Imunizarea clădirilor la schimbările climatice împotriva căldurii excesive

Pot fi utilizate mai multe abordări pentru a proteja clădirile împotriva schimbărilor climatice împotriva temperaturilor excesiv de ridicate. Astfel de opțiuni se referă la proiectarea clădirilor (inclusiv utilizarea tehnologiilor informatice pentru optimizarea confortului termic) și la anvelopa clădirilor (acoperiș, tavane, pereți exteriori, uși, ferestre – inclusiv ochelari de control solar care reduc radiațiile solare care pătrund în locuință – și fundații).

Soluțiile de proiectare a clădirilor includ caracteristici tradiționale întâlnite în mod obișnuit în regiunile cu climă caldă, cum ar fi:

• Raportul de aspect al clădirii: Raportul dintre spațiul interior și suprafața exterioară a clădirii, care optimizează dispersia internă a căldurii, minimizând în același timp absorbția căldurii solare.
• Elemente arhitectonice: Caracteristici cum ar fi copertine, console, nuanțe de ferestre, porticuri, pereți exteriori albi sau ușor colorați și acoperișuri pentru a reflecta căldura.
• Orientarea solară: Poziționarea clădirii pentru a minimiza expunerea zilnică la lumina directă a soarelui.

Soluțiile hi-tech pot juca, de asemenea, un rol foarte important. Acestea includ senzori care monitorizează condițiile termice, permițând reglarea precisă a aerului condiționat și a ventilației, precum și orientarea în timp real a panourilor de umbrire pe baza condițiilor de izolare. Senzorii și dispozitivele digitale de reglare termică pot fi integrate în măsurile de gestionare a cererii, contribuind la reducerea impactului cererii de răcire asupra sarcinilor de vârf în perioadele de stres al sistemului electric (a se vedea, de asemenea, opțiunea de adaptare privind modificările comportamentului individual în sectorul energetic). Un exemplu celebru de clădire în care a fost aplicat un pachet complet de soluții de ultimă generație este clădirea de birouri The Edge din Amsterdam, finalizată în 2014. Învelișul său include ferestre dinamice, nuanțe automate și ventilație de deplasare. Cu 28.000 de senzori care monitorizează mișcarea, nivelurile de iluminare, umiditatea și temperatura, clădirea se poate adapta imediat la nevoile de energie, cum ar fi oprirea automată a încălzirii, a aerului condiționat și a iluminatului în zonele neutilizate. În plus, angajații pot utiliza o aplicație pentru a regla temperatura și nivelul de iluminare în spațiul lor de lucru. În plus, răcirea și încălzirea sunt optimizate prin transferuri de căldură între clădire și un acvifer de sub ea.

Caracteristicile tehnice ale anvelopei clădirii sunt esențiale pentru capacitatea sa de a controla temperaturile interioare. Materialele utilizate în plic și masa lor joacă un rol esențial în cât de repede sunt compensate diferențele de temperatură dintre interior și exterior. De exemplu, clădirile tradiționale cu pereți groși din Marea Mediterană necesită mult mai puțin aer condiționat decât structurile moderne. Alternativ, utilizarea materialelor cu rezistență termică ridicată poate ajuta la minimizarea căldurii care intră în clădire. Această opțiune este deosebit de interesantă pentru modernizarea clădirilor existente cu straturi de izolație care compensează proprietățile termice slabe ale materialelor de construcție originale.

De asemenea, utilizarea ventilației mecanice sau naturale sau depozitarea frigului în materiale cu masă termică ridicată, cum ar fi plăcile sau pietrele, reduce nevoia de aer condiționat. Depozitarea la rece poate fi cuplată cu o pompă de căldură (posibil bazată pe un sistem geotermal, exploatând diferența dintre temperaturile subterane și cele de suprafață) pentru a crește flexibilitatea în desfășurarea aerului rece. Ajustarea umidității interioare poate avea un impact puternic asupra temperaturilor percepute și, în cele din urmă, asupra confortului termic al ocupanților unei clădiri.

