L'esaurimento dei carburanti fossili e il cambiamento climatico necessitano di un passaggio a un sistema di energia sostenibile che faccia uso efficiente delle risorse di energia rinnovabile. Recentemente, le discipline di ingegneria edile, architettura e pianificazione urbana hanno incominciato ad abbracciare la concezione secondo la “Seconda Legge della Termodinamica” per ridurre il consumo di energia nell'ambiente edificato. La concezione secondo la SLT comunque non fa ancora parte della pianificazione spaziale e del design paesaggistico. Questo risulta specialmente problematico perché i concetti di “exergia” ed entropia sono fondamentali per lo sviluppo sostenibile.

L’esaurimento dei combustibili fossili ed il mutamento climatico necessitano la transizione a sistemi di energia sostenibile. Maurice Strong, ex segretario generale della conferenza delle nazioni unite per l’Ambiente e sviluppo, ha sottolineato che l'intero concetto degli insediamenti umani necessità di essere ripensato, considerando il più vasto problema dell’utilizzo delle terre e della progettazione urbana (Strong, 1992, p.493). Gli insediamenti umani ed i paesaggi fanno parte dell’ambiente fisico, che è governato dalle leggi della termodinamica: la prima legge afferma che l'energia è sempre conservata; la seconda legge (SLT) della termodinamica afferma che durante qualunque processo, l’“exergia” si  distrugge e l’entropia viene prodotta.

Recentemente, la SLT ha ricevuto considerevole attenzione anche da altre discipline (Dewulf et al., 2008; Dincer, 2002). Ingegneria edile (per esempio, Torio et al., 2009), architettura (per esempio, Shukuya,2009a) e progettazione urbana (per esempio, Balocco e Grazzini, 2000; LowEx, 2009) hanno cominciato ad abbracciare la concezione secondo la SLT ed ad identificare i mezzi per diminuire il consumo di “exergia” nell'ambiente edificato. 

L’ ottimizzazione exergetica di processi termodinamici, di centrali energetiche e di abitazioni è stata realizzata con successo e sono in costruzione complessi abitativi a bassa “exergia” (Schmidt, 2006).

Malgrado questi risultati, la seconda legge non è ben compresa nelle discipline quali pianificazione spaziale ed architettura paesaggistica e questo è particolarmente problematico, perché, i concetti di “exergia” e di entropia, sono di importanza fondamentale per lo sviluppo sostenibile (Dincer e
Rosen, 2007), e rappresentano un obiettivo comune della progettazione ambientale contemporanea. 

 

La questione chiave è se la concezione secondo la SLT può far avanzare la pianificazione e la progettazione ambientale sostenibile o, più specificamente, se la pianificazione e la progettazione spaziali possono contribuire a ridurre la distruzione di “exergia” nell'ambiente edificato.
L'obiettivo di questo lavoro è di discutere la SLT nel contesto di pianificazione regionale e provinciale ed architettura paesaggistica ed inoltre ripensare la stessa progettazione di un parco regionale in termini sostenibili e innovativi per la concezione odierna della stessa. Uno degli obiettivi sarà focalizzato sulla riduzione del consumo di energia per mezzo della pianificazione spaziale e design paesaggistico, ma resta da sottolineare che gli interventi exergico-consapevoli devono sempre essere accettabili sotto il profilo sociale, economicamente fattibili e non nocivi per la biodiversità.

Saranno introdotte le leggi termodinamiche fondamentali, i concetti e le implicazioni. Verrà esaminato come la concezione della SLT si è applicata in ingegneria Termodinamica (ET), ecologia industriale (IE) ed architettura e se il pensiero secondo la SLT può contribuire alla pianificazione ed alla progettazione di paesaggi sostenibili.

 

“Il concetto di energia è così radicato in noi che è intuitivo, ovvio; eppure abbiamo difficoltà nel definirlo esattamente„ (Dincer e Cengel,2001, p.119).

 

 

·         Leggi della termodinamica

La “Prima Legge della Termodinamica”, anche conosciuta come legge di conservazione, afferma che l'energia non può né essere creata né distrutta. L'energia può essere soltanto convertita da uno stato in un altro. Il sole è la fonte primaria di energia per il pianeta Terra, flussi combinati di energia diretta ed indiretta costituiscono più del 99% dell’energia disponibile (Twidell e diga,
2006).

La “Seconda Legge della Termodinamica”, o legge di entropia, afferma che tutti i processi spontanei accadono nella direzione di energia di minore qualità (cioè, exergia) e di aumento di disordine (cioè, entropia).

Ciò che si può imparare dalle leggi della termodinamica è che tutti i processi sulla terra consumano l'energia utile e liberano energia meno utile al sistema ambientale. 

L'energia è conservata, mentre l'“exergia” si distrugge quindi viene creata entropia.

 

·         “Exergia”

Il concetto di “exergia” inizialmente si è applicato ai motori termici soltanto. L'idea che soltanto una frazione del contenuto di energia può essere trasformata in lavoro meccanico è stata presentata
da Gibbs e da Maxwell. Sebbene già noto nel diciannovesimo secolo, questo concetto non fu formalizzato fino alla metà del XX secolo. Il termine “exergia” proviene dalle Parole greche “ex” e “ergon”, cioè da e lavoro.

L'“exergia” è definita come la quantità massima di lavoro che può essere prodotta tramite un flusso di materia, di calore o di lavoro quando il mezzo entra in equilibrio con l’ambiente di riferimento (Dincer, 2000) o in equilibrio con l'ambiente circostante (Connelly e Koshland, 1997). Le caratteristiche operative di una fonte di energia dipendono dalla differenza fra lo stato del trasportatore ed il suo ambiente. Fra i diversi ‘’gradienti’’ ci sono la temperatura per l’ “exergia” termica, tensione per l’ “exergia” elettrica ed altitudine per “exergia” potenziale.

Le “capacità di lavoro” esistono sia sotto forma “exergia” calda che di “exergia” fredda. L'ultima è disponibile, per esempio, presso i terminali di LNG dove il gas naturale liquefatto viene rigassificato (Jansen e Woudstra, 2010). 

Tuttavia, l'“exergia” fredda è anche ottenibile dal cielo notturno, dall'acqua di superficie e dalla vegetazione (Shukuya, 2009a) e può essere influenzata tramite la pianificazione spaziale exergico-consapevole ed architettura del paesaggio.

Per migliorare efficacemente i sistemi energetici, non si può limitare l'indagine alla qualità delle fonti di energia. L'infrastruttura di energia è inoltre importante per l'ottimizzazione. Una fonte di acqua calda vicino al riscaldamento centrale di un quartiere ha le più alte caratteristiche operative confrontate con una situazione senza una qualunque infrastruttura di energia. La periodicità è un altro aspetto importante nella concezione secondo la SLT (Stremkee KOH, 2010). Durante l'inverno, l'acqua calda contiene più “exergia” che durante l'estate. Lo stoccaggio stagionale di “exergia” calda o fredda può aumentare le capacità di lavoro. Il potenziale di energia per realizzare il lavoro dipende da:

 

• la fonte

• l'ambiente operativo

• l’assorbimento di energia

• l'infrastruttura di energia

• la periodicità.

 

·         Entropia

La SLT afferma che i processi spontanei si presenteranno sempre in direzione di
disordine di o entropia crescente. L'entropia è una misura dello stato di disordine di un sistema. L'entropia come termine per la prima volta è stata usata da Clausius (verso il 1855) e proviene dalle parole “en” e “tropo”, cioè dentro e trasformazione.

