Alessandro Stracqualursi1
Abstract
La necessità di adattamento difronte agli effetti del Cambiamento Climatico pone la sostenibilità nell’uso delle risorse idriche come obiettivo fondamentale da raggiungere. Le principali strategie clima adattive affrontano il tema della gestione dell’acqua rimarcandone la scarsità. Il contributo introduce ai risultati di una recente literature review svolta per indagare le strategie finalizzate al riuso delle acque meteoriche negli edifici secondo un’ottica di gestione integrata. Tra le applicazioni, è stata rivolta particolare attenzione al riuso per il raffreddamento evaporativo. Keywords: Scarsità, Acqua, Adattamento, Riuso, Raffreddamento evaporativo
1 PDTA - Department of Planning, Design, Technology of Architecture, Sapienza University of Rome, [email protected]
Introduzione
La variabilità delle condizioni climatiche globali, associata alla crescente pressione antropica, incide in maniera significati- va sul consumo delle risorse naturali dando forma a un ambiente in costante mutamento a cui i sistemi insediativi sono chiamati ad adattarsi. Il fenomeno del Cambiamento Climatico (CC) si mostra nel progressivo aumento della temperatura e nell’altera- zione dei regimi pluviometrici: le previsioni per il periodo 2021- 50 di incremento della temperatura media stagionale di 1,5°C in inverno e di 2°C in estate, e la diminuzione del 10% delle preci- pitazioni medie estive, minacciano una condizione prossima di scarsità idrica in gran parte dei paesi mediterranei, tra cui l’Italia (Hoegh-Guldberg et al., 2018). La disponibilità di acqua è ul- teriormente minacciata da alti consumi domestici ed emissioni inquinanti, che trovano la più alta concentrazione nei territori urbanizzati. Il numero di abitanti globali attualmente insediati nelle città è di circa quattro miliardi su sette e il tasso di inqui- namento ambientale che erode la disponibilità di risorse idriche sembra crescere proporzionalmente con la popolazione umana. Il Dipartimento per gli affari economici e sociali delle Nazioni Unite ha stimato, nel report “World Population Prospects 2019”, una crescita della popolazione mondiale pari a 83 milioni di in- dividui annui che porterà, nel 2050, a un aumento del 15% del prelievo di acqua per le sole attività di sostentamento.
Gli effetti di questa transizione andranno a interessare gli ambiti socio-economici e ambientali sotto diversi aspetti, dalla gestione delle risorse idriche, di cui allarma la crescente diso- mogenea disponibilità nel tempo e nello spazio, fino al consumo energetico negli edifici. Il previsto aumento delle temperature medie porterà a una crescente richiesta di energia per il raffre- scamento che sarà superiore alla riduzione della domanda di ri- scaldamento, comportando un incremento dei consumi elettrici annuali concentrati soprattutto nella stagione estiva.
Materiali e metodi
Il contributo proposto riassume sinteticamente la prima fase della ricerca dottorale in corso e sintetizza una literature review condotta sulla gestione integrata delle acque meteoriche all’in- terno degli edifici, come attuazione di strategie di adattamento
1 Come riportato dall’Istat nel “Censimento popolazione e abitazioni 2011”, circa l’84% degli edifici utilizzati in Italia è destinato a queste funzioni. Nonostante il settore industriale presenti dei valori di consumo idrico ed energetico molto superiori, la sua diffusione sul territorio è sicuramente circoscritta.
in risposta agli effetti del CC. L’attenzione è stata rivolta all’in- terazione tra risorse idriche ed edificio nella fase del riuso, al fine di individuare applicazioni tecnologiche in grado di offrire una duplice risposta al tema di scarsità e crescente richiesta di energia nella stagione estiva.
Presentata nella Legge 183/89, la gestione integrata viene formalmente associata alla salvaguardia delle risorse idriche at- traverso il Capo II della Legge 36/94 (c.d. “Legge Galli”), che introduce il servizio idrico integrato per ambiti territoriali otti- mali. La legge è stata sostituita dal DLgs 152/2006, aggiorna- to dal Dm 260/2010, che rappresenta il principale riferimento. L’assetto normativo è attualmente in fase di discussione attra- verso la proposta di legge C. 52 del 2018. Le principali misure di adattamento per la gestione delle risorse idriche sono tracciate nella “Strategia nazionale di adattamento ai cambiamenti cli- matici” (SNAC) (MATTM, 2015), che recepisce la “Strategia dell’UE di adattamento ai cambiamenti climatici” (2013), a cui è seguito il “Piano nazionale di adattamento ai cambiamenti climatici” (2017), non ancora approvato. A livello locale, solo alcune Regioni hanno adottato una propria strategia adattiva. L’unico documento di coordinamento è rappresentato da “Linee guida per le strategie regionali di adattamento ai cambiamenti climatici”, elaborato nell’ambito del progetto europeo “Life Ma- ster Adapt”. L’impegno nel percorso di adattamento è rimarca- to dall’Assemblea Generale delle Nazioni Unite nella “Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile” (UN, 2015).
L’individuazione di potenziali applicazioni in ambito archi- tettonico è proseguita tramite la raccolta di alcuni casi studio. Il campo di indagine è stato ristretto a edifici residenziali e uffici, essendo le strutture più diffuse sul territorio e con un elevato fabbisogno energetico per la climatizzazione1.
