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A.A. 2009/2010

VALUTAZIONE ECONOMICA DEI PROGETTI

Lucia Della Spina

In LABORATORIO DI PROGETTAZIONE ESECUTIVA Valutazione Multicriteri (MCA) di soluzioni tecniche alternative Obiettivi e risultati attesi Il settore edilizio ha da tempo manifestato l’esigenza di orientarsi verso la sostenibilità e di avere a disposizione strumenti di supporto alla progettazione integrata e di valutazione dell’edificio progettato. La risposta a queste esigenze è stata soddisfatta, in questi anni, tramite percorsi diversi e si sono andati definendo, in maniera prima spontanea, poi sempre più formalizzata, requisiti e criteri progettuali orientati alla sostenibilità (risparmio energetico, risparmio e recupero dell’acqua, riciclaggio dei materiali, ecc.), che hanno poi portato alla costruzione di veri e propri framework di criteri progettuali. La ricerca, nella considerazione del ruolo strategico delle politiche abitative in ottica di sostenibilità degli interventi, focalizza l’attenzione sul progetto e in particolare sulla valutazione delle performance di soluzioni tecniche d’involucro edilizio, tutto ciò nell’ottica di operare scelte consapevoli che scaturiscano da un bilancio critico tra risorse economiche e livelli di qualità raggiungibili in ottica di sostenibilità. Si vuole in sintesi pervenire, sulla base di dati oggettivi e di facile reperibilità, alla definizione di uno strumento flessibile e rapido capace di supportare le scelte dei progettisti tra un ventaglio di differenti soluzioni relative ad uno stesso elemento costruttivo, finalizzato alla valutazione, selezione e scelta di soluzioni d’involucro sostenibili dal punto di vista energetico, ambientale ed economico. Fasi 1. SCELTA E DESCRIZIONE SOLUZIONI ALTERNATIVE D’INVOLUCRO

2. VALUTAZIONE ECONOMICA

3. OBIETTIVI E CRITERI DI VALUTAZIONE

4. VERIFICA PRESTAZIONI

5. VALUTAZIONE MULTICRITERI

- MATRICE VALUTAZIONE

- MATRICE PRIORITA’

6. SINTESI DEI GIUDIZI: Calcolo degli ordinamenti e scelta della soluzione ottimale

7. ANALISI DI SENSITIVITÀ

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1. SCELTA E DESCRIZIONE SOLUZIONI ALTERNATIVE D’INVOLUCRO La scelta dovrà riguardare elementi tecnici-costruttivi relativi l’involucro edilizio. 1 A tale scopo, di ciascuna soluzione dovrà essere prodotta descrizione grafica (con indicazione della stratigrafia dei

singoli materiali costituenti la soluzione e relativi spessori.

Descrizione tecnica

Descrizione capitolato

MURATURA "A CASSETTA"

Spessori Cm

Intonaco calcecemento! ! 2,50

Mattoni foratiin laterizio 13,00

Intonaco calcecemento! ! 1,00

Lanadi vetro! ! 5,00

Mattoni foratiin laterizio! 8,00

Intonacoin gesso! 1,50

Totale 31,00

Soluzione A

Strato 1 …………………………………spess. cm …… Strato 2 …………………………………spess. cm …… Strato 3 …………………………………spess. cm …… Strato 4 …………………………………spess. cm …… Strato 5 …………………………………spess. cm …… ………………………………………………………………

Spessori Cm

Intonaco calcecemento! 1,00

Blocco silicoplastico espanso 30,00

Intonacoin gesso! 1,00

Totale 32,00

BLOCCO IN CONGLOMERATO SILICO-CALCICO ESPANSO Soluzione B

…………………….

Spessor i Cm

Intonaco Plasti co! 0,20

Intonaco cal cecemento! 0,80

Blocchi argi ll aespansa! 25,00

Intonacoin gesso! 27,00

Totale 33,00

BLO C CH I D I AR G I LLA ES PA NSA Soluzione C

…………………….

Spessori Cm

Intonaco Plastico! 0,20

Intonaco calcecemento! 1,30

Blocchiin laterizio 30,00

Intonacoin gesso! 1,50

Totale 33,00

MURATURA IN MATTONI FORATI Soluzione D

…………………….

……………….. ..................