Il concetto di entropia può essere illustrato dal seguente esempio. Se due sistemi con differenti temperature sono messi in contatto, il calore a maggiore temperatura
da un sistema si mescolerà con quello del sistema di temperatura più bassa; l'“exergia” diminuirà e l'entropia aumenterà.

Dincer e Cengel hanno affermato che c’è meno informazione su dove precisamente risieda quell'energia, rispetto a come viene dispersa nei due sistemi (Dincer e Cengel, 2001, p.123).

Quindi, l'entropia inoltre si riferisce alla mancanza relativa di informazioni sull’ energia in qualsiasi momento nel tempo: la sua quantità, qualità e posizione.

La miscelazione dei materiali è un'altra causa della generazione di entropia. Miscelazione di concime animale con acqua e carta, con i rifiuti domestici sono appena due esempi.

“Exergia” supplementare è richiesta per separare ancora i materiali. Conservare i flussi di materiali residui è un mezzo importante per minimizzare la produzione di entropia e per conservare l'“exergia”.

La dispersione dei materiali nello spazio inoltre genera l'entropia. Latte di alluminio disperse in una discarica sono materiale meno “utile„ che le stesse latte in un recipiente di riciclaggio. La raccolta delle latte richiede “exergia” supplementare (cioè, alimento per gli esseri umani ed il combustibile per imacchinari).

La prevenzione della dispersione inutile dei materiali nello spazio può contribuire a conservare “exergia”.

L'accumulazione della materia può anche aumentare l'“exergia” specifica di un sistema. La fotosintesi è un processo naturale capace di aumentare l'“exergia” specifica: la CO2  è sottratta all'aria e immagazzinata nel sistema.

 

 

·         Confronto fra energia e “exergia”

Energia, “exergia” e entropia sono in relazione, ma differiscono significativamente. L'“exergia” è una misura dell’ordine e l'entropia è una misura di disordine. L'“exergia” dipende dal “gradiente” tra un sistema, un materiale o una fonte di energia ed il suo ambiente. L’energia, al contrario, è sempre conservata (PLT). Durante tutti i processi, l'“exergia” si distrugge e si produce entropia (SLT); l'efficienza dell’exergia non può, quindi, mai essere del 100%. 
Avendo presentato una serie di concetti termodinamici fondamentali, ora possiamo
esaminare come l'“exergia” si riferisce al consumo di energia – un aspetto chiave dello sviluppo sostenibile.

Energia
- È soltanto una misura della quantità 

- È governato dalla FLT per tutti i processi 

- È sempre conservata in un processo; non può essere distrutta o creata

- È indipendente dai parametri dell'ambiente

- Ha valori differenti da zero

- È il moto o la capacità di produrre il lavoro

 

“Exergia”

- E’ una misura della quantità e della qualità (proprietà)
- E’ governata dalla SLT per tutti i processi
- È sempre consumata durante i processi (exergia ad entropia)

- Dipende dai parametri dell'ambiente (per esempio, temperatura) 

- Può essere uguale a zero (equilibrio con ambiente) 

- E’ moto o capacità produrre il lavoro (energia utile)

Fonte: Sulla base di Dincer e di Cengel(2001)

·         Distruzione di exergia negli ecosistemi umani

Poiché eccessive quantità di “exergia” vengono perse durante la combustione delle non rinnovabili, Cornelissen (1997) legittimamente ha sostenuto che questa distruzione di “exergia” deve essere minimizzata affinchè si ottenga lo sviluppo sostenibile. 

Bisogna arrivare a comprendere come la distruzione di “exergia” differisce fra le fonti di energia non rinnovabili e rinnovabili. Inoltre, in questa sezione si discuterà come la distruzione di “exergia” può essere stimata per i sistemi territoriali– una domanda che risulta essere di particolare interesse per la pianificazione spaziale e per l'architettura paesaggistica exergico-consapevoli.

 

·         Risorse non rinnovabili 

La qualità di energia può essere espressa con la funzione “grado di energia„. Il grado di energia è definito dal rapporto di “exergia” rispetto all’ energia. Il grado di energia di elettricità, la fonte di energia più alta per qualità, è 1,0. I combustibili fossili sono considerati generalmente fonti di energia ad alto grado energetico. Il gas naturale, per esempio, ha un grado di energia di 0,913. Molte forme di energia rinnovabili, al contrario, sono considerate fonti di energia di qualità inferiore. L’acqua calda, per esempio, da una fonte geotermica, può avere un grado di energia in basso quanto 0,00921.

Il consumo di combustibili fossili è considerato come la causa principale di distruzione di “exergia” (per esempio, Cornelissen, 1997; Connelly e Koshland, 2001; Jørgensen,2006). Ciò è semplicemente perché i combustibili fossili sono fonti di energia ad alto grado energetico. Negli ultimi due secoli, l’umanità è riuscita a consumare le risorse che si erano accumulate per più di centinaia di milioni di anni e a rilasciare grandi quantità di entropia nell'ambiente – entropia sotto forma di calore e di emissioni di gas serra (GHG). Oltre alla distruzione di “exergia” presente i e i combustibili fossili, un gran numero di “exergia” è stata usata per produrre combustibili fossili. Nonostante la domanda di quanta “exergia” è stata investita per produrre i combustibili fossili sia molto dibattuta, Sciubba e Ulgiati (2005) hanno presentato l’esempio seguente. Se si considera la fotosintesi con un'efficienza di 0,1%, circa 1000joule di “exergia” solare sono necessari per 1joule della biomassa. Sono quindi necessari circa 54.000 joule di “exergia” solare per produrre 1 joule di petrolio greggio, che è biomassa convertita con bassa efficacia, in milioni di anni.

Da questo esempio si può imparare che il ciclo di vita dei combustibili fossili non comincia con la loro estrazione; si sono appropriati di una grande quantità di “exergia” solare durante tutta la loro sintesi.

·         Fonti di energia rinnovabili

L'energia rinnovabile è energia sia delle fonti con disponibilità essenzialmente infinita (per esempio, il sole) o delle fonti che si possono rigenerare (per esempio, biomassa).  Per essere considerata fonte rinnovabile, il tasso di consumo non deve superare il tasso di ricostituzione. La discussione sulle capacità di lavoro dell’energia rinnovabile è andata in due direzioni:
1) metodo del limite tecnico (technical boundary approach)

2) metodo del limite fisico (physical boundary approach)

Il metodo del limite tecnico osserva l'energia solare come fonte di alta-“exergia” (la luce può generare energia/power) (Torio et al., 2009). Anche la biomassa è vista come fonte di alta-“exergia”, mentre calda l'acqua è una fonte di bassa “exergia”. Questo approccio corrisponde alla funzione del grado di energia discussa prima.

Il metodo del limite fisico vedono l'irradiamento solare come fonte di bassa “exergia”, poiché circa 90% dell'energia disponibile è convertita in calore ed è dissipato nell’
ambiente. La differenza dipende da se la radiazione solare è considerata prima o dopo il suo assorbimento nell'ambiente.