Strategie di adattamento e gestione integrata
L’adattamento deve tradursi nella capacità dell’ambiente co- struito di reagire difronte al progressivo depauperamento del- le risorse naturali che minaccia la rinnovabilità delle fonti, per contrastarne gli effetti (Tucci, 2019). Il CC è una delle principali cause, interessando l’acqua come una risorsa da preservare e ri- usare in un’ottica di gestione integrata, attraverso le fasi di rac- colta, accumulo e riuso delle acque meteoriche, che non si limiti
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Technology and Evolution of the Eco-Systemic Approach to the Design
all’applicazione in soluzioni standardizzate e monofunzionali. Le attività connesse al suo sfruttamento devono essere valutate in relazione al contesto urbano e agli edifici che lo costituiscono, come un sistema integrato (Integrated Urban Water Manage- ment) che consideri le interazioni sociali, economiche e ambien- tali per fornire soluzioni on-site sostenute dalle nuove tecno- logie, al fine di raggiungere uno stato di equilibrio tra le parti inteso come sostenibilità. Negli anni, il rapporto con le acque nel ciclo idrico urbano è stato oggetto di una profonda evoluzione che ha visto una mutazione dell’approccio nella pianificazione, dall’obiettivo unico di ridurre le inondazioni, all’integrazione delle risorse idriche negli obiettivi progettuali, fino a diventare un asse strategico che si è formalizzato in molteplici strategie urbane di adattamento (Fletcher et al., 2014; Andreucci, 2019). Tra le aree prioritarie di intervento, le città sono individuate dal- la SNAC come settori particolarmente vulnerabili a cui rivolgere misure di azione “leggera” e “strutturale” di gestione dei deflussi di pioggia, minimizzazione dei consumi di acqua negli edifici, introduzione di sistemi domestici per il riuso, e sensibilizzazione dei cittadini sull’utilizzo di prodotti a basso impatto idrico. Vie- ne inoltre raccomandata l’implementazione di sistemi energetici da fonte rinnovabile e l’adattamento sistematico degli edifici per la riduzione dei fabbisogni di climatizzazione, soprattutto estivi. Tra i 17 obiettivi globali (Sustainable Development Goals) della “Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile”, il tema delle risor- se idriche è trattato direttamente nel numero 6: Acqua pulita e servizi igienico sanitari e indirettamente nel numero 13: Lotta contro il cambiamento climatico, esplicitando attraverso i ri- spettivi traguardi la necessità di implementazione della gestione integrata delle risorse idriche a ogni livello (6.5), l’espansione di attività e programmi legati all’acqua e agli impianti igienici attraverso il trattamento delle acque reflue, riciclo e riuso (6.a) e l’adattamento ai rischi legati al clima (13.1).
Applicazioni di riuso
Una diretta risposta alla scarsità può essere individuata nel riuso, e l’implementazione di strumenti di climatizzazione atti- va e passiva che sfruttino l’acqua piovana secondo una visione di gestione integrata della risorsa, rappresenta una strategia di adattamento con un alto potenziale per le aree urbane, interve- nendo nelle interazioni tra acqua ed edificio legate al consumo, alla variazione delle caratteristiche chimiche, fisiche e biologi- che della risorsa, e all’alterazione dei flussi, che gli effetti del CC vanno ad alimentare. L’acqua piovana può essere reimpiegata in soluzioni tecnologiche legate ai princìpi di raffreddamento eva- porativo diretto o indiretto, nelle cui applicazioni si associano anche effetti di raffreddamento radiativo. Il raffreddamento eva- porativo diretto sfrutta l’evaporazione dell’acqua per determina- re un abbassamento della temperatura dell’aria negli ambienti interni. Esso può avvenire attraverso l’uso di sistemi attivi quali refrigeratori ad evaporazione, dispositivi meccanici di nebuliz- zazione, sistemi di pompaggio che stimolano il flusso d’acqua verticale od orizzontale, e di sistemi passivi integrati nell’invo- lucro come pareti d’acqua, roof-pond e pareti o tetti verdi, che intervengono nella mitigazione del microclima attraverso l’eva- potraspirazione. Il raffreddamento evaporativo indiretto sfrutta il raffrescamento dell’aria attraverso l’evaporazione di una massa d’acqua per convogliarla verso impianti di condizionamento che la reimmettono in circolo, come scambiatori di calore WAHE e unità HVAC di raffrescamento adiabatico evaporativo, o per la refrigerazione di sistemi di climatizzazione alimentati ad acqua. I sistemi di raffreddamento evaporativo si pongono come una soluzione energeticamente efficiente, in grado di preservare le
risorse idriche e offrire un aumento del comfort termico in rap- porto ai sistemi ordinari. Essi sono maggiormente efficienti in condizioni climatiche calde e aride (come molte regioni italiane) per il notevole potenziale di aumento dell’umidità dell’aria che si traduce in significative riduzioni della temperatura (da 2 a 8,6 °C) e del consumo energetico (12-16%) (Cuce and Riffat, 2016). Applicazioni combinate di sistemi a evaporazione diretta e indi- retta, come schermature vegetate associate a unità di climatizza- zione adiabatica interna, alimentati tramite il riuso di acque pio- vane, permettono di mantenere una temperatura interna a 21-22 °C con una temperatura esterna di 