Tipicamente, quando architetti o ingegneri progettano un nuovo edificio, è solo alla fine del processo, se mai, che viene effettuata un'analisi del ciclo di vita dell'impatto ambientale dell'edificio. E per allora, potrebbe essere troppo tardi per apportare modifiche significative. Ora, un sistema più veloce e più facile per fare tali analisi potrebbe cambiare tutto ciò, rendere l'analisi parte integrante del processo progettuale sin dall'inizio.

Il nuovo processo, descritto nel giornale Edilizia e Ambiente in un articolo dei ricercatori del MIT Jeremy Gregory, Franz-Josef Ulm e Randolph Kirchain, e il neolaureato Joshua Hester Ph.D. '18, è abbastanza semplice da poter essere integrato nel software già utilizzato dai progettisti di edifici in modo che diventi un'aggiunta perfetta al loro processo di progettazione.

Analisi del ciclo di vita, noto come LCA, è un processo di esame di tutti i materiali; elementi di design; posizione e orientamento; il riscaldamento, raffreddamento, e altri sistemi energetici; e prevista dismissione finale di un edificio, in termini di costi, impatto ambientale, o entrambi. Ulma, professore di ingegneria civile e ambientale e direttore del Concrete Sustainability Hub (CSH) del MIT, afferma che tipicamente l'LCA si applica "solo quando un edificio è completamente progettato, quindi è piuttosto uno strumento post-mortem, ma non un vero e proprio strumento di progettazione." Questo è ciò che il team ha deciso di correggere.

"Volevamo affrontare come colmare quel divario tra l'utilizzo della LCA alla fine del processo e l'utilizzo da parte di architetti e ingegneri come strumento di progettazione, " dice. La grande domanda era se sarebbe stato possibile incorporare le valutazioni LCA nel processo di progettazione senza imporre troppe restrizioni alle scelte di progettazione, rendendolo così poco attraente per i progettisti dell'edificio. si chiese Ulma, "Quanto limita la LCA alla flessibilità del design?"

Misurare la libertà di progettazione

Per affrontare questa domanda in modo sistematico, il team ha dovuto elaborare un processo per misurare la flessibilità delle scelte progettuali in modo quantitativo. Stabilirono una misura che chiamano "entropia, " analogo all'uso di quel termine in fisica. In fisica, un sistema con maggiore entropia è "più caldo, " con le sue molecole che si muovono rapidamente. Nell'uso del termine da parte del team, una maggiore entropia rappresenta una maggiore varietà di scelte disponibili in un dato punto, mentre una minore entropia rappresenta una gamma di scelte più ristretta.

Con grande sorpresa dei ricercatori, hanno scoperto che l'uso del loro sistema LCA ha avuto un impatto minimo sulla riduzione della gamma di scelte progettuali. "Questo è il risultato più notevole, " dice Ulm. Quando si introduce la LCA nelle prime fasi del processo di progettazione, "si tocca appena la flessibilità del design, " dice. "Ero convinto che saremmo arrivati ​​a un compromesso, " dove la flessibilità di progettazione dovrebbe essere limitata per ottenere migliori prestazioni del ciclo di vita, dice Ulma. "Ma infatti, i risultati mi hanno smentito".

Il sistema esamina l'intera gamma di impatti climatici da una nuova struttura, comprese tutte e tre le fasi:costruzione, compreso l'esame dell'energia incorporata in tutti i materiali utilizzati nell'edificio; funzionamento dell'edificio, comprese tutte le fonti energetiche necessarie per fornire il riscaldamento, raffreddamento, e servizio elettrico; e lo smantellamento e smaltimento finale, o riuso della struttura, al termine del suo servizio.

Per valutare l'impatto sul ciclo di vita delle scelte progettuali è necessario considerare un'ampia gamma di fattori. Questi includono:il clima del luogo (per la loro ricerca, hanno scelto Arizona e New England come due casi molto diversi di clima statunitense); le dimensioni e l'orientamento dell'edificio; il rapporto tra pareti e finestre su ciascun lato; i materiali utilizzati per le pareti, fondamenta, e coperture; il tipo di impianti di riscaldamento e raffrescamento utilizzati; e così via. Quando ciascuno di questi fattori viene deciso, la gamma di possibilità per l'edificio diventa sempre più stretta, ma non molto di più che in qualsiasi processo di progettazione convenzionale.

In qualsiasi punto, il programma "fornirebbe anche informazioni su molte cose non ancora definite, " in sostanza offrendo un menù di scelte che potrebbe portare ad un design più rispettoso dell'ambiente, dice Kirchain, che è uno dei principali ricercatori al MIT e co-direttore del CSH, che ha sostenuto il progetto.

Pur essendo progettati in particolare per ridurre l'impatto climatico di un edificio, lo stesso strumento potrebbe essere utilizzato anche per ottimizzare un edificio per altri criteri, come semplicemente per ridurre al minimo i costi, dicono i ricercatori.

Arrivare presto

Pensare a questioni come il destino ultimo di un edificio alla fine della sua vita funzionale tende a "non essere nello stesso ordine di interesse per l'architetto progettista, quando lavorano per la prima volta su un progetto, " rispetto a fattori più immediati come l'aspetto che avrà l'edificio per il cliente, e soddisfare ogni particolare esigenza funzionale della struttura, dice Ulma. Ma se i nuovi strumenti LCA sono integrati direttamente nel software di progettazione che stanno utilizzando, sarebbero quindi costantemente disponibili indicazioni di come una determinata scelta progettuale può influenzare il risultato e in grado di influenzare facilmente le scelte anche nei piccoli, modi sottili all'inizio del processo.

Confrontando il processo di progettazione con e senza l'uso di tali strumenti, i ricercatori hanno scoperto che le emissioni complessive di gas serra associate a un edificio potrebbero essere ridotte del 75% "senza una riduzione della flessibilità del processo di progettazione, "dice Ulma.

Ulm lo confronta con gli indicatori in una palestra che forniscono un feedback su quante calorie vengono bruciate in qualsiasi momento in un regime di allenamento, fornendo un incentivo costante per migliorare i risultati, senza mai prescrivere quali esercizi la persona dovrebbe fare o come farli.

Sebbene il programma sia attualmente progettato per valutare case unifamiliari relativamente semplici, che rappresentano la stragrande maggioranza degli spazi abitativi negli Stati Uniti, il team spera di espanderlo per poter lavorare anche su edifici residenziali o commerciali molto più grandi.

A questo punto, il software progettato dal team è un pacchetto autonomo, quindi "uno dei nostri compiti in futuro è passare effettivamente a renderlo un plug-in per alcuni degli strumenti software che sono là fuori" per la progettazione architettonica, dice Kirchain.

Sebbene siano disponibili molti strumenti software per aiutare a valutare l'impatto ambientale di un edificio, Kirchain dice, "non vediamo molti architetti usare questi strumenti". Ma questo è in parte perché questi tendono ad essere troppo prescrittivi, lui dice, puntando verso un design ottimale e restringendo le scelte del progettista. "La nostra teoria è che qualsiasi designer non vuole sentirsi dire che il design deve essere così. Il loro ruolo è progettare senza vincoli eccessivi, " lui dice.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.