Oltre alla discussione in corso sulla qualità exergetica dei beni rinnovabili, un’altra domanda è se l'utilizzazione delle fonti rinnovabili provoca produzione supplementare di entropia. Connelly e Koshland (2001) hanno sostenuto che l'entropia sarà prodotta indipendentemente dalla rinnovabilità della fonte. Crediamo che l'uso di energia rinnovabile provoca – anche se indirettamente – la produzione supplementare di entropia. Ciò è dovuto alla produzione, costruzione e utilizzo di dispositivi tecnici quali cellule “PV” e turbine eoliche. Naturalmente, la costruzione e la manutenzione delle centrali elettriche convenzionali si risolve in entropia. Tuttavia c’è unì altra differenza più importante fra i combustibili fossili e le rinnovabili: la prima si appropria di quantità di spazio sproporzionate e conseguentemente aumenta la necessità di utilizzare territorio. Di conseguenza l'efficienza di tutti i flussi di energia deve essere migliorato per minimizzare la produzione di entropia e per attenuare la pressione per l’utilizzo del territorio.

 

·         Stima/bilancio exergetico per i sistemi territoriali

Studiando i cambiamenti dell’“exergia” delle attività in una società, è possibile ottenere un’ espressione per la perdita o guadagno di “exergia” in un sistema territoriale. Il bilancio exergetico (EEA) è stato condotto sia su scala nazionale (per esempio, Wall, 1978, 1987) che
su scala regionale (per esempio, Sciubba et al.,2008). Secondo Sciubba e Ulgiati(2005), il EEA fornisce un'immagine più completa, rispetto all’analisi exergetica convenzionale analisi, di come i processi interagiscono con il loro ambiente socioeconomico e con la biosfera nel lungo periodo. La contabilità territoriale dell’“exergia” può rivelare quanto ogni settore dell'l'economia contribuisce alla distruzione di “exergia” e può specificare il potenziale per miglioramenti. Secondo il EEA per la regione di Siena (Italia), i settori che maggiormente distruggono “exergia” sono commercio, l'industria e il trasporto (Sciubba et al., 2008). In questa parte della Toscana, una grande porzione dell'elettricità è generata dal calore geotermico, che è
una fonte di bassa “exergia”. Di conseguenza, il settore dell'energia contribuisce soltanto 5% alla distruzione dell’“exergia” (vedi la tabella 3). Nelle regioni con le centrali elettriche convenzionali, tuttavia, la conversione di energia contribuisce molto più alla distruzione di “exergia”. 

Centrali elettriche, raffinerie e centrali di lavorazione dei gas rappresentano “le sorgenti puntiformi di inquinamento„(Odum,1989) o “sorgenti puntiformi di produzione di entropia„ (vedi inoltre Wall e Gong, 2001).

Da una prospettiva spaziale, è interessante che il EEA esamini sistemi reali.
L'analisi di “exergia” non è più limitata ai processi termodinamici isolati; il EEA quantifica la distruzione di “exergia” nei sistemi socio-ecologici complessi. Di conseguenza, è fondamentale l’uso del EEA per valutare la distruzione di “exergia” di qualsiasi regione prima e dopo l'implementazione
degli interventi exergico-consapevoli. L’integrazione dei risultati del EEA in sistemi d’informazione geografici (GIS) permetterebbe di segnare con esattezza la posizione della distruzione di “exergia” nell'ambiente fisico. Girardin et al. (2010) hanno sviluppato un modello di GIS che può aiutare a valutare l'integrazione possibile delle risorse energetiche e delle richieste nelle aree urbane.
Sebbene il loro modello si focalizzi sul rendimento energetico, potrebbe fornire una base per integrare il EEA e il GIS.

 

·         “Exergia” e lo sviluppo degli ecosistemi naturali

“L'entropia è fondamentale per la comprensione degli aspetti termodinamici dell'auto-organizzazione, evoluzione dell’ ordine e della vita che vediamo in natura„ (Dincer e Cengel, 2001, p.122). Ci si aspetta che una chiara comprensione di come gli ecosistemi naturali ottimizzano i flussi di energia possa contribuire alla pianificazione e al design di ecosistemi umani exergico cosienti.

 

·         Successione ecologica

Negli ultimi decenni, la concezione secondo la SLT ha contribuito alla comprensione dello sviluppo dell'ecosistema. Nel 1977, Prigogine ha ricevuto un premio Nobel per aver illustrato come gli ecosistemi naturali sfidino la SLT (Prigogineet al., 1972). Tuttavia, cominciamo con Lotka, che ha introdotto l'energetica allo studio sugli ecosistemi naturali. Nel 1925, Lotka ha dichiarato che “i sistemi che prevalgono sono quelli che elaborano le progettazioni che massimizzano il flusso di energia utile„ (citata in Ludovisi et al., 2005, p.34). Quaranta anni più tardi, Odum ha detto che “la successione ecologica culmina negli ecosistemi in cui tra gli organismi sono mantenute massima biomassa e funzioni simbiotiche, per unità di flusso di energia (Odum, 1969, p.262). Sebbene Odum non si riferisse all'“exergia” a quel tempo, ha dichiarato chiaramente che gli ecosistemi migliorano i flussi in tutto la loro successione.

Negli anni 90, l’energetica, ancora una volta, è diventata l’obiettivo degli studi ecologici. Schneider e Kay hanno supposto che “mentre gli ecosistemi crescono e si sviluppano, dovrebbero aumentare la loro dissipazione totale, sviluppare le strutture più complesse con più flusso di energia, aumentare il riciclaggio, sviluppare maggiore diversità e generare livelli più gerarchici, tutto per incoraggiare la degradazione di energia. (Schneider e Kay, 1994, p.25)

Mettendo a fuoco sugli input esterni dagli altri ecosistemi, Bastianoni e Marchettini
ha introdotto un altro aspetto alla discussione. Hanno sostenuto che gli ecosistemi si sviluppano “verso un uso efficiente delle risorse disponibili, raggiungendo le forme più complesse di
organizzazione o diminuendo la necessità di input esterni„ (Bastianoni e Marchettini,
1997, p.40).

Il concetto di “exergia” è stato abbracciato dagli ecologi per studiare come gli ecosistemi naturali migliorino la loro economia energetica (inoltre vedi Svirezhev e Steinborn, 2001). Per esempio, Jørgensen ha dichiarato “se c’è più di una via per muoversi lontano dall'equilibrio termodinamico, sarà scelto quello che rende l'“exergia” meglio conservabile„ (Jørgensen, 1997, p.148). Jørgensen, tra l'altro, si riferisce all'“exergia” come misura di maturità di un’ecosistema.

 

 

·         Classificazione termodinamica degli ecosistemi

Gli ecosistemi naturali, quando maturano, tendono a svilupparsi in biomassa e in complessità, si sviluppano da posizioni vicine all’ equilibrio termodinamico verso sistemi altamente strutturati ed auto-organizzanti. Jelinski et al. (1992) hanno classificato tre gruppi di ecosistemi da una prospettiva termodinamica. Sono stato aggiunti degli esempi di ecosistemi umani per illustrare le differenze chiave fra le tre classi.

La classificazione termodinamica può contribuire a far avanzare la discussione circa
pianificazione e la progettazione spaziali exergico consapevoli; questa rivela che gli ecosistemi maturi utilizzano efficacemente le fonti di energia e i materiali del ciclo. Newman (1975), Hough(1984) eLyle (1994), tra l'altro, ha integrato con successo le strategie degli ecosistemi maturi in progettazione urbana, in pianificazione spaziale ed in architettura del paesaggio.

