Impermeabilizzazione climatica degli edifici contro il calore eccessivo

Diversi approcci possono essere utilizzati per rendere gli edifici a prova di clima contro temperature eccessivamente elevate. Tali opzioni riguardano la progettazione degli edifici (compreso l'uso di tecnologie informatiche per ottimizzare il comfort termico) e gli involucri degli edifici (tetto, soffitti, pareti esterne, porte, finestre, compresi i vetri di controllo solare che riducono la radiazione solare che entra nell'abitazione, e fondazioni).

Le soluzioni di progettazione degli edifici includono caratteristiche tradizionali che si trovano comunemente nelle regioni con climi caldi, come ad esempio:

• Rapporto di aspetto dell'edificio: Il rapporto tra lo spazio interno e la superficie esterna dell'edificio, che ottimizza la dispersione del calore interno riducendo al minimo l'assorbimento del calore solare.
• Elementi architettonici: Caratteristiche come tende da sole, sporgenze, tende da finestra, portici, pareti esterne bianche o leggermente colorate e tetti per riflettere il calore.
• Orientamento solare: Posizionamento dell'edificio per ridurre al minimo l'esposizione giornaliera alla luce solare diretta.

Anche le soluzioni hi-tech possono svolgere un ruolo molto importante. Questi includono sensori che monitorano le condizioni termiche, consentendo regolazioni precise dell'aria condizionata e della ventilazione, nonché l'orientamento in tempo reale dei pannelli ombreggianti in base alle condizioni di isolamento. I sensori e i dispositivi digitali di regolazione termica possono essere integrati con misure di gestione della domanda, contribuendo a ridurre l'impatto della domanda di raffreddamento sui carichi di picco durante i periodi di stress dell'impianto elettrico (cfr. anche l'opzione di adattamento ai cambiamenti del 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 di Amsterdam, completato nel 2014. Il suo involucro include finestre dinamiche, tonalità automatiche e ventilazione di spostamento. Con 28.000 sensori che monitorano il movimento, i livelli di illuminazione, l'umidità e la temperatura, l'edificio può adattarsi immediatamente al fabbisogno energetico, ad esempio spegnendo automaticamente il riscaldamento, l'aria condizionata e l'illuminazione nelle aree non utilizzate. Inoltre, i dipendenti possono utilizzare un'app per regolare la temperatura e i livelli di illuminazione nel loro spazio di lavoro. Inoltre, il raffreddamento e il riscaldamento sono ottimizzati dai trasferimenti di calore tra l'edificio e una falda acquifera sottostante.

Le caratteristiche tecniche dell'involucro dell'edificio sono cruciali per la sua capacità di controllare le temperature interne. I materiali utilizzati nell'involucro e la loro massa svolgono un ruolo chiave nella velocità con cui vengono compensate le differenze di temperatura tra interni ed esterni. Ad esempio, gli edifici tradizionali con pareti spesse nel Mediterraneo richiedono molto meno aria condizionata rispetto alle strutture moderne. In alternativa, l'utilizzo di materiali con elevata resistenza termica può aiutare a ridurre al minimo il calore che entra nell'edificio. Questa opzione è particolarmente interessante per l'ammodernamento di edifici esistenti con strati isolanti che compensano le scarse proprietà termiche dei materiali da costruzione originali.

