7.2 Palermo
7.2.2 Confronto prestazioni: coperture verdi, copertura isolata Thermoplus PUR, cool roof
Analogamente al caso studio relativo al nord Italia, è stato scelto di condurre simulazioni relative alla casistica di una copertura piana isolata con Thermoplus PUR.
La medesima stratigrafia stata è utilizzata per valutare le prestazioni di un cool roof, ossia una copertura piana orizzontale caratterizzata da una finitura esterna ad alta riflettanza solare, tecnologia adottata frequentemente in regioni con clima caldo come appunto il sud Italia o la Grecia [2].
La membrana bituminosa a vista è idealmente sostituita da uno strato con le medesime caratteristiche di spessore, conduttività termica, densità e calore specifico, ma che presenta valori di albedo incrementato a 0,75, a differenza del precedente pari a 0,1. L’emissività è ancora fissata a 0,9 [86, 87, 88].
I risultati mostrano come la copertura Daku sia quella che fornisce le prestazioni globalmente migliori, anche se la copertura Growmat garantisce minori apporti termici gratuiti estivi, sebbene non paragonabili ai minimi valori totali associati alle prestazioni del cool roof.
Questa tecnologia presenta i minimi valori dei flussi medi orari nei periodi più caldi, ma è anche caratterizzata dal flusso termico medio orario invernale più alto, pari a 1,20 𝑊/𝑚2, ed in generale a parità di orario in cui si verificano le condizioni di dispersione termica, è quello caratterizzato tra le quattro coperture de valori più bassi di temperatura di parete interna e flusso medio orario (Figura 107 e Figura 109).
Le ottime prestazioni nei periodi estive, sia sotto forma di apporti termici ridotti che di condizioni interne di benessere (Figura 116), sono però tali far ottenere un fabbisogno di energia primaria inferiore a quello relativo alla copertura isolata con Thermoplus PUR, confermando la bontà di una scelta tecnologica cool roof per la zona climatica in analisi relativa al sud Italia (Figura 117). Dalle simulazioni effettuate, la strategia del tetto verde si dimostra una tecnologia perfettamete congeniale a tali condizioni geografiche e climatiche, con prestazioni invernali all’altezza di quelle ottenute dalla copertura isolata con Thermoplus PUR e valori dei flussi termico medi orari estivi [𝑊/𝑚2] ridotti fino al 50%, ed incrementati della medesima percentuale se raffrontati con quelli garantiti dalla tecnologia cool roof.
125 Copertura Isolata thermoplus PUR Daku Standard Incidenza tetto verde Growmat 15 Incidenza tetto verde
periodo climatizzazione estiva 22/3 − 14/11
30/3 − 10/11
1/4 − 11/11 dispersioni termiche invernali
[𝑘𝑊ℎ/𝑚2] −3,36 −3,43 2% −4,34 29%
apporti termici estivi
[𝑘𝑊ℎ/𝑚2] 5,56 2,92 −47% 2,00 −64%
flusso termico medio orario
invernale (< 0) [𝑊/𝑚2] 1,11 1,02 −8% 1,28 16%
flusso termico medio orario
estivo [𝑊/𝑚2] 1,46 0,83 −43% 0,73 −50%
Fabbisogno annuo energia
primaria [𝑘𝑊ℎ/𝑚2] 8,54 6,57 −23% 6,98 −18%
Tabella 38 Confronto prestazioni: coperture verdi, copertura isolata thermoplus PUR
Copertura Cool Roof Daku Standard Incidenza tetto verde Growmat 15 Incidenza tetto verde periodo climatizzazione estiva 8/4
− 5/11
30/3 − 10/11
1/4 − 11/11 dispersioni termiche invernali
[𝑘𝑊ℎ/𝑚^2] −5,82 −3,43 −41% −4,34 −25%
apporti termici estivi
[𝑘𝑊ℎ/𝑚^2] 1,04 2,92 181% 2,00 92%
flusso termico medio orario
invernale (< 0) [𝑊/𝑚2] 1,56 1,02 −35% 1,28 −18%
flusso termico medio orario
estivo [𝑊/𝑚2] 0,05 0,83 65% 0,73 47%
Fabbisogno annuo energia
primaria [𝑘𝑊ℎ/𝑚2] 8,08 6,57 −19% 6,98 −14%
126
Figura 106 Variazione temperatura di parete interna, valori orari, coperture verdi, copertura isolata con thermoplus pur, Palermo
127
Figura 108 Variazione oraria flusso termico interno, coperture verdi, copertura isolata con thermoplus pur, Palermo
128
Figura 110 Distribuzione percentuale flusso termico medio orario, dispersioni invernali, stratigrafia Growmat, copertura isolata con thermoplus pur, Palermo
Figura 111 Distribuzione percentuale flusso termico medio orario, guadagni estivi, stratigrafia Growmat, copertura isolata con thermoplus pur, Palermo
129
Figura 112 Distribuzione percentuale flusso termico medio orario, dispersioni invernali, stratigrafia Growmat, copertura Cool Roof, Palermo
Figura 113 Distribuzione percentuale flusso termico medio orario, guadagni estivi, stratigrafia Growmat, copertura Cool Roof, Palermo
130
Figura 114 Dispersioni termiche invernali e guadagni termici estivi annuali, tutte le coperture, Palermo
131
Figura 116 𝛥𝑇 [°𝐶] stagionale relativo alla differenza tra la temperatura media di parete interna e le condizioni di termostatazione,
tutte le coperture, Palermo
132
Considerazioni conclusive
Il presente lavoro ha illustrato una metodologia innovativa nell’ambito della definizione delle prestazioni di una copertura verde presente sul territorio nazionale. Il processo è stato reso possibile attraverso l’integrazione in un unico modello di argomenti tratti da settori disciplinari diversi, ricavati da letteratura tecnica specializzata anche di recente pubblicazione.
In primo luogo, la caratterizzazione stratigrafica di una copertura verde dal punto di vista termodinamico è stata ottenuta attraverso procedure sistematiche per determinare grandezze come densità, conduttività termica e calore specifico associate al substrato colturale, in funzione del contenuto idrico volumetrico del suolo.
Il modello adottato integra in un comparto matematico coerente anche aspetti di definizione di caratteristiche climatiche ed ambientali, bilancio energetico e idrico di copertura, riuscendo a quantificare la quota di evapotraspirazione di una copertura verde a sedum e i valori medi orari della temperatura sole-aria, specifici per il luogo geografico prescelto e influenzati anche dalle caratteristiche della copertura.
Nelle fasi di setup del modello, sono state anche effettuate indagini volte a motivare o integrare metodologie e dati presenti in letteratura, consentendo l’inserimento nel modello di calcolo di dati in ingresso ottenuti attraverso processi non più solo gerarchici, ma raffinati attraverso iterazioni successive in cascata.
In questa ottica si annoverano ad esempio le procedure per stimare il flusso termico nel suolo, che oltre a essere opportune per definire in modo meno generico l’evapotraspirazione, hanno garantito un’ottima riuscita dei test di validazione del modello, come nel caso della riproduzione, mediante simulazione computazionale, dei risultati sperimentali ottenuti da Lazzarin et. al riguardo la stima di temperatura superficiale di una copertura verde.
Il metodo analitico di calcolo basato sulla trasformata di Laplace è in grado di fornire risultati con un livello di dettaglio definibile dall’utente in funzione degli scopi di indagine: se desiderata, una stima di prima approssimazione sulle prestazioni energetiche annue di una copertura può essere ottenuta in pochi secondi, attraverso l’utilizzo di simulazioni in ambiente MATLAB.
Le coperture verdi proposte hanno mostrato risultati eccellenti nell’ambito della riqualificazione energetica degli edifici.
Un inverdimento estensivo applicato ad una copertura del nord Italia isolata precedentemente con schiuma poliuretanica consente un risparmio energetico, sotto forma di minore fabbisogno annuo, pari anche al 53% . Un tetto piano caldo tradizionale di nuova costruzione, caratterizzato da trasmittanze termiche inferiori ai limiti vigenti, presenta un fabbisogno energetico pari a 14,9 𝑘𝑊ℎ/𝑚2, che risulta identico a quello richiesto dalla copertura con stratigrafia Growmat.
I miglioramenti apportati dalle medesime stratigrafie verdi sono ancora più evidenti se riferiti a strutture tipiche del sud Italia. La riqualificazione di una copertura non isolata riduce i fabbisogni da
133 46,4 𝑘𝑊ℎ/𝑚2 fino a 6,6 𝑘𝑊ℎ/𝑚2, decurtando di oltre l’85% i flussi termici orari medi stagionali [𝑊/𝑚2] riferiti sia alle dispersioni invernali che agli apporti gratuiti estivi.
Le simulazioni effettuate hanno mostrato come la soluzione tecnologica copertura verde fornisca prestazioni migliori anche di quelle associate ad un cool roof di nuova costruzione, sia a livello di fabbisogno energetico annuo, che si riduce di circa il 20%, ma soprattutto dal punto di vista dell’isolamento termico invernale, con flussi termici orari medi stagionali pari a 1,6 𝑊/𝑚2 per il
cool roof, e pari a 1,0 𝑊/𝑚2per la copertura verde Daku.
Sarebbe interessante procedere quindi anche con alcune analisi economiche, volte a confrontare tipologie stratigrafiche di tetto verde diverse, come le due descritte nel presente lavoro. In tale ottica i costi derivati dall’installazione di una copertura verde potrebbero essere confrontati anche con quelli caratteristici di altre scelte di risparmio energetico, come le già citate tecniche di cool roof, o di sostituzione e ammodernamento dello strato isolante.
Inoltre un motivo di interesse potrebbe essere lo sviluppare una commistione tecnologica tra tetto verde estensivo e cool roof, cercando di sfruttare nel periodo estivo contemporaneamente i fenomeni passivi di risparmio energetico delle due strutture, e agendo nei due periodi di manutenzione annuale della copertura estensiva per apportare modifiche atte a limitare gli svantaggi invernali del cool roof.
Dal punto di vista modellistico, alcuni miglioramenti semplici da ottenere riguardano una integrazione dei dati meteorologici sulle precipitazioni atmosferiche e le condizioni di copertura nuvolosa.
Principalmente però gli eventuali sviluppi futuri dovrebbero vertere alla prospettiva di una estensione del software per simulare ogni parete dell’edificio, così da modellare anche la dinamica dell’aria.
Sono essenziali campagne sperimentali su vari tipi di coperture a scopo di test del modello, che dovrebbero essere utilizzate anche per ottenere risultati sull’adattabilità alla tecnologia copertura verde di piante diverse dal sedum, sull’effetto di valori di albedo diversi e sulle caratteristiche termiche dei substrati colturali, tutti aspetti che sarebbero favoriti in caso di collaborazione con le case produttrici di sistemi per l’inverdimento.
135
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