Tabella: Classificazione termodinamica degli ecosistemi

Classe	Input di sistema	Processo interno	Output di sistema	Esempio di ecosistemi naturali	Esempio di ecosistemi umani
Tipo 1 o ecosistema pioneristico	Energia e materiali (“exergia”  non rinnovata o non rinnovata all’interno del sistema)	Flusso lineare di materiale (ogni componente utilizza l’“exergia” individualmente ed in maniera lineare)	Flusso di materiale di scarto e di energia di risulta (con “exergia”  ridotta)	Batteri chemioautrofi che si nutrono di materiale chimico inorganico (archibatteri nelle sorgenti termali)	Cartiere che dipendono da legno e carburanti fossili prodotti in modo non sostenibile
Tipo 2 ecosistema	Flussi limitati di energia (“exergia”  da fonti non rinnovate e rinnovate)	Flusso di materiale meno lineare (i componenti interagiscono parzialmente, forme limitate di riciclo/riclaggio dei materiali)	Flussi limitati di materiali ed energia di risulta (con “exergia”  ridotta)	Ecosistema ripariale che dipende dai nutrienti trasportati dalle correnti marine contrarie di superficie	Cartiere che utilizzano legno “sostenibile” ma anche carburanti fossili
Tipo 3 o ecosistema maturo	Energia (“exergia” da radiazioni solari)	Cicli di materiale (i componenti interagiscono, ad esempio, attraverso relazioni simbiotiche)	Piccoli flussi di energia di scarto; nessun materiale di risulta lascia il sistema	Ecosistema pluviale	Cartiere che utilizzano esclusivamente legno “sostenibile” ed energie rinnovabili

 

·         “Exergia” come misura per la maturità di un ecosistema

Gli ecologi mirano a stimare la maturità degli ecosistemi; parecchi approcci impiegano l’“exergia” come misura di maturità degli ecosistemi (vedi per esempio, Dewulf et al., 2008). Una rigorosa analisi termodinamica dell’“exergia” non è apparentemente utile perché l'ambiente di riferimento sarebbe un ecosistema “adiacente”. Jørgensen (2006) ha suggerito di fare uso dell’ecosistema studiato come ambiente di riferimento, con la stessa pressione e temperatura, ma con la materia organica morta come riferimento. Ha definito “l'eco-exergia„ come lo stato di “exergia” degli ecosistemi con equilibrio termodinamico come riferimento. l'Eco-exergia può essere calcolata sulla base della biomassa presente in un ecosistema e delle informazioni che sono incluse dentro il DNA della biomassa. Jørgensen ha sostenuto che “più eco-exergia un ecosistema possiede più resistenza ha contro i cambiamenti„ (Jørgensen, 2006, p.48). Similmente, Ludovisi et al. (2005) sostengono che la dissipazione specifica (il rapporto della produzione di entropia biologica rispetto all'“exergia” memorizzata nella biomassa vivente) può servire da indicatore dello stato di sviluppo degli ecosistemi.

Malgrado il valore dell’eco-exergia per la stima della maturità degli ecosistemi naturali, l'“exergia” non può rappresentare tutti gli aspetti delle informazioni. Nel caso di estinzione di specie, avviene la perdita di particolari forme/tipi d’informazione. Se le informazioni memorizzate nel DNA delle specie sono sconosciute, non possono essere recuperate. Connelly e Koshland (2001) hanno proposto di classificare la perdita di “exergia” come irreparabile, rispetto a soltanto irreversibile.

Questa discussione, tuttavia, indica che gli ecosistemi naturali tendono ad aumentare la biomassa e le informazioni integrate (cioè, eco-exergia), che a loro volta aumentano la loro resilienza/elasticità contro le alterazioni. Il fatto che la biomassa può aumentare l'“exergia” immagazzinata negli ecosistemi a implicazioni dirette per una serie di interventi exergico consapevoli presentati successivamente.

Introducendo la FLT, abbiamo dichiarato che l'energia non può né essere creata né distrutta ovunque nel paesaggio. La fonte di energia principale per la terra è il sole. La SLT afferma che in tutto il flusso di energia, l’“exergia” si distrugge e si crea entropia. L'energia solare entra dell'atmosfera ed alimenta i processi che passano dalla scala globale alla
scala di “costruzioni individuali”.

La combustione dei combustibili fossili rappresenta la più grande causa antropogenica della produzione di entropia. La miscelazione dei materiali e la miscelazione dei flussi di energia contribuisce ulteriormente alla produzione di entropia. L'entropia viene creata anche quando i materiali sono dispersi nell’ aria, nell’ suolo e nell’acqua. Per creare paesaggi exergeticamente sani, concludiamo che i flussi di energia devono essere ottimizzati e i cicli di materiali devono essere chiusi.

La distruzione di “exergia” dei sistemi territoriali può essere valutata. La conversione di energia, l’industria ed il trasporto sono fra i settori che maggiormente distruggono “exergia”. Le rinnovabili sono necessariamente fonti a basso grado energetico. La loro qualità varia da alto grado energetico (per esempio, biomassa) a relativamente basso grado energetico (per esempio, acqua calda proveniente da falde acquifere). È esattamente questa diversità qualitativa delle rinnovabili che fornisce molte opportunità di far combaciare l’approvvigionamento energetico con la richiesta. 

Anche quando l'energia proviene dalle fonti rinnovabili, l’efficienza deve essere aumentata per minimizzare la distruzione di “exergia” e per attenuare la necessità di utilizzo del territorio. Gli ecosistemi naturali si sviluppano verso un’efficace uso delle risorse disponibili. Ecosistemi maturi (o ecosistemi della classe 3) sono considerati sostenibili perché mantengono i cicli dei materiali chiusi ed utilizzano le fonti di energia rinnovabili efficacemente. L'“exergia” specifica (o conservata) di una regione può essere aumentata attraverso la fotosintesi e la successiva agglomerazione della biomassa.
Lo sviluppo della natura, per esempio, potrebbe compensare potenzialmente le perdite di “exergia” causate
dalle attività industriali e in fine contribuire ad un guadagno netto di “exergia” all'interno delle regioni.

Noi ipotizziamo che l’organizzazione spaziale exergico consapevole dell'ambiente sviluppato
possa contribuire a fare diminuire la distruzione di “exergia” e può infine aumentare la loro resilienza.
Inoltre, crediamo che l’attuale dipendenza di molte regioni da combustibili fossili importati possa essere ridotta usando una vasta miscela delle fonti di energia locali e rinnovabili.

Ancora, siamo d'accordo con Dincer (2002) che quell'“exergia” sia una componente chiave per l’ottenimento dello sviluppo sostenibile. Se e quanto la concezione secondo la SLT possa contribuire alla pianificazione e alla progettazione dei paesaggi sostenibili sarà discusso nella Parte 4. La seguente sezione si focalizza sull’applicazione della concezione secondo la SLT.

 

·         Applicazione della SLT

 “Gli studi sulla “exergia” hanno ricevuto enorme attenzione da varie discipline, che variano dall'ingegneria chimica all'ingegneria meccanica, dall’ ingegneria ambientale all'ecologia ecc„ (Dincer,2002, p.138). In questa sezione esaminiamo l'integrazione della SLT nella:

•Ingegneria termodinamica (ET)

•Ecologia industriale (IE)

•Architettura e progettazione spaziale.

La domanda di fondo è: che cosa si può imparare da queste discipline per far avanzare la progettazione e il design di paesaggi sostenibili?

·         Ingegneria termodinamica.

La crisi energetica globale degli anni 70 e la più recente attenzione sull’ esaurimento delle risorse hanno condotto alla completa revisione del modo in cui le centrali energetiche vengono analizzate e migliorate termodinamicamente(Bejan, 2002,p.545).

Gli obiettivi dell’ingegneria termodinamica (ET) mirano a minimizzare le perdite termodinamiche durante la conversione di energia e durante la costruzione e lo sfruttamento dei sistemi energetici (Bejan, 1996). Inizialmente, gli ingegneri termodinamici si sono focalizzati esclusivamente sull'analisi delle centrali energetiche. Solo successivamente venne riconosciuto il potenziale della SLT.

Secondo Slesser (1974), fu nel 1974 che, per la prima volta, il concetto di “exergia” venne introdotto nella discussione sull’esaurimento delle risorse. Oggi, l’analisi exergetica (per esempio, Szargut et al.,1988) e l'analisi termoeconomica (per esempio,Lozano e Valero, 1993) sono considerate gli strumenti più efficienti per la progettazione e l'ottimizzazione dei sistemi di conversione dell'energia  e delle politiche energetiche (Susani et al., 2006).

L'analisi del ciclo di vita di exergetico (ELCA) va oltre l'analisi convenzionale dell’“exergia” in quanto stima gli investimenti exergetici e i tempi di ritorno exergetico per i sistemi energetici.
Sia ELCA che SEE includono energia, materiali e lavoro investito
nella costruzione dei sistemi. Uno svantaggio dalla prospettiva della SLT, tuttavia, è che il SEE non considera e l’ELCA spiega soltanto parzialmente, l’“exergia” necessaria per far ritornare i
materiali al loro stato originale (per esempio, dopo avere disarmato i generatori eolici).

L'approccio culla—culla di Braungart e McDonough (2002) fornisce una struttura teorica che può contribuire a far avanzare ulteriormente la contabilità  exergetica. Tuttavia, gli aspetti termodinamici della culla--culla sono ancora irrisolti e la ricerca è in corso.

 

Bejan ha sostenuto che il risultato fisico dell'ottimizzazione globale delle prestazioni termodinamiche è struttura (Bejan, 2002, p.561). Ha definito la struttura come configurazione, topologia, geometria, architettura e modello.

Inoltre sostiene che quella posizione, temperature e tempo principi che “generano struttura” e dovrebbero essere ulteriormente studiati. La posizione, la qualità dell’energia ed il tempo sono rilevanti non solo per l'ottimizzazione delle prestazioni termodinamiche, ma anche per la pianificazione e la progettazione dei paesaggi sostenibili e hanno prodotto una serie di principi di progettazione.

“L’industria accoglie l’“exergia”?„ è la domanda che Rosen (2002) ha discusso in un’opera con lo stesso titolo. Ha accertato che l'analisi exergetica è stata una pratica di lunga durata in aziende ‘elettriche’. Altri settori industriali, tuttavia, ancora non hanno abbracciato il pensiero exergetico, per una serie di ragioni. Rosen ha sospettato che l'analisi exergetica fosse troppo complessa per alcuni utenti ed i risultati sono troppo difficili da interpretare. Inoltre, il concetto di “exergia” è ancora, purtroppo, poco familiare a molti; una situazione che anche noi abbiamo sperimentato durante workshop di esperti sull’ energia sostenibile e sulla progettazione ambientale.
L’affermazione che una ulteriore ottimizzazione della prestazione termodinamica condurrà ad una struttura incrementata nei sistemi energetici (Bejan, 2002) coincide con l'idea di struttura in crescita
negli ecosistemi naturali, (per esempio,Lotka, 1925; Odum, 1959, 1992) come pure per gli ecosistemi umani (per esempio, Newman, 1975; Hough, 1984; Jørgensen, 2006). La prospettiva di Bejan (2002) corrisponde in larga misura ai 3 modelli (modalità) d’ordine degli ecosistemi dell’architetto paesaggista Lyle (Lyle, 1994), nei quali “l'ordine strutturale„ si riferisce alla composizione
dei componenti di sistema, “ordine funzionale„ si riferisce al flusso di energia e di materiali, e “gli schemi di localizzazione„ sono influenzati dalla capacità di carico/trasporto (vedi inoltre Rees e
Wackernagel, 1994).

L'industria rappresenta quasi il 40% del consumo di energia globale e contribuisce
quasi 37% alle emissioni globali di gas serra (Green House Gas -GHG) (Price et al., 2006). L'intensità energetica della maggior parte dei processi industriali è stimata essere almeno del 50% superiore ai minimi teorici (IEA, 2005). Il rame, per citare soltanto un esempio, è prodotto con un'efficienza exergetica (bassa) intorno al 4% (Hinderink et al., 1996). Gli sforzi per ridurre il consumo di materiale ed energia nel settore industriale sono stati intensificati negli ultimi anni, conducendo, alla fine, all'emergere di nuova disciplina chiamate ecologia industriale (Cloud, 1977)

La ragione fondamentale della IE è di andare oltre la sorpresa di fine del processo e di produrre approcci„ nel processo industriale. Un obiettivo della IE è di progettare ecosistemi industriali con alto livello di efficienza exergetica (Connelly e Koshland,2001). Gli ecosistemi naturali servono da modelli, perché l'efficienza exergetica di molti processi degli ecosistemi è alta; per la fotosintesi, varia fra 48 e 81% (Lems, 2009). La IE è stato messo in pratica nei “parchi eco-industriali”, cioè, parchi industriali ambientalmente efficienti (PCSD, 1996).

Anche con sforzi sostanziali nella prevenzione dell'inquinamento, le singole ditte hanno solo limitate capacità di ridurre lo spreco (Pauli citato in Ehrenfeld ed in Gertler, 1997). Di conseguenza, le industrie cooperano nei parchi eco-industriali.

La distruzione di “exergia” nel settore industriale può essere ridotta, per esempio, attraverso relazioni simbiotiche fra le differenti industrie (Jørgensen, 2006). Teorici risparmi energetici nella generazione di calore da soli possono ammontare al 60% se il calore residuo di un
processo industriale fosse usato per determinare un altro processo (Groscurth et al., 1989). Il potenziale pratico delle cosiddette “cascate di calore„, per come se ne è discusso, potrebbe essere limitato a risparmi energetici del 5% (Matsuhashi et al., 2000). I risparmi energetici potenziali sono influenzati da specifici fattori locali, quali l'organizzazione spaziale delle diverse industrie.

La “co-ubicazione„ delle industrie è una misura che facilita sia le cascate di calore che la riutilizzazione dei sotto prodotti (Akisawa et al., 1999; Worrell et al., 2009).

Connelly e Koshland (2001) hanno sintetizzato i seguenti cinque principi per diminuire la distruzione di “exergia” nel settore industriale (Tabella 5).