Inoltre, l'uso della ventilazione meccanica o naturale, o la conservazione del freddo in materiali con elevata massa termica come piastrelle o pietre, riduce la necessità di aria condizionata. La cella frigorifera può essere accoppiata con una pompa di calore (possibilmente basata su un sistema geotermico, sfruttando il differenziale tra temperature sotterranee e superficiali) per aumentare la flessibilità nella distribuzione 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 la loro progettazione (ad esempio tetti bianchi, tetti verdi) può contribuire a ridurre significativamente il fabbisogno energetico di un edificio. Ad esempio, la presenza di alberi aumenta il flusso d'aria, riduce l'impatto della radiazione solare e aiuta anche a contrastare l'effetto isola di calore urbano. Quando si attuano misure per far fronte al calore estremo, è infatti importante considerare l'impatto dei materiali da costruzione e degli stili di costruzione sul microclima delle aree urbane. La ricerca sulla mitigazione del calore urbano promuove l'uso di superfici riflettenti per contrastare gli effetti negativi del calore estremo. La riflettanza superficiale è un parametro chiave per comprendere, modellare e modificare il bilancio energetico della superficie urbana, raffreddare le città e migliorare il comfort termico esterno (Fox et al., 2018). Le soluzioni per ridurre l'effetto isola di calore urbano, migliorando al contempo le condizioni interne attraverso l'involucro dell'edificio, possono essere affrontate in due modi: aumentare la riflessione solare e migliorare l'evaporazione e la traspirazione. La riflettanza solare (albedo) degli esterni degli edifici e della pavimentazione urbana può aiutare a mitigare l'effetto dell'isola di calore. Ciò può essere ottenuto utilizzando rivestimenti a colori freddi e rivestimenti riflettenti come i materiali retroriflettenti. Inoltre, l'aumento dell'evaporazione e della traspirazione può essere facilitato da superfici verdi e alberi, come verdi verticali, facciate verdi e tetti verdi.

Ulteriori informazioni sull'uso delle infrastrutture verdi per migliorare la vivibilità delle città nel contesto dei cambiamenti climatici sono disponibili nell'opzione di adattamento ai cambiamenti climatici dell'ADAPT per le infrastrutture verdi e blu urbane.

Particolare attenzione dovrebbe essere prestata agli edifici storici, in quanto molte delle misure descritte potrebbero non essere applicabili a causa delle leggi e dei regolamenti esistenti volti a preservare i materiali originali e le tecniche di costruzione utilizzate. È necessario individuare, pianificare e attuare diversi interventi specifici, tenendo attentamente conto delle caratteristiche degli edifici storici e del loro significato culturale. Si consiglia vivamente di consultare esperti in conservazione storica e ingegneria edilizia per sviluppare un piano di raffreddamento su misura per edifici specifici. Tuttavia, sono già disponibili soluzioni di climatizzazione che preservano il significato storico degli edifici pur mantenendo il loro valore architettonico e culturale. Alcuni esempi sono forniti dal progetto RIBuild.

La direttiva sulla prestazione energetica nell'edilizia consente agli Stati membri di adeguare i requisiti minimi di prestazione energetica sia per gli edifici residenziali (articolo 5, paragrafo 2) che per quelli non residenziali (articolo 9, paragrafo 6 bis).

Le caratteristiche di un edificio, compreso il modo in cui impedisce un 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 pertinente nel caso di grandi edifici pubblici, nel caso in cui i costi della progettazione proposta siano significativamente superiori a quelli di un edificio standard e ciò possa generare preoccupazioni in merito all'impatto sui bilanci pubblici e/o alla capacità del proponente di trovare finanziamenti adeguati per il progetto. Tra le opzioni menzionate, la creazione di aree verdi intorno agli edifici per l'ombreggiatura è soggetta al processo di autorizzazione standard. Richiede inoltre la consultazione delle comunità locali per valutare la loro preferenza per questa soluzione rispetto agli usi alternativi dello spazio. Il coinvolgimento delle organizzazioni e delle autorità per il patrimonio culturale è necessario per la ristrutturazione degli edifici storici, in particolare quando è necessario seguire procedure di autorizzazione specifiche.

I principali ostacoli alla progettazione di edifici a prova di clima sono economici e culturali. Alcune delle opzioni proposte (materiale di qualità superiore per involucri edilizi, tetti verdi, ombreggiatura automatica delle finestre) sono più costose e più difficili da attuare e mantenere rispetto alle pratiche edilizie 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 per quanto riguarda 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 importante per le grandi unità immobiliari come grattacieli, centri commerciali, campus ecc. È probabile che la rilevanza di questo ostacolo diminuisca nei prossimi anni, poiché le soluzioni a prova di clima raggiungono la maturità tecnologica e l'innovazione tecnologica ne ridurrà i costi. Tuttavia, non vi è alcuna garanzia che la flessibilità nella progettazione degli edifici attualmente offerta dall'aria condizionata sarà mai eguagliata da queste soluzioni.