Acoperișurile sunt, de asemenea, suprafețe importante pentru schimbul de căldură, iar proiectarea lor (de exemplu, acoperișuri albe, acoperișuri verzi) poate contribui la reducerea semnificativă a nevoilor energetice ale unei clădiri. De exemplu, prezența copacilor crește fluxul de aer, reduce impactul radiațiilor solare și, de asemenea, ajută la contracararea efectului de insulă termică urbană. Atunci când se pun în aplicare măsuri pentru a face față căldurii extreme, este de fapt important să se ia în considerare impactul materialelor de construcție și al stilurilor de construcție asupra microclimatului zonelor urbane. Cercetarea în domeniul atenuării căldurii urbane promovează utilizarea suprafețelor reflectorizante pentru a contracara efectele negative ale căldurii extreme. Reflectanța la suprafață este un parametru-cheie pentru înțelegerea, modelarea și modificarea echilibrului energetic al suprafeței urbane, pentru răcirea orașelor și îmbunătățirea confortului termic în aer liber (Fox et al., 2018). Soluțiile pentru reducerea efectului de insulă termică urbană, îmbunătățind în același timp condițiile interioare prin anvelopa clădirii, pot fi abordate în două moduri: creșterea reflexiei solare și îmbunătățirea evaporării și transpirației. Reflectanța solară (albedo) a exteriorului clădirilor și a pavajelor urbane poate ajuta la atenuarea efectului de insulă termică. Acest lucru poate fi realizat prin utilizarea acoperirilor de culoare rece și a acoperirilor reflectorizante, cum ar fi materialele retroreflectorizante. În plus, creșterea evaporării și a transpirației poate fi facilitată de suprafețe verzi și copaci, cum ar fi verdeață verticală, fațade verzi și acoperișuri verzi.

Informații suplimentare cu privire la utilizarea infrastructurii verzi pentru a îmbunătăți condițiile de viață ale orașelor în contextul schimbărilor climatice pot fi găsite în opțiunea de adaptare Climate-ADAPT a infrastructurii verzi și albastre urbane.

Ar trebui să se acorde o atenție deosebită clădirilor istorice, deoarece este posibil ca multe dintre măsurile descrise să nu fie aplicabile din cauza actelor cu putere de lege și a normelor administrative existente care vizează conservarea materialelor originale și a tehnicilor de construcție utilizate. Trebuie identificate, planificate și puse în aplicare diferite intervenții specifice, ținând seama cu atenție de caracteristicile clădirilor istorice și de semnificația lor culturală. Este foarte recomandat să se consulte cu experți în conservarea istorică și ingineria clădirilor pentru a dezvolta un plan de răcire adaptat pentru anumite clădiri. Cu toate acestea, sunt deja disponibile soluții de imunizare la schimbările climatice care păstrează semnificația istorică a clădirilor, menținând în același timp valoarea lor arhitecturală și culturală. Câteva exemple sunt furnizate de proiectul RIBuild.

Directiva privind performanța energetică a clădirilor (EPBD) permite statelor membre să adapteze cerințele minime de performanță energetică atât pentru clădirile rezidențiale [articolul 5 alineatul (2)], cât și pentru clădirile nerezidențiale [articolul 9 alineatul (6a)].

Caracteristicile unei clădiri, inclusiv modul în care previne încălzirea excesivă în interior, sunt, de obicei, o chestiune contractuală privată între constructor și cumpărătorii clădirii. Participarea părților interesate poate fi relevantă în cazul clădirilor publice mari, în cazul în care costurile proiectului propus sunt semnificativ mai mari decât cele ale unei clădiri standard și acest lucru poate genera îngrijorări cu privire la impactul asupra bugetelor publice și/sau cu privire la capacitatea autorului propunerii de a găsi o finanțare adecvată pentru proiect. Printre opțiunile menționate, crearea de spații verzi în jurul clădirilor pentru umbrire este supusă procesului standard de autorizare. De asemenea, este necesară consultarea comunităților locale pentru a evalua preferința acestora pentru această soluție în raport cu utilizările alternative ale spațiului. Implicarea organizațiilor și a autorităților din domeniul patrimoniului cultural este necesară pentru renovarea clădirilor istorice, în special atunci când trebuie urmate proceduri specifice de autorizare.

Principalele obstacole în calea proiectării clădirilor rezistente la schimbările climatice sunt cele economice și culturale. Unele dintre opțiunile propuse (materiale de calitate superioară pentru anvelopele clădirilor, acoperișuri verzi, umbrirea automată a ferestrelor) sunt mai costisitoare și mai dificil de pus în aplicare și de menținut decât practicile standard de construcție. Din punct de vedere cultural, arhitecții își pot percepe creativitatea redusă de complexitatea unora dintre aceste soluții. Proiectarea unei clădiri cu libertate totală de alegere în ceea ce privește formele și materialele, bazându-se în același timp pe aerul condiționat pentru a avea grijă de confortul termic interior, este o perspectivă tentantă care reduce provocările tehnice, costurile clădirii și mărește gama estetică pentru opțiunile de proiectare. Acest lucru este deosebit de relevant pentru unitățile mari de clădiri, cum ar fi zgârie-norii, mall-urile, campusurile etc. Relevanța acestui obstacol va scădea probabil în următorii ani, deoarece soluțiile de imunizare la schimbările climatice ajung la maturitate tehnologică, iar inovarea tehnologică le va reduce costurile. Cu toate acestea, nu există nicio garanție că flexibilitatea în proiectarea clădirilor oferită în prezent de aerul condiționat va fi vreodată egalată de aceste soluții.