1 Per la Classificazione per Funzioni UNI 8290/81, articolata in Classi di Unità tecnologiche, Unità tecnologiche e Elementi tecnici,

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3. OBIETTIVI E CRITERI DI VALUTAZIONE Al fine di valutare le soluzioni di involucro prescelte si è scelto di selezionare pochi e significativi criteri4 in grado di valutare la sostenibilità energetica, economica ed ambientale delle diverse alternative. Nell’ipotesi della casa non più come sistema passivo ma come organismo attivo che interagisce con l’uomo e l’ambiente circostante, occorre rinunciare ad approcci riduttivi e semplificativi e considerare anche le proprietà dinamiche dell’involucro edilizio che possono essere rappresentate solo considerando valutazioni integrate che prendono in considerazione, relativamente al criterio Sostenibilità Energetica, parametri quali: la Massa superficiale, la Trasmittanza termica 2 e l’Inerzia termica, quest’ultima misurata attraverso 2 indicatori: l’Attenuazione dell’onda termica e il Coefficiente di sfasamento dell’onda termica3. Secondo quanto espresso dalla normativa vigente, la possibilità di coniugare sinergicamente questi due parametri permette di raggiungere alti livelli di qualità prestazionale dell’involucro edilizio sia in regime invernale che durante la stagione estiva. Le chiusure opache dotate di una massa consistente accumulano e rilasciano il calore in maniera complessa: non solo smorzando i picchi di temperatura dell’esterno, ma differendoli nel tempo: è questo è possibile valutando oltre la massa e la trasmittanza, anche l’Inerzia termica, che genera ripercussioni sia in estate che in inverno. Per la valutazione della Sostenibilità Economica viene utilizzato l’indicatore del Costo globale che riveste grande importanza perché offre la possibilità di valutare in maniera integrata i costi iniziali e i benefici economici indotti dalle diverse alternative nel lungo periodo. Benefici economici valutati in termini di costi attualizzati di esercizio: manutenzione e gestione, nell’arco temporale di 30 anni. Per la valutazione della Sostenibilità Ambientale è stato scelto un indicatore sintetico (LCA-Life Cycle Assessment) che valuta i caratteri relativi all’ ”energia incorporata” 4 nel ciclo di vita utile dei singoli materiali componenti l’involucro edilizio, sulla base dei caratteri energetici ed ambientali, dalla fase di pre-uso (produzione, trasporto al cantiere e costruzione dei materiali costituenti l’involucro), d’uso, sino alla fase di fine vita/dismissione. L’obiettivo della LCA è quello di supportare il progettista nell’effettuare scelte ecosostenibili, volte cioè a minimizzare il consumo di risorse e di emissioni nell’ambiente. Obiettivo Criteri Indicatori

Sostenibilità Edilizia Sostenibilità Energetica Massa superficiale

Trasmittanza termica

Coeff. sfasamento onda termica

Attenuazione onda termica

Sostenibilità Economica Costo globale

Sostenibilità Ambientale Compatibilità ambientale (LCA) Figura 1. Obiettivi e criteri di valutazione 4. VERIFICA PRESTAZIONI

4 Affinché l’insieme di criteri utilizzati in una valutazione si configuri come una vera e propria “famiglia” occorra che risponda a diversi requisiti tra cui: esaustività rappresentazione (traduzione operativa) di tutti gli obiettivi; non ridondanza assenza di duplicazioni, ovvero assenza di sovrapposizioni di significato tra i criteri. 2 La trasmittanza termica (U) espressa in W/m2 K è la sommatoria delle resistenze termiche dei materiali che compongono la stratigrafia dell’elemento costruttivo considerato. 3 Il coefficiente di sfasamento onda termica (espresso in ore) è utilizzato per valutare la capacità di un elemento di abbattere la temperatura del flusso di calore entrante dall’esterno e contemporaneamente ritardarne temporalmente il passaggio all’interno dell’edificio. 4 L’indicatore ambientale dell’energia incorporata (embodied energy) si riferisce all’energia complessiva consumata durante tutto il ciclo di vita utile dei prodotti: dalle fasi di acquisizione delle materie prime, di trasporto delle materie prime dal luogo di estrazione al luogo di produzione, di trasformazione delle materie prime in prodotto finito, di messa in opera dei prodotti (inclusi tutti i tipi di lavorazione in cantiere e di installazione. I prodotti con maggiore energia incorporata generalmente sono caratterizzati anche da elevati impatti ambientali legati ad elevati impatti ambientali legati alle emissioni associate al consumo di energia (effetto serra). Inoltre, l’energia incorporata aumenta poiché devono essere conteggiate le operazioni di manutenzione e di sostituzione che le diverse soluzioni tecniche-costruttive determinano. Infine, l’energia incorporata include anche il feed-stock, ossia la quota di energia che può essere recuperata a fine vita dell’edificio, in quanto i componenti possono essere riutilizzati (per es. il legno è una biomassa che può essere bruciata per la produzione di energia) oppure possono essere riciclati (per es.l’alluminio o l’acciaio riducendo drasticamente il loro valore di energia incorporata). 6 Il Protocollo Itaca rappresenta il lavoro sviluppato da un gruppo interregionale, al quale hanno partecipato quindici regioni italiane, costituitosi nel 2001 presso Itaca (Istituto per la Trasparenza, l’Aggiornamento e la Certificazione degli Appalti), avente lo scopo di definire indirizzi in materia di edilizia sostenibile. Nel 2004 i lavori del gruppo ha portato all’approvazione del Protocollo Itaca (www.itaca.org/tematiche/edilizia-sostenibile) per la valutazione della qualità energetica ambientale dell’edificio, che adotta il GBTool (vers. 1.81 del 2002) come sistema di riferimento.

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Per valutare gli impatti/effetti delle alternative selezionate occorre reperire tutte le informazioni sui criteri utilizzati a fini della valutazione. I criteri costituiscono la traduzione operativa degli obiettivi, ovvero una maniera per esprimere gli obiettivi in modo da verificare i livelli prestazionali ed esprimere un giudizio tra le alternative. La matrice (Figura 2) illustra le diverse performance, ovvero il comportamento in termini di prestazioni offerte da ciascuna soluzione con riferimento ai criteri utilizzati nella valutazione. I valori per i diversi indicatori sono stati estrapolati da alcune ricerche promosse di recente dall’ANDIL-AssoLaterizi, in cui le caratteristiche termofisiche di ciascun involucro, sono state verificate in regime dinamico verificando il comportamento di 1,0 m2 di parete esposta a sud in zona climatica E (Milano). Peraltro, queste stesse ricerche sono state prese in considerazione anche in recenti strumenti di certificazione energetica ambientale, come il protocollo ITACA 6.

Figura 2. Matrice delle prestazioni 5. VALUTAZIONE MULTICRITERI Per la valutazione delle alternative d’involucro a supporto alle decisioni, si è scelto di utilizzare, tra i diversi metodi di valutazione muticriterio AMC 7 , il metodo quantitativo della “sommatoria pesata”, La AMC è stata utilizzata per valutare l’insieme delle opzioni sulla base di criteri ed indicatori prefissati (Roy 1978,1985) e per dedurre una graduatoria di preferibilità esplicitando i punti di forza e debolezza delle diverse opzioni rispetto all’obiettivo generale e ai diversi criteri relativamente all’obiettivo generale di sostenibilità edilizia. Alla fine del processo di valutazione vengono inoltre effettuate una serie di analisi di sensitività, che consentono di individuare in maniera trasparente e condivisa la soluzione maggiormente performante rispetto a diversi scenari.

7 Le Analisi Multicriterio (Amc) appartengono al campo dell’analisi decisionale e costituiscono un insieme di tecniche molto differenziate. Il loro scopo è fornire una base razionale a problemi di scelta complessi in condizioni di incertezza, caratterizzati da molteplici obiettivi, spesso conflittuali tra loro, quando occorre scegliere tra diverse alternative. Le Amc comportano, infatti, l’esplicito riconoscimento di una pluralità di valori compresenti, di una molteplicità di punti di vista e delle loro interdipendenze. La valutazione non è solo un metodo per produrre informazioni riguardanti le alternative progettuali, ma ha anche una funzione di supporto alla decisione.

