Immunizzazione dagli effetti del clima degli edifici contro il calore eccessivo

Ci sono diverse opzioni per implementare la protezione climatica degli edifici rispetto a temperature eccessivamente elevate. Tali opzioni riguardano la progettazione degli edifici (compreso l'uso di tecnologie informatiche per ottimizzare il comfort termico) e gli involucri edilizi (tetti, soffitti, pareti esterne, porte, finestre — compresi gli occhiali di controllo solare che riducono la radiazione solare che entra nell'abitazione — e le fondazioni). Le soluzioni di progettazione degli edifici comprendono le caratteristiche tradizionali delle abitazioni situate in paesi a clima tradizionalmente caldo, come:

• L'aspetto dell'edificio, cioè il rapporto tra lo spazio interno e la superficie esterna dell'edificio che massimizza la dispersione del calore interno e riduce al minimo l'assorbimento del calore attraverso la radiazione solare.
• elementi architettonici come tende da sole, sporgenze, vetrate, portici, pareti esterne e tetto di colore bianco o leggermente colorato
• L'orientamento solare dell'edificio, che può ridurre al minimo l'esposizione giornaliera dell'edificio alla luce solare.

Anche le soluzioni hi-tech possono svolgere un ruolo molto importante. Questi includono sensori che consentono un attento monitoraggio delle condizioni termiche e quindi una regolazione ottimizzata del condizionamento e della ventilazione dell'aria e persino l'orientamento dei pannelli ombreggianti in base alle condizioni di isolamento in tempo reale. I sensori e i dispositivi di regolazione termica digitale possono anche essere abbinati a misure di gestione del lato della domanda che contribuiscono a ridurre l'impatto della domanda di raffreddamento sui carichi di picco quando l'impianto elettrico è sotto stress (cfr. anche l'opzione di adattamento sui cambiamenti nel comportamento individuale nel settore energetico). Un famoso esempio di edificio in cui è stato applicato un pacchetto completo di soluzioni all'avanguardia è l'edificio per uffici The Edge ad Amsterdam; completato nel 2014. L'involucro dell'edificio comprende finestre dinamiche, tonalità automatiche e ventilazione di spostamento. Un totale di 28.000 sensori traccia il movimento, i livelli di illuminazione, l'umidità e la temperatura, che consentono una risposta immediata ed efficiente alle esigenze energetiche, come lo spegnimento automatico di riscaldamento, aria condizionata e illuminazione nelle aree inutilizzate. Inoltre un'app fornita a chi lavora nell'edificio consente loro di regolare la temperatura e i livelli di illuminazione intorno a loro utilizzando il proprio smartphone. Il raffreddamento e il riscaldamento comportano l'uso di uno scambiatore di calore che trasferisce il calore nella direzione desiderata tra l'edificio e una falda acquifera sotto di esso.

L'organizzazione dello spazio in prossimità degli edifici conta anche: la presenza di alberi in particolare aumenta il flusso d'aria e riduce l'impatto della radiazione solare e l'effetto isola di calore tipico delle città moderne.

Le caratteristiche tecniche dell'involucro dell'edificio sono fondamentali per la sua capacità di controllare le temperature interne. I materiali di cui l'involucro è costruito e la loro massa infatti determinano quanto velocemente i differenziali di temperatura tra interni ed esterni vengono compensati. Gli edifici tradizionali a parete spessa nel Mediterraneo, ad esempio, richiedono molta meno aria condizionata rispetto a quelli moderni; in alternativa, l'uso di materiali ad alta resistenza termica può ridurre il calore che entra nell'edificio. Questa opzione è particolarmente interessante per il retrofit dell'edificio esistente con strati isolanti che compensano le scarse proprietà termiche dei materiali da costruzione originali.

Inoltre, l'uso di ventilazione meccanica o naturale, o la conservazione a freddo in materiali ad alta massa termica come piastrelle o pietre, riduce la necessità di aria condizionata. Lo stoccaggio freddo può essere accoppiato con una pompa di calore (possibilmente basata su un sistema geotermico, sfruttando il differenziale tra le temperature sotterranee e superficiali) per aumentare la flessibilità nel dispiegamento dell'aria fredda. La regolazione dell'umidità interna può avere un forte impatto sulle temperature percepite e, in ultima analisi, sul comfort termico degli occupanti di un edificio.

I tetti sono anche importanti superfici di scambio termico e il loro design può contribuire a ridurre significativamente il fabbisogno energetico di un edificio. I tetti verdi, ad esempio, possono contribuire in modo significativo a ridurre l'effetto dell'isola di calore nelle città raffreddando naturalmente le superfici degli edifici attraverso l'azione dell'acqua e della vegetazione. Un'opzione più economica ma anche efficace è dipingere tetti bianchi o in colori chiari, altamente riflettenti che rimbalzano la radiazione solare. I tetti bianchi di grado superiore riflettono l'80 % dell'energia solare; i tetti neri, invece, riflettono solo dal 5 % al 10 % (CRRC, 2013).

Le misure descritte si concentrano sull'affrontare il calore eccessivo. Ciò non significa automaticamente che tutti possono anche aiutare a conservare il calore in inverno. Tuttavia, quelli che aumentano l'isolamento dell'involucro dell'edificio e aumentano la massa termica possono funzionare in entrambi i modi.