Pe de altă parte, în special pentru unitățile mai mici, cum ar fi locuințele unifamiliale sau cartierele rezidențiale de dimensiuni mici și medii, imunizarea la schimbările climatice se poate dovedi o provocare de proiectare foarte stimulantă. Există o serie de inițiative în UE care pun în aplicare soluții ecologice pentru clădirile rezidențiale și planificarea urbană, inclusiv ecologizarea peisajelor urbane, campanii de sensibilizare și stimulente financiare. Printre altele, exemple de stimulente financiare pot fi găsite în Rotterdam (subvenția pentru adaptarea la schimbările climatice), în Hamburg (Strategia pentru acoperișul verde din Hamburg) și în Italia (bonusul verde).  

În plus, imunizarea la schimbările climatice a clădirilor existente, în special a celor din patrimoniul cultural, prezintă provocări specifice, din cauza reglementărilor și a paradigmelor de conservare. Provocarea constă în găsirea unui echilibru între adaptarea la schimbările climatice și protejarea autenticității și integrității acestor situri istorice.

Costurile variază în funcție de soluția aplicată și de locația în care sunt implementate, datorită maturității diferite a industriei și caracteristicilor locale ale clădirilor. Potrivit studiului de caz privind strategia pentru acoperișuri verzi din Hamburg, acoperișurile verzi reprezintă o investiție cu beneficii viitoare clare. Costurile pentru cele mai extinse acoperișuri verzi se situează în intervalul 40-45 € / m2, în timp ce acoperișurile verzi intensive pot costa aproximativ 58 € / m2.

Acoperișurile albe sunt semnificativ mai puțin costisitoare. Prețurile izolației pereților și acoperișurilor variază foarte mult în funcție de materialul izolant, dar de obicei variază între 40 și 100 EUR pe metru pătrat. Prețurile ochelarilor solari de control sunt comparabile sau ușor mai mari decât cele ale ochelarilor izolanti standard instalați în mod obișnuit în ferestrele caselor europene. Ambalarea unui meniu complet de soluții de ultimă generație de protecție împotriva schimbărilor climatice într-o clădire poate fi costisitoare și este mai ușor să o faceți de la zero prin proiectarea unei clădiri noi în acest scop. Spațiul de birouri extrem de eficient din punct de vedere energetic și confortabil din punct de vedere termic de 39 673 m ² (plus 11 558 m ² de spațiu de parcare interior) al clădirii The Edge a necesitat o investiție de 74 de milioane EUR (costurile totale ale clădirii).

Aceste costuri trebuie puse în balanță cu efectele benefice asupra bugetelor gospodăriilor, întreprinderilor și administrațiilor publice în ceea ce privește economiile de energie, care, pentru soluțiile de ultimă generație, pot fi foarte substanțiale și pot duce chiar la un consum net de energie aproape egal cu zero. Creșterea spațiilor verzi într-un context urban aduce, de asemenea, o serie de beneficii conexe în ceea ce privește îmbunătățirea sănătății, a biodiversității urbane, a interacțiunilor sociale și a îmbunătățirilor estetice.

La nivel de reglementare, soluțiile tehnice menționate mai sus pot fi încorporate în codurile construcțiilor. Atunci când acest lucru nu este deja pus în aplicare, o acțiune de reglementare în această direcție este recomandabilă pentru țările UE cu un climat cald.

Directiva revizuită privind performanța energetică a clădirilor (UE/2024/1275) consolidează cerințele de performanță energetică pentru clădirile noi. Directiva impune ca toate clădirile rezidențiale și nerezidențiale noi să fie clădiri cu emisii zero începând cu 1 ianuarie 2028 pentru clădirile deținute de organisme publice și cu 1 ianuarie 2030 pentru toate celelalte clădiri noi, cu posibilitatea unor derogări specifice. Conform directivei revizuite, o clădire cu emisii zero nu are emisii de carbon la fața locului provenite de la combustibili fosili și are o performanță energetică foarte ridicată .  Deși nu vizează în mod direct adaptarea la temperaturi ridicate, aceste cerințe vor necesita o aplicare pe scară largă a măsurilor descrise aici.

Timpul de implementare variază în funcție de tipul de intervenție, variind de la câteva ore pentru a instala perdele și nuanțe până la câteva luni sau chiar ani pentru a proiecta și construi o clădire rezistentă la climă de la zero.

Durata de viață variază în funcție de tipul de intervenție, variind de la câțiva ani la durata de viață reziduală a clădirii.