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I criteri e attributi, utilizzati ai fini della valutazione, sono per convenzione sinonimi e sono definiti come indicatori misurabili in modo quantitativo e/o qualitativo delle prestazioni o degli impatti delle alternative analizzate. Fasi principali delle AMC: 1. impostazione della Matrice di valutazione in base ai criteri e alle alternative rilevanti individuate per il caso specifico 2. Matrice di valutazione normalizzata con standardizzazione dei punteggi 3. costruzione della Matrice prorità: assegnazione dei “pesi” ai criteri 4. Sintesi dei giudizi: calcolo degli ordinamenti 5. Analisi di sensitività 5.1 MATRICE DI VALUTAZIONE (Matrice di trade-off) La matrice di valutazione E, di ordine I*J, mette in relazione le alternative i=1,2,3,...I, con i criteri di valutazione j=1,2,3,...J. Gli elementi eij della matrice E rappresentano i punteggi, ovvero il giudizio di preferibilità dell’alternative i rispetto al criteri j. La determinazione dei punteggi si basa su approcci diversi che variano in relazione alla natura e al tipo di criterio; possono essere di quantitativo o qualitativo, diretti e indiretti.

Per l’attribuzione dei punteggi e ij utilizzeremo la tecnica del confronto a coppie, che consente di esprime la preferibilità tra coppie di alternative in riferimento ad un criterio per volta. Si avranno così tante matrici di valutazione quanti sono i criteri di valutazione. Quindi, le alternative vengono messe a confronto e valutate simultaneamente in riferimento a ciascun criterio, in una matrice quadrata E, reciproca, positiva e simmetrica rispetto alla diagonale principale, come in Figura 3, detta matrice dei confronti a coppie, i cui elementi eij rappresentano i punteggi. 8 Per convenzione, gli elementi della matrice sono positivi; quelli sotto la diagonale principale sono reciproci di quelli sopra (eij=1/eji) e quindi i valori della diagonale sono pari all’unità (eii=1). Inoltre, affinché i giudizi comparativi siano “consistenti” occorre che sia rispettato il principio di transitività delle preferenze: ovvero se A > B, e B > C, allora A >> C. L’attribuzione dei punteggi, rappresenta una fase decisionale di carattere eminentemente tecnico in quanto si basa sul giudizio espresso da esperti. Il panel degli specialisti potrebbe essere costituito da professionisti, imprenditori e dal giudizio dei docenti di Progettazione, Fisica Tecnica e Valutazione Economica.

Figura 3. Esempio di matrice di confronto a coppie tra 3 Alternative (C1, C2, C3).

5.2 Matrice di valutazione normalizzata

8 Il punteggio eij viene attribuito su una scala da 1 a 5, secondo la legge di utilità marginale. Significato dei punteggi: 1 = INDIFERRENZA; 2 = PREFERENZA MINIMA; 3 = PREFERENZA MEDIA; 4 PREFERENZA FORTE; 5 = PREFERENZA TOTALE. 12 Esistono diverse funzioni di normalizzazione o standardizzazione. È importante tenere presente che il sistema di standardizzazione utilizzato può condizionare i valori finali.

criterio j1 criterio j2 criterio jnalternativa i1 e11 e12 e1n

alternativa i2 e21 e22 e2n

alternativa in en1 en2 enn

unità di misura A

unità di misura B

unità di misura X

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Ogni MCA prevede la funzione di normalizzazione12 ad essa più idonea. L’operazione di normalizzazione (detta anche standardizzazione o omogenizzazione) si rende necessaria in quanto generalmente i punteggi eij risultano espressi su scale eterogenee (quantitative qualitative); per cui è necessaria una loro trasformazione su una scala comune che ne renda possibile il confronto. Tale operazione trasforma i valori dei vari indicatori in un unico indice a-dimensionale che, di solito è compreso tra 0 e 1, dove 0 rappresenta “il peggiore” e 1 “il migliore”. A tale scopo si costruisce una seconda matrice E* omologa di E che contiene i punteggi normalizzati eij*, che sono elaborazioni dei precedenti valori eij rapportati ad una scala decimale da 0 a 1 attraverso la funzione matematica basata sul valore massimo: eij/eijmax (metodo Electre).