 

Tabella: Principi per la diminuire la distruzione di exergia nel settore industriale

1)      Consumo:	ridurre la distruzione di “exergia” minimizzando o evitando il consumo
2)      Scarti a cascata:	utilizzare le risorse in uscita da uno o più processi di consumo per fornire altri processi di consumo a uguale o minore “exergia”
3)      Riciclaggio di risorse in seguito:	l’“exergia” rimossa da una risorsa durante l’uso vi è restituita in seguito
4)      Efficienza exergica:	Ridurre la perdita di “exergia” durante la lavorazione, scarti a cascata e riciclaggio delle risorse
5)      Energia rinnovabile:	tutta l’energia deve provenire da fonti rinnovabili

 

Esempio di un parco di eco-industriale (Parco eco-industriale Kalundborg Asnæsværket, Danimarca).

Kalundborg è forse il parco di eco-industriale più noto (figura 6). Questa rete simbiotica si è sviluppata durante più di 20 anni. Una raffineria, una centrale elettrica e le varie industrie manufatturiere sono fra i partner simbiotici. Lo scambio dell'energia residua, l'acqua ed i sottoprodotti industriali fra i partner simbiotici è facilitato da ampie reti.
Ehrenfeld e Gertler hanno sostenuto che “il modello evolutivo seguito a Kalundborg
non può essere facilmente trasferibile agli sviluppi di Greenfield„ (Ehrenfeld e Gertler,1997,p.67).

Cioè questa rete simbiotica si è evoluta col passare del tempo piuttosto che venire progettata. Jørgensen (2006), tra l'altro, ha sostenuto che le relazioni simbiotiche possono essere progettate e che la trasformazione può essere guidato con principi espliciti e linee guida.

La mancanza di definizioni precise e di interpretazione fisica rigorosa del consumo ed ambiguità circa i ruoli e le limitazioni sulle strategie di conservazione delle risorse hanno impedito l'integrazione della IE nel settore industriale (Connelly e Koshland, 1997). Malgrado la evidente riluttanza del settore industriale ad abbracciare le strategie della IE, è stato evidente che sia prossimità spaziali sia connessioni fra le diverse industrie sono i presupposti perle relazioni simbiotiche. Entrambe le circostanze possono essere facilitate con la pianificazione spaziale exergico consapevole. Tracciare le fonti di “exergia” ed gli assorbimenti con l'aiuto del GIS può essere un passo iniziale importante verso relazioni simbiotiche (Stremke e KOH, 2010). Inoltre, importante da una prospettiva spaziale, è che le perdite di conversione e del trasporto limitano le dimensioni spaziali delle reti simbiotiche.
Questi vincoli devono essere rappresentati nella pianificazione e nella progettazione exergico consapevoli.

 

·         Architettura e pianificazione a bassa “exergia” 

 “Le più grandi cause di irreversibilità nei processi di conversione di energia, sono l'uso di combustibile di alta qualità per la produzione di calore di media-qualità e la dissipazione di di bassa qualità nell'ambiente„ (Cornelissen, 1997,p.33).

Negli ultimi decenni, il concetto di “exergia” è stato riscoperto nell'architettura e
applicata su scala edile e su scala comunitaria (Torio et al.,2009).
Questo approccio mira a ridurre la distruzione di “exergia” nell'ambiente edificato “facilitando ed accelerando l'uso delle fonti di energia di scarso valore e di fonti di energia ambientalmente sostenibili  per
il riscaldamento ed il raffreddamento delle costruzioni (LowEx, 2009).

I rendimenti energetici di molti processi di servizio della costruzione sono molto alti: in alcuni casi, quali le caldaie di condensazione, fino a 95%. Tuttavia, un’analisi di exergetica dello stesso processo ha rivelato che l'efficienza di usare una fiamma di gas 1500°C per riscaldare una casa ad una temperatura di 20°C non va oltre il 15%. Se lo stesso calore fosse utilizzato nell'industria pesante, l'efficienza exergetica sarebbe vicina a 100% (Dobbelsteenet al., 2007a).

 

I sistemi di recupero di calore e i rivestimenti edili isolati sono fra i possibili
interventi low-ex su scala edile (vedi per esempio, Kato, 1998; Schmidt, 2004). L'efficienza exergetica inoltre è stata introdotta come indicatore per la prestazione energetica delle costruzioni, per esempio nel cantone svizzero di Ginevra (Favrat et al., 2008).
Per minimizzare la distruzione di “exergia”, i pianificatori urbani recentemente hanno cominciato a studiare la possibilità di costruire l'orientamento e la configurazione (per esempio,Balocco e Grazzini, 2000), ma lo sforzo è stato limitato ai risparmi energetici primari. In linea generale, la concezione secondo la SLT non è ancora abbracciato nella progettazione urbana e nel design.  Lo stesso è vero per la progettazione e il design su scala urbana. I sistemi energetici stanno ricevendo più attenzione nella pianificazione spaziale, ma la SLT ancora non ha penetrato le discipline di progettazione ambientale.
Si è osservato la necessità di condurre una ulteriore ricerca sull’ approccio low-ex, particolarmente su scala regionale.

L'interdipendenza fra l'organizzazione spaziale delle funzioni e l'“exergia” ha un grande potenziale per apportare miglioramenti nella pianificazione regionale nell’ architettura paesaggistica exergico consapevoli.

L'approccio “comporta l’abbinamento dei livelli di qualità dell’ offerta e della domanda di “exergia”
per migliorare l'utilizzazione delle risorse energetiche d'alto valore e minimizzare la
dissipazione irreversibile di energia di basso valore nell'ambiente„ (Schmidt, 2009,
p.332).
In Kerkrade ovest (Paesi Bassi), è stato proposto di “precipitare a cascata” il calore residuo da processi industriali di prima scelta (facendo uso del biogas localmente prodotto) con una serie di
funzioni di qualità inferiore. Fare uso del calore residuo per i diversi processi industriali in primo luogo, e poi per il riscaldamento delle abitazioni, è un esempio di come far combaciare la qualità
dei livelli fra l'offerta e la domanda di “exergia”. In questo modo, la distruzione globale di “exergia” è minimizzata significativamente. È stato stimato che l'elettricità richiesta per alimentare delle pompe è di circa 3 KWH per ogni GJ di calore trasportato. Anche se l'elettricità è generata da una centrale elettrica a combustibile fossile con un rendimento energetico del 39%, gli investimenti in energia primaria sono molto limitati. Cioè sono necessari soltanto 27,7 MJ di energia primaria per usare i 1000 MJ di calore residuo. In base alle esperienze di parecchi piani low-ex, sono stati proposti i tre seguenti principi low-ex.

Tabella: principi low-ex per l'ambiente edificato

Principi low-ex	Possibile applicazione
Usare fonti di alta “exergia” solo per i processi di alto grado (energetico)	Gas naturale per la fusione del metallo
Ridurre la distruzione di “exergia” attraverso tecnologie efficaci	Sistemi di recupero del calore
Trovare funzioni di basso grado (energetico) per i flussi residui	Condizionamento della stanza

 

 

Molti dei suddetti principi low-ex per l'ambiente edificato coincidono con
quelli dello IE. Lo IE differisce dal low-ex perché l'ultimo si focalizza sull’integrazione della SLT oltre la scala dei parchi industriali. La pianificazione low-ex potrebbe comportare la riorganizzazione spaziale dell’utilizzo delle terre secondo la loro economia exergetica.

E’ stato applicato l'approccio low-ex a una serie di lavori di pianificazione su scala urbana e regionale (Broersma et al., 2009; Tillieet al., 2009). Nella provincia di Groninga, per esempio, si è tracciato sia la richiesta che l’approvvigionamento caldo/freddo. Le eccedenze maggiori di caldo e di freddo sono presenti nei complessi industriali a nord della provincia, ma la maggiore richiesta di caldo e di freddo è situato nella città di Groninga ed altre città nella regione. Inostri studi vengono usati dal dipartimento di pianificazione spaziale della provincia per iniziare ad abbinare domanda e rifornimento di energia (per esempio, localizzando i nuovi progetti abitativi vicino alle fonti di calore già esistenti).

 

Design edile, componenti, isolamento, orientamento, configurazione e organizzazione spaziale dell’utilizzo delle terre svolgono un ruolo importante nella minimizzazione “exergia” distrutta nell'ambiente edificato. Su scala edile, ci sono una serie di presupposti per ottimizzare la termodinamica. L’ interazione fra progettazione architettonica, realizzazione della copertura della costruzione e attrezzatura di servizio della costruzione sembra essere essenziale (Schmidt,
2009). La presenza di fonti di energia di basso grado, per esempio il calore geotermico e quello residuo, è un altro presupposto per l'ottimizzazione termodinamica dell'ambiente edificato (Hepbasli, 2008). Il calore a cascata, un possibile intervento exergico consapevole, presenta effettivamente una sfida da progettare (De Jong, 2004). Poiché l'approvvigionamento di energia e la richiesta differiscono da un luogo ad un altro ed oscilla nel tempo, l'ottimizzazione termodinamica deve essere perseguita attraverso scale spazio-temporali.

Precedentemente, abbiamo esaminato l'applicazione della SLT in tre arene di
innovazione: ET, IE e pianificazione/progettazione dell'ambiente edificato. La letteratura sulla ET indica che la posizione, la qualità dell’energia ed il tempo stanno strutturando principi di sistemi energetici; tutti contribuiscono alla crescente complessità di sistemi energetici exergico-efficienti.

L’organizzazione spaziale delle fonti di “exergia” (per esempio, calore geotermico) ed gli assorbimenti di “exergia” (per esempio, stabilimenti/insediamenti) influenzano l'efficienza dei sistemi energetici.
I potenziali locali di “exergia” dovrebbero essere utilizzati il più possibile per minimizzare le perdite di “exergia” nel trasporto, nella conversione e nello stoccaggio. Gli ecologi industriali studiano come chiudere i cicli dei materiali e limitare le fonti energetiche a quelle rinnovabili. Una serie di principi exergico-consapevoli sono stati messi in pratica nei parchi eco-industriali in tutto il mondo (per esempio, Kalundborg). Gli ecologi industriali sostengono che l'organizzazione spaziale (cioè, co-ubicazione delle industrie) può ridurre il consumo di “exergia”. I fautori dell’approccio low-ex alla progettazione/design dell'ambiente edificato affermano che la posizione sia di, fonti di energia residuali/rinnovabili sia degli assorbimenti dovrebbero essere considerati nella pianificazione spaziale. Prossimità spaziale delle fonti e connettività fra di esse e gli assorbimenti sono due strategie chiave nella pianificazione low-ex. I progettisti ambientali prevedono che l'ottimizzazione exergetica aumenterà la complessità dell'ambiente umano costruito, una tendenza che inoltre è stata osservata in altre discipline. In base a ET, IE e low-ex, è stato dedotto un insieme di cinque strategie exergetico consapevoli per la progettazione e il design dell'ambiente sviluppato:

• aumentare l'efficienza di “exergia” (per esempio, sistemi di recupero di calore)

• diminuire la richiesta di “exergia” (per esempio, orientamento edile e casa passiva)

• aumentare l'uso di “exergia” residua (per esempio, calore residuo per il riscaldamento della stanza)

• far combaciare i livelli di qualità della domanda e dell’offerta (per esempio, cascata)

• aumentare l'assimilazione di “exergia” rinnovabile (per esempio, geotermica).

 

Tutte e cinque le strategie dovrebbero essere perseguite attraverso la varia pianificazione e le scale di progettazione. Malgrado l'applicazione della SLT in molte discipline, soltanto pochi di quei principi vengono considerati nella pianificazione spaziale corrente e nella pratica dell’architettura paesaggistica. 

 

 

 

 

Tabella: Strategie exergetico consapevoli per la progettazione e il design dell'ambiente fisico

 

 

X    meno rilevante                    XX     rilevante                   XXX   scala focale

·         Discussione finale

Una ricerca di Scopus sulla “termodinamica„ e lo “sviluppo sostenibile„ comprende più di 200 articoli scientifici, un numero che indica quanto siano strettamente connessi quei due regni. La questione chiave è se la SLT potrà far avanzare la progettazione e il design dell’ambiente fisico sostenibile. Dalla ricerca della letteratura, è stato evidente che la SLT non solo offre i principi espliciti per l'organizzazione exergetico consapevole dell'ambiente umano, ma inoltre contribuisce a dipanare
i sistemi socio-ecologici complessi che interessano a pianificatori spaziali, architetti paesaggisti e a i progettisti. In quanto segue, saranno esposte una serie di argomentazioni comunemente usate per escludere la SLT con le discussioni che sostengono l'integrazione della SLT nella pianificazione spaziale ed nel design progettuale.

La FLT sostiene che l'energia è sempre conservata; perché “preoccuparsi„ della SLT e del concetto di “exergia”? L'energia effettivamente è conservata, ma inoltre è convertita da energia di alto grado a energia di basso grado ed infine in entropia, senza alcuna capacità di lavoro. Finché il sole fornisce la radiazione solare, l’energia sarà disponibile sulla terra. La qualità dell'energia solare, tuttavia, non può essere sufficiente per sostenere le funzioni di alto grado (per esempio, industria pesante). Inoltre, l'entropia liberata dalla combustione dei combustibili fossili contribuisce significativamente all’ inquinamento ambientale ed al mutamento climatico.

L’ottimizzazione dell'efficienza exergetica dei processi termodinamici non esclude l'uso delle fonti di energia non rinnovabili; una centrale elettrica termodinamicamente ottimizzata può comunque funzionare con il combustibile fossile. Tuttavia, la combustione dei combustibili fossili aumenterà sempre l’irreversibilità. Per ridurre la produzione di entropia, pianificazione e design exergetico consapevoli devono facilitare l'uso dell’“exergia” solare e geotermica. Sostituire semplicemente i combustibili fossili con le rinnovabili potrebbe, tuttavia, contribuire ad una ulteriore perdita di biodiversità (che è accaduto nel caso di produzione della prima generazione di biomassa). Per contribuire allo sviluppo sostenibile, la pianificazione exergetico consapevole e il design devono andare oltre le prestazioni termodinamiche; i progettisti ambientali devono anche considerare i fattori economici e sociali. Inoltre, gli interventi exergetico consapevoli non dovrebbero mai colpire negativamente la biodiversità.

Malgrado i benefici delle fonti di energia rinnovabili, dispositivi tecnici quali turbine eoliche si appropriano sia di “exergia” che di spazio durante la costruzione, l'operazione e dopo la dismissione. Ecco perché l'efficienza dei flussi di energia dalle fonti rinnovabili deve essere aumentata, similmente ai flussi di energia provenienti dalle fonti non beni rinnovabili.