D'altra parte, in particolare per le unità più piccole come le case unifamiliari o i quartieri residenziali di piccole e medie dimensioni, l'impermeabilità climatica può rivelarsi una sfida progettuale molto stimolante. Vi sono una serie di iniziative nell'UE 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 si possono trovare, tra l'altro, a Rotterdam (sovvenzione per l'adattamento ai cambiamenti climatici), ad Amburgo (strategia per i tetti verdi di Amburgo) e in Italia (bonus verde).  

Inoltre, l'impermeabilizzazione climatica negli edifici esistenti, in particolare quelli del patrimonio culturale, pone sfide specifiche, a causa delle normative e dei paradigmi di conservazione. La sfida è trovare un equilibrio tra l'adattamento ai cambiamenti climatici e la salvaguardia dell'autenticità e dell'integrità di questi siti storici.

I costi variano a seconda della soluzione applicata e del luogo in cui vengono implementati a causa della diversa maturità del settore e delle caratteristiche costruttive locali. Secondo lo studio di caso della strategia per i tetti verdi di Amburgo, i tetti verdi sono un investimento con chiari rendimenti futuri. I costi per la maggior parte dei tetti verdi estesi sono nell'intervallo di 40-45 € /m2, mentre i tetti verdi intensivi possono costare circa 58 € /m2.

I tetti bianchi sono significativamente meno costosi. I prezzi dell'isolamento delle pareti e dei tetti variano notevolmente a seconda del materiale isolante, ma di solito variano tra 40 e 100 EUR per metro quadrato. I prezzi degli occhiali a controllo solare sono comparabili o leggermente superiori a quelli degli occhiali isolanti standard comunemente installati nelle finestre delle case europee. Imballare un menu completo di soluzioni di climatizzazione all'avanguardia in un edificio può essere costoso ed è più facile farlo da zero progettando un nuovo edificio a tale scopo. L'efficienza energetica e il comfort termico di 39.673 m2 di spazio per uffici (più 11.558 m2 di parcheggio interno) dell'edificio The Edge hanno richiesto un investimento di 74 milioni di EUR (costi totali di costruzione).

Questi costi devono essere confrontati con gli impatti positivi sui bilanci delle famiglie, delle imprese e delle pubbliche amministrazioni in termini di risparmio energetico, che per le soluzioni più avanzate possono essere molto consistenti e persino comportare un consumo netto di energia quasi nullo. L'aumento degli spazi verdi in un contesto urbano comporta anche una serie di benefici collaterali in termini di miglioramento della salute, della biodiversità urbana, delle interazioni sociali e dei miglioramenti estetici.

A livello normativo, le soluzioni tecniche di cui sopra possono essere incorporate 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 direttiva riveduta sulla prestazione energetica nell'edilizia (UE/2024/1275) migliora i requisiti di prestazione energetica per gli edifici di nuova costruzione. Prevede che tutti gli edifici residenziali e non residenziali di nuova costruzione siano a emissioni zero a decorrere dal 1o gennaio 2028 per gli edifici di proprietà di enti pubblici e dal 1o gennaio 2030 per tutti gli altri edifici di nuova costruzione, con la possibilità di esenzioni specifiche. Secondo la direttiva riveduta, un edificio a emissioni zero non ha emissioni di carbonio in loco da combustibili fossili e una prestazione energetica molto elevata .  Pur non mirando direttamente all'adattamento alle alte temperature, tali requisiti richiederanno un'applicazione diffusa delle misure qui descritte.

Il tempo di realizzazione 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.

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