5.3 Matrice priorità: assegnazione dei pesi ai criteri La determinazione dei pesi ai criteri è una fase decisionale propriamente politica10. I pesi wj rappresentano l’ordine d’importanza tra i criteri e sono spiegati da espressioni ordinali o numeri reali. Le tecniche di assegnazione dei pesi sono centinaia, ma quelle più semplici e più comunemente usate sono l’assegnazione diretta e il confronto a coppie. Nel primo caso i pesi vengono assegnati direttamente sulla base di una scala di punteggio prestabilita (da 1 a 100, a 1000, ecc.) ridistribuendo questo punteggio tra tutti i criteri dello stesso livello, tale che la somma dei pesi sia uguale a 100, 1000, ecc. In Tabella 1, viene descritta una modalità di assegnazione diretta semplificata, con le modalità di attribuzione dei pesi ai criteri e sottocriteri, e di derivazione del peso finale risultante. Per la stima dei pesi nell’esercitazione verrà utilizzato il metodo di raiting (Voogt 1983) che consiste nell’assegnare un ammontare totale di 100 di punti tra tutti criteri di uno stesso livello, in modo che il numero di punti assegnati a ciascun criterio rifletta la sua importanza relativa.

10 I pesi rappresentano una componente importante della valutazione in quanto influiscono notevolmente sul risultato complessivo. Infatti, basti pensare come cambiando le priorità si modifica la graduatoria finale delle alternative.

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a b a*b

Obiettivo Criteri Peso Indicatori Peso Peso finale

Sostenibilità Edilizia Sostenibilità energetica 50% Massa superficiale 25% 12,5%

Trasmittanza termica 25% 12,5%

Coeff. sfasamento onda termica 25% 12,5%

Attenuazione onda termica 25% 12,5%

Sostenibilità economica 25% Costo globale 100% 25 %

Sostenibilità Ambientale 25% Compatibilità ambientale (LCA) 100% 25 %

100% Tabella 1 5.4 SINTESI DEI GIUDIZI: Calcolo degli ordinamenti e scelta della soluzione ottimale Infine per pervenire alla graduatoria finale si combinando pesi e punteggi, attraverso opportune operazioni matematiche, specifiche di ciascuna tecnica multicriteria. Le più comuni sono comunque quelle che fanno riferimento a due principali approcci: la “sommatoria pesata” o “metodo aggregativo-compensatore” (metodi prescrittivi), e gli “indici di concordanza e discordanza” (metodi descrittivi) La sommatoria pesata (Si) di ogni singola alternativa (Ai) prevede che il punteggio eij* sia moltiplicato per il peso wj del criterio corrispondente (Cj) e sommato con quelli della stesso livello di appartenenza:

Si = Σ e ij* x wj

Naturalmente il risultato non è assoluto e univoco, ma è relativo in quanto dipende dai criteri e dai rispettivi pesi considerati nel processo decisionale. Nella tabella che segue viene rappresentato un esempio di come si pervenire alla determinazione dei punteggi finali e quindi alla -graduatoria finale delle alternative.

5.5 ANALISI DI SENSITIVITÀ L’analisi di sensitività viene effettuata sui risultati finali e si rende neccessaria in quanto i risultai della valutazione sono relativi, non assoluti, in quaqnto dipendono dai criteri e dai rispettivi pesi. Per verificare la “robustezza” dei risultati della valutazione e quindi quali variazioni del modello possono generare differenze sostanziali nelle performance delle alternative. L’analisi di sensitività è particolarmente indicata nei casi d’incertezza e assicura una corretta verifica dei risultati della valutazione. Vi sono tre principali tipi di analisi di sensitività: 1) sensitività sul metodo: si applica un diverso metodo di standardizzazione dei dati e di computazione dei punteggi finali; 2) sensitività sui criteri: si aggiungono o si eliminano alcuni criteri di decisione; 3) sensitività sui pesi (la più applicata): si fanno variare i giudizi di merito di alcuni criteri.

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La prima serve a controllare la dipendenza dei risultati dal metodo di calcolo. La seconda garantisce la validità dello schema adottato; più in dettaglio, è possibile riscontrare se la gerarchia contiene criteri superflui o, peggio, se mancano criteri fondamentali. La terza permette di constatare il grado di influenza di ogni fattore sulla decisione finale. Inoltre, opportune combinazioni del secondo e terzo metodo permettono di verificare diversi “angoli di incidenza” (punti di vista) del problema. Ai fini dell’esercitazione verrà utilizzata un’analisi di sensitiv ità sui pesi. Dall’analisi dei risultati finali è del tutto evidente che la soluzione d’involucro C, come anche la soluzione E con un leggero scarto, sia la soluzione più coerente rispetto al quadro valutativo di criteri e priorità assegnate. Esempio di Analisi di Sensitività. Scenario 1, 2 e 3

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