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Strutturale e fisico: opzioni di adattamento basate sull'ecosistema, Strutturale e fisico: opzioni tecnologiche

Partecipazione degli attori interessatI

Le caratteristiche di un edificio, compreso il modo in cui previene l'eccessivo riscaldamento interno, sono di solito una questione contrattuale privata tra il costruttore e gli acquirenti dell'edificio. La partecipazione delle parti interessate può essere rilevante nel caso di grandi edifici pubblici, nel caso in cui i costi della progettazione proposta siano significativamente più elevati rispetto a quelli di un edificio standard e ciò può generare preoccupazioni per l'impatto sui bilanci pubblici e/o per la capacità del proponente di trovare finanziamenti adeguati per il progetto. Tra le opzioni menzionate, la creazione di aree verdi nelle vicinanze degli edifici per fornire ombreggiatura è ovviamente soggetta al consueto processo di autorizzazione e richiede la consultazione con le comunità locali sulla preferenza di questa opzione rispetto agli usi alternativi della stessa area.

Successo e fattori limitanti

I principali ostacoli alla progettazione degli edifici a prova di clima sono economici e culturali. Alcune delle opzioni proposte (materiale di alta qualità per involucri edilizi, tetti verdi, ombreggiatura automatica delle finestre) sono più costose e più difficili da implementare e mantenere rispetto alle pratiche di costruzione standard. Culturalmente, gli architetti possono percepire la loro creatività ridotta dalla complessità di alcune di queste soluzioni. Progettare un edificio con totale libertà di scelta in termini di forme e materiali, mentre affidarsi all'aria condizionata per prendersi cura del comfort termico interno è una prospettiva allettante che riduce le sfide tecniche, i costi di costruzione e aumenta la gamma estetica per le opzioni di progettazione. Ciò è particolarmente rilevante per le grandi unità edilizie come grattacieli, centri commerciali, campus ecc. Tuttavia, non vi è alcuna garanzia che la flessibilità nella progettazione degli edifici attualmente offerta dal condizionamento d'aria sarà mai eguagliata da queste soluzioni.

D'altra parte, soprattutto per le unità più piccole come le case unifamiliari o i quartieri residenziali di piccole e medie dimensioni, l'impermeabilizzazione del clima può rivelarsi una sfida progettuale molto stimolante. Nell'UE vi sono una serie di iniziative che attuano soluzioni verdi per gli edifici residenziali e la pianificazione urbana, tra cui l'inverdimento dei paesaggi urbani, campagne di sensibilizzazione e incentivi finanziari. Esempi di incentivi finanziari sono: sovvenzione ai tetti verdi di 30 EUR per m²^con una copertura di almeno 40 m² a Rotterdam (Paesi Bassi), sovvenzioni per i proprietari privati di tetti verdi previsti dalla strategia per il tetto verde di Amburgo, fino al 60 % dei costi di costruzione; oppure gli incentivi per l'isolamento termico dell'involucro edilizio in Italia che possono coprire fino al 65 % del costo dei materiali isolanti e della loro installazione.

Costi e benefici

I costi variano a seconda della soluzione applicata e del luogo in cui vengono implementati. Ad esempio, i tetti verdi in Germania costano da 77 a 145 EUR per metro quadrato e da 145 a 242 EUR negli Stati Uniti, a causa della diversa maturità dell'industria e delle caratteristiche edilizie locali. Secondo il case study Green Roof Strategy di Amburgo " stimato i costi di installazione, manutenzione e sostituzione per un periodo di 40 anni cumulano a 20,500 EUR per 300 metri quadrati sia per tetti grigi che verdi. Quando si concentra solo sull'installazione iniziale, un tetto verde costa 9,500 EUR rispetto ai 3,000 EUR per un tetto grigio per 300 metri quadrati di superficie".

I tetti bianchi sono significativamente meno costosi, con un prezzo per metro quadrato di circa 6,5-9,8 EUR, secondo un sito web di confronto dei costi americano. I prezzi dell'isolamento delle pareti e del tetto variano ampiamente a seconda del materiale isolante, ma di solito variano tra i 40 e i 100 EUR per metro quadrato. I prezzi degli occhiali a controllo solare sono paragonabili o leggermente superiori agli occhiali isolanti standard comunemente installati nelle finestre delle case europee. L'imballaggio di un menu completo di soluzioni di protezione del clima all'avanguardia in un edificio può essere costoso, ed è più facile farlo da zero progettando un nuovo edificio a tale scopo. L'estrema efficienza energetica e termicamente confortevole 39,673 m² di spazio per uffici (più 11,558 m² di parcheggio interno) dell'edificio The Edge ha richiesto un investimento di 74 milioni di euro (costi totali dell'edificio).

Questi costi devono essere ponderati rispetto agli effetti benefici sui bilanci delle famiglie, delle imprese e delle pubbliche amministrazioni in termini di risparmio energetico, che per soluzioni all'avanguardia possono essere molto consistenti e persino portare a un consumo energetico netto vicino allo zero. L'aumento degli spazi verdi in un contesto urbano comporta anche una serie di co-benefici in termini di miglioramento della salute, biodiversità urbana, interazioni sociali e miglioramenti estetici.

Aspetti legali

A livello normativo, le soluzioni tecniche sopra menzionate possono essere integrate nei codici edilizi. Quando questo non è già applicato, una mossa normativa in questa direzione è consigliabile per i paesi dell'UE con un clima caldo.

La revisione della direttiva sulla prestazione energetica nell'edilizia prevede che tutti i nuovi edifici pubblici siano N-ZEB (Near Zero Energy Buildings) dal 2018 e che l'intero parco immobiliare europeo sia N-ZEB entro il 2050. Anche se non mirano direttamente all'adattamento alle alte temperature, questi requisiti richiederanno un'applicazione capillare delle misure qui descritte.

Tempo di implementazione

Il tempo di implementazione varia a seconda del tipo di intervento, che va da poche ore per installare tende e ombre a diversi mesi o addirittura anni per progettare e costruire un edificio a prova di clima da zero.

Durata

La durata varia con il tipo di intervento, che va da pochi anni alla vita residua dell'edificio.

Siti Web:

Riferimenti: