26 Chiara Lora et al. “Determinazione del- l’effetto isola di calore urbana in una città alpina mediante utilizzo di reti di sensori a basso costo”, XXX Convegno di Idraulica e Costruzioni Idrauliche - IDRA 2006: 1-16.
ziona le prestazioni energetiche più importanti del sistema, le cui ricadute, però, influiscono positivamente non solo sulle prestazioni energetiche per l’ambiente interno confinato della copertura, ma anche per la riduzione dell’isola di calore.
In ambiente urbano, infatti, si registra un’anomalia di temperatura che prende il nome di isola di calore urbana (Urban Heat Island). Tale fenomeno
è responsabile di un aumento della temperatura di qualche grado rispetto all’ambiente rurale circostante e si apprezza durante tutte le ore del giorno, ma in particolare a partire dalla sera in quanto la città comincia a raffreddar- si “in ritardo” rispetto alle aree limitrofe, meno edificate, e più lentamente, a causa del calore accumulato dagli involucri degli edifici.
Appare evidente che una temperatura esterna anche solo di pochi gradi più alta implichi un uso di energia per il raffrescamento termico estivo superio- re a quello che potrebbe essere necessario se l’effetto isola di calore fosse contenuto.
Le cause che provocano tale effetto sono molteplici e “possono essere rias- sunte nei seguenti processi:
- raffreddamento radiativo minore a causa della riduzione del fattore di vista del cielo (Sky View Factor) per la presenza di edifici alti;
- aumento dell’assorbimento della radiazione solare di un differente albedo, unito a riflessioni multiple nei canyon urbani;
- grande accumulo diurno di calore negli edifici e successiva cessione notturna;
- aumento del Rapporto di Bowen (Bowen Ratio) fra flusso di calore
latente e sensibile, a causa della scarsa presenza di vegetazione e dell’elevata impermeabilità dei suoli;
- immissione diretta e indiretta di calore nei canyon urbani;
- riduzione del mescolamento atmosferico a causa della scarsa ventila- zione provocata dalla presenza di edifici alti”26.
Fra gli aspetti indicati come cause esplicite dell’aumento delle temperature in ambiente urbano ci sono da un lato la scarsità di vegetazione e dall’altro
Figura I.72: Effetto isola di calore In prossimità degli agglomerati urbani la temperatura dell’aria è normalmente superiore di qualche grado rispetto alla tem- peratura delle zone rurali. L’incremento della temperatura è determinato da un insieme di fattori fra cui la scarsità di vegetazione risulta essere uno dei più importanti. Il grafico mo- stra che la temperatura degli ambienti dove siano presenti le piante è più bassa di alcuni gradi rispetto ai centri urbani.
Fonte: www.globalchange.gov > publica- tions > reports > scientific-assessments > us-impacts > full-report > climate-change- impacts-by-sector > human-health
la densità di “superfici scure” quali quelle edilizie. Il fenomeno isola di calo- re appare quindi grave in quanto l’incremento delle temperature implica un consumo massiccio di energia per il raffrescamento degli ambienti interni, che nel caso del singolo edificio è apprezzabile a livello di semplice “spesa”, ma analizzando il fenomeno a livello globale, ossia sommando l’impiego energetico per il raffrescamento di ciascuna unità abitativa di una città, si ottengono ingenti impieghi energetici, e che sono a loro volta responsabili di un aumento delle temperature dell’aria esterna, quindi di un ulteriore
discomfort ambientale.
Come descritto nei paragrafi precedenti, la copertura a verde è una “superfi- cie fredda”, perché le piante sono corpi basso-emissivi e differentemente dai materiali edilizi non emettono calore sotto forma di radiazione a infrarosso. La figura I.73 riporta gli scambi di calore con l’atmosfera di diverse finiture superficiali di copertura: una copertura chiara (white roof) non irradia calore,
infatti la temperatura dell’aria circostante a questo tipo di chiusura presen- ta valori pari a quelli registrati in ambiente aperto durante l’intera giornata (valori indicati nella colonna a sinistra della linea marcata che segna l’ambient temperature). Differentemente una copertura scura (dark roof) è capace di
surriscaldare l’aria circostante per valori pari a 20 gradi Celsius (alle ore 18 la temperatura registrata in prossimità di questa copertura è di 50 gradi contro i 30 della temperatura dell’aria in ambiente aperto). Le coperture a verde (qui rappresentate con due stratigrafie leggermente diverse) non solo non registrano incrementi di temperatura, ma addirittura, durante il periodo di
Figura I.73: Temperatura dell’aria in prossimità di diverse tipologie di coper- tura
Il grafico mette a confronto diverse tipologie di copertura e l’effetto che ciascuna di esse ha sulla temperatura dell’aria circostante: nell’intorno di una copertura a verde la temperatura dell’aria è circa uguale a quella di un suolo naturale. Al contrario nell’intorno di differenti superfici costruite la temperatura dell’aria è nettamente superiore.
Fonte: Katrin Scholz-Barth e Susan K.Weiler,
Green roof systems. A guide for planning, design and contruction of landscapes over structures, John Wiley & Sons, Hoboken,
2009: 313.
WHITE ROOF DARK ROOF MEMBRANA BITUME
MODIFICATO ERBA SINTETICA
COPERTURA A VERDE
SUBSTRATO = 8cm COPERTURA A VERDESUBSTRATO = 10cm TERRA NATURALE
irraggiamento più forte della giornata cioè alle ore 14 del pomeriggio, l’aria in prossimità ha una temperatura inferiore di 4 gradi rispetto alla tempe- ratura dell’aria in ambiente aperto (30 gradi contro 34): presumibilmente questo effetto di riduzione della temperatura si verifica solo se l’umidità del substrato è sufficiente da consentire l’evaporazione che utilizza l’energia solare per il passaggio di fase dell’acqua da liquido a gassoso. Gli effetti del comportamento termico di una copertura a verde sull’ambiente esterno immediato sono quindi analoghi e/o migliori a quelli di un white roof (ciò
non vale, però, per quanto riguarda la capacità di ridurre il flusso termico entrante: una copertura a verde garantisce all’ambiente interno confinato una temperatura inferiore a quella dell’aria esterna, in virtù soprattutto della massa del substrato, mentre un white roof, dotato di spessore e una massa in-
feriori, trasferisce calore sufficiente a far aumentare la temperatura dell’aria interna di 2-4 gradi rispetto a quella esterna).
In un esperimento condotto da Francesco Castellotti27 è stata quanti-
ficata la differenza dell’adduzione (un processo di trasferimento del calore che avviene quando coesistono la convezione attraverso un fluido e l’irrag- giamento attraverso onde elettromagnetiche) di una copertura tradizionale rispetto a una copertura a verde; l’adduzione della copertura a verde è stata poi calcolata per diverse condizioni di umidità del substrato (asciut- to e umido). La figura I.74 illustra gli esiti dell’esperimento. Dal grafico di sinistra, che si riferisce alle condizioni climatiche in regime estivo, risulta evidente che l’adduzione esterna di un tetto tradizionale sia molto elevata, infatti la superficie rivolta verso l’atmosfera si riscalda notevolmente: 86 unità di energia su 100 (il flusso termico in questo caso si interrompe quasi completamente perché la stratigrafia dell’esperimento è dotata di uno strato di isolamento termico). Al contrario l’adduzione esterna della copertura a verde è molto bassa: 12 unità di energia solare incidente su 100 nel caso di un substrato asciutto, 25 unità su 100 nel caso di un substrato umido. In regime invernale il comportamento è analogo: il grafico di destra met- te in rilievo che l’adduzione esterna di una copertura tradizionale è più di
27 Francesco Castellotti, “Studio sperimentale degli effetti energetici di un green roof sugli edifici”, Dottorato di ricerca in Fisica tecnica, 31 ottobre 2003, Università degli Studi di Padova.
Figure I.74: Confronto fra gli scambi energetici di una copertura a verde e di una copertura tradizionale in regime estivo e invernale.
I valori di adduzione di una copertura tradizionale sono almeno tre volte superiori a quelli di una copertura a verde sia in regime invernale che in regime estivo.
Dal grafico di sinistra emerge che l’addu- zione di una copertura a verde asciutta è significativamente superiore a quella di una copertura a verde umida (rispettivamente 24 unità di energia contro 13). Ciò significa che la copertura a verde umida dissipa energia a causa dell’evaporazione.
Fonte: Renato M.Lazzarin, Francesco Castel- lotti e Filippo Busato, “Experimental measu- rements and numerical modelling of a green roof”, Energy and Buildings, ? (2005): 6-7. REGIME INVERNALE
4 volte superiore a quella di una copertura a verde (106 unità di energia solare incidente contro 23). Questo esperimento è utile a dimostrare che l’energia che per adduzione viene assorbita dai materiali più esterni della copertura viene re-irradiata sotto forma di calore nell’ambiente esterno e, come si evidenzia dal confronto dei dati, una copertura tradizionale assorbe una quantità di calore 4 volte superiore rispetto a quello di una copertura a verde; ciò significa che, di conseguenza, una copertura tradizionale contri- buisce a incrementare l’effetto dell’isola di calore di un territorio costruito. La copertura a verde non fa quindi parte delle superfici scure, ossia di tutte le superfici costruite responsabili dell’incremento delle temperature. Tutt’ora risulta poco indagato l’eventuale abbattimento, in termini quanti- tativi veri e propri, dell’effetto isola di calore attraverso l’impiego diffuso di elementi di involucro inverditi.
L’ibridazione fra natura e artificio, che si deve risolvere in prima bat- tuta proprio nella composizione stratigrafica della tecnologia, opera quindi una naturalizzazione dell’architettura. Non è la natura ad essere artificializ- zata nella tecnologia di copertura a verde, è invece vero il contrario: l’edifi- cio viene naturalizzato tant’è che esso subisce una serie di guadagni energe- tici caratteristici del verde in generale impiegando una scarsissima quantità di energia e/o di risorsa idrica per il mantenimento dello strato vivo. Complessivamente quindi i benefici derivanti dall’impiego della copertura a verde presentano dei risvolti positivi non solo alla scala di progetto architet- tonico, ma anche alla scala urbana e territoriale.
In quest’ultimo caso i benefici di un singolo elemento di chiusura sono scar- samente significativi in rapporto alla scala. Ciò nonostante la copertura a verde partecipa a quella rete ecologica che si instaura autonomamente negli spazi costruiti fra tutte le componenti vegetali presenti e che, se pur difficil- mente incrementabile, reintroduce nell’ambiente urbano l’attività primaria vegetale. È noto che tanto più la vegetazione sia presente in un territorio, tanto meno in esso aumenti l’entropia complessiva: temperature, sostanze chimiche inquinanti, variazioni microclimatiche, ventilazione, polveri... tutti questi sono alcuni dei fattori controllati e mitigati in termini quantitativi dalla vegetazione, e le coperture, che nella maggior parte dei casi sono superfici di sacrificio da un punto di vista fruitivo, possono reintegrare il verde urbano contribuendo a ripristinare parzialmente gli scambi energetici, significativamente alterati, fra uomo e ambiente.
Figura I.75: Il progetto “Groenjaar” di Rotterdam
Dal 2008 la città di Rotterdam offre sussidi ai cittadini che intendano applicare un inverdimento alla copertura di un edificio privato. Il 55% del costo per l’operazione di conversione è sovvenzionato dall’ammi- nistrazione comunale: il progetto si chiama “Groenjaar” e comprende svariate iniziative volte a migliorare la qualità microclimatica
dell’ambiente urbano.Molte altre amministra- zioni hanno incluso la copertura a verde fra i punti strategici della pianificazione sosteni- bile dei propri territori: tra le prime quella di Tokio dove dal 2001 il 20% delle coperture di nuova costruzione o di recuperi edilizi deve essere inverdito.
Oltre a Tokio si citano New York, Toronto, Montreal e Vancouver.
In Italia le città che hanno introdotto benefici
fiscali per le applicazione delle coperture a verde sono Bolzano, Torino e Udine. Fonte: www.ecowiki.it/ > Bioedilizia ed ecodesign > Rotterdam
D
a un punto di vista tecnologico la copertura a verde si può descrivere come un’associazione di due tipologie di componenti: i componenti inerti (tutti i tradizionali materiali edilizi) e i componenti organici (le pian- te e il substrato). L’accostamento in un unico sistema di due materialità così differenti da potersi definire “opposte” è la peculiarità tecnologica più importante poichè rappresenta una caratteristica originale e distintiva del sistema e al contempo il suo principale fattore di criticità. L’ibridazione fra natura e artificio che la copertura a verde attua è in primo luogo l’esito di una sovrapposizione fra due diverse organizzazioni funzionali.La prima comprende la ciclicità dei processi vitali delle piante e di tutti gli strati preposti a garantirne la sopravvivenza; la seconda riguarda invece le funzionalità proprie di una copertura, ovvero l’impermeabilizzazione e la funzione portante oltre che tutte le altre funzioni caratteristiche di questo elemento tecnico.
L’associazione di questi due sistemi determina una stratigrafia tecnologica- mente complessa da cui derivano opportunità e limiti di questa soluzione.