Effettivamente, l'“exergia” non può essere la sola misura della sostenibilità. Nell'indirizzare l'irreversibilità dovuta al consumo di energia, tuttavia, non si può trascurare la SLT. Gli ingegneri, gli architetti ed i pianificatori urbani hanno indicato che la SLT può contribuire alla transizione ai sistemi energetici sostenibili. Su scala regionale, tuttavia, i grandi potenziali rimangono per ridurre ulteriormente il consumo di energia attraverso la progettazione exergetico consapevole.

La SLT è effettivamente più complessa della FLT. La SLT collega energia, materia, informazioni, spazio e tempo. Nel passato, i progettisti ambientali hanno indicato che altre sfide complesse, quali lo sviluppo di reti ecologiche su vasta scala
, possono essere indirizzate in modo pluridisciplinare. Un approccio sistematico alla progettazione potrebbe anche facilitare l'integrazione di concetti ecologici quali “bioritmo„ e “collocazione„ nella pianificazione e nella progettazione di un ambiente umano sostenibile (vedi Stremke
e KOH, 2010).

Non c’è dubbio che la transizione ad un ambiente fisico exergetico consapevole 
richieda grandi investimenti, per esempio la costruzione delle reti di riscaldamento centrale di un quartiere. Dallo studio sulla successione dell’ecosistema e della storia dell'umanità, sappiamo che tali miglioramenti richiedono sempre almeno temporaneamente delle sovvenzioni.

Questi investimenti, tuttavia, ripagheranno con la resilienza aumentata e la riduzione di produzione di entropia. Una argomentazione finale per l'integrazione della SLT nella pianificazione spaziale e nell'architettura del paesaggio è che, malgrado tutti gli sforzi, siamo lontano dal raggiungimento degli obiettivi di emissione di GHG. Il consumo di energia e le emissioni hanno continuato ad aumentare su scala globale. Apparentemente, il sistema chiuso (o FLT) non ha soluzioni da offrire. La SLT, come discusso in questa opera, fornisce le nuove comprensioni, concetti e principi che possono contribuire a ridurre la distruzione di exergia ed ad aumentare l'assimilazione di fonti di energia rinnovabili. Ecco perché la SLT dovrebbe essere abbracciato dai progettisti ambientali che si preoccupano dello sviluppo dell’ambiente fisico sostenibile.

·         Conclusione

La SLT risulta utile per la riduzione della distruzione di “exergia” durante i processi di conversione della energia, in quelli di elaborazione dei materiali e nell'ambiente edificato. La SLT ed il concetto di “exergia” sono ben riconosciuti all’interno dell’ET, della IE e parzialmente anche nell'architettura e nella pianificazione. Studiando i benefici e le limitazioni possibili dei concetti termodinamici, la SLT dovrebbe essere accolta anche dai progettisti ambientali. L'integrazione della SLT nella pianificazione regionale e nella progettazione potrebbe contribuire a far emergere i paesaggi exergetico consapevoli. Tali paesaggi exergetici presentano un'altra particella elementare importante a fini del passaggio all’ ambiente fisico sostenibile. Possono essere concettualizzati come “i successori„ di centrali elettriche, complessi industriali, costruzioni e quartieri exergetico consapevoli. La progettazione e la facilitazione dello sviluppo dei paesaggi exergetici possono contribuire ad attenuare l’esaurimento dei combustili fossili e il mutamento climatico; la progettazione si trasforma in un'attività per la risoluzione dei problemi. Ciò che ancora manca, tuttavia, sono generalmente i principi applicabili (cioè, conoscenza sostanziale). Tali principi possono essere generati con la sintesi e la traduzione della conoscenza da altre discipline, per esempio dalla ET. 

-          Composizione dei componenti di sistema (ordine strutturale)

• supportare lo sviluppo dei sistemi altamente diversificati e interconnettere i sistemi energetici

• identificare e facilitare l'uso delle fonti locali di exergia (per esempio, energia geotermica)

• identificare e, se necessario, allocare gli assorbimenti di exergia (per esempio, serre)

• collegare le fonti di exergia con gli assorbimenti (per esempio, attraverso la rete di calore del distretto)

• evitare la dispersione inutile delle funzioni nello spazio (per esempio, espansione urbana)

• imporre l'utilizzo di misto dei territori per facilitare lo scambio risorse low-ex

• orientare le costruzioni per fare uso ottimale dell’afflusso di “exergia” (per esempio, “exergia” “calda„ solare e “exergia” fredda).

 

 

-          Flusso di energia e di materiali (ordine funzionale)

• minimizzare o evitare il consumo di “exergia” (per esempio, istruire con la progettazione “rivelatoria”)

•sostituire i processi exergetico-intensivi con processi naturali (per esempio, sostituire l’illuminazione artificiale con l'illuminazione naturale; sostituire il condizionamento d'aria attivo con canali d’ aria fredda passiva e con vegetazione naturale)

• abbinare la qualità energetica delle fonti e con gli assorbimenti (per esempio, usare “exergia” geotermica per il riscaldamento degli ambienti)

• facilitare l'uso delle tecnologie exergetico-efficienti (per esempio, centrale di cogenerazione)

• calore residuo a cascata dalle funzioni di alto grado (per esempio, industria pesante) attraverso una serie di funzioni di più basso grado (per esempio, riscaldamento delle serre e delle abitazioni)

• aumentare lo stoccaggio di “exergia” con l’accumulazione delle risorse (per esempio, biomassa).

 

-          Termini nell'ambiente operativo (modelli derivanti dall'ubicazione)

• mappare le fonti e gli assorbimenti di “exergia” (per esempio, centrali elettriche e serre)

• identificare i potenziali partner simbiotici (“utilities-2 energetiche ed allevatori)

• facilitare la comunicazione e la collaborazione fra i potenziali partner

• creare l'infrastruttura quando esistono alti potenziali per “exergia” rinnovabile (per esempio, costruire la rete di calore di un distretto in un’area fornita energia geotermica e ad alta densità abitativa)

• impiegare dispositivi “autonomi„ nelle aree a bassa densità abitativa (per esempio, pompa di calore/freddo)

• conservare l'“exergia” calda e fredda (per esempio, stoccaggio di calore-freddo stagionale in falde acquifere).

Si può sostenere che molti dei principi exergetico consapevoli suddetti sono fuori dall'ambito della pianificazione spaziale e dell’architettura paesaggistica convenzionali.

La domanda è: chi dovrebbe indirizzare la SLT oltre la scala urbana? Si noti che la scala alla quale fanno riferimento di molti interventi exergetico consapevoli, se già non vi coincide, è quella della pratica della progettazione spaziale e dell’architettura paesaggistica. Ciò porta alla domanda finale indirizzata in quest’opera: Come possiamo definire “il paesaggio exergetico„? Certamente non si può concettualizzare il paesaggio exergetico come “paesaggio del potenziale di lavoro„, cosa che potrebbe essere implicita tramite un'interpretazione rigorosamente termodinamica del concetto di “exergia”. Invece i paesaggi ancora una volta si trasformeranno in sistemi di supporto alla vita.
L'assimilazione delle energie rinnovabili reclamerà lo spazio nel paesaggio, mentre
l'organizzazione spaziale dell'ambiente fisico influenzerà quanta energia e di
quale qualità è necessaria per sostenere l'umanità. Ecco perché crediamo che i paesaggi dovrebbero svilupparsi in sistemi altamente strutturati, che supportano la vita simbiotica e massimizzano la dissipazione di “exergia” e minimizzano la produzione di entropia.