di utilizzo), compresi i costi di manutenzione a carico del fornitore e la garanzia bancaria.

Ai vantaggi economici diretti si sommano i risparmi attesi dalla creazione di un ambiente di lavoro salubre, in grado di incrementare la produttività del personale e di diminuire le assenze per malattia dal posto di lavoro. Questi aspetti sono oggetto di monitoraggio per quantificare i risultati economici ottenuti.

PRODURRE CON CICLI CHIUSI
Municipio di Venlo
I tre cicli principali al servizio del nuovo Municipio di Venlo (Comune di Venlo)

Affermatosi nella seconda metà del XX secolo, l’attuale modello di sviluppo è basato sui consumi e utilizza processi produttivi “lineari” e “aperti”. In questi processi, l’aumento del valore dei prodotti comporta anche la produzione di rifiuti senza alcun valore economico. L’emissione di gas climalteranti – che ha in poco più di due secoli ha generato un impatto ambientale in grado di mettere in crisi l’ecosistema planetario – sono un esempio di questi rifiuti.

Al contrario, i processi naturali alla base della vita sul nostro pianeta sono “circolari” e “chiusi”: i rifiuti di un processo sono trasformati e utilizzati in altri processi. Ad esempio l’ossigeno, indispensabile per i processi vitali degli animali, è il rifiuto dei processi metabolici dei vegetali.

Il modello economico ispirato ai cicli chiusi – nel quale i nuovi prodotti sono ottenuti principalmente attraverso il riuso e/o il riciclaggio dei prodotti che li hanno preceduti – è definito “circolare”: i prodotti sono concepiti e fabbricati in modo che, alla fine del ciclo di vita, forniscano le materie prime seconde per realizzare nuovi prodotti, che diventeranno altre materie prime seconde, e così via.

Obiettivo dell’economia circolare è la drastica riduzione dei rifiuti intesi come “materiali alla fine del proprio ciclo di vita”. Poiché la loro trasformazione in materie prime seconde comporta il consumo di energia e di ulteriori risorse, l’economia circolare non è la soluzione finale al problema dell’impatto antropico sul pianeta. Si tratta comunque del miglior risultato al quale tendere, per soddisfare i bisogni della generazione presente senza compromettere la capacità delle generazioni future di far fronte ai propri bisogni. L’economia circolare è perciò lo strumento per perseguire la sostenibilità delle attività umane.

 

GREEN DEAL E RISORSE PRIME SECONDE

Secondo dati diffusi dall’Unione Europea, circa la metà delle emissioni totali di gas serra e oltre il 90% della perdita di biodiversità e risorse idriche sono conseguenza dell’estrazione e della produzione delle materie prime. Nei prossimi quarant’anni si prevede che il consumo globale di materiali raddoppierà e che, entro il 2050, la quantità di rifiuti generati ogni anno aumenterà del 70%.

In risposta al Piano d’azione per l’economia circolare della Commissione Europea, nel febbraio scorso il Parlamento Europeo ha adottato raccomandazioni politiche globali per realizzare un’economia a emissioni zero, sostenibile, priva di sostanze tossiche e completamente circolare, entro il 2050. L’obiettivo è ridurre l’impatto ambientale dei prodotti, determinato fino all’80% durante la fase di progettazione.

Le raccomandazioni prevedono obiettivi vincolanti entro il 2030, per l’uso dei materiali e per la relativa “impronta di consumo”, estesi all’intero ciclo di vita di ogni tipologia di prodotto immessa nel mercato dell’UE. Sono inoltre previsti obiettivi vincolanti rispetto al contenuto riciclato, specifici per prodotti e/o per settori.

Secondo il Parlamento Europeo, il raggiungimento degli obiettivi del Green Deal sarà possibile solo se l’UE passerà a un modello di economia circolare. La Commissione è stata inviata a presentare una nuova legislazione entro il 2021, ampliando il campo di applicazione della direttiva sulla progettazione ecocompatibile, per includere anche i prodotti non legati al settore dell’energia e definire degli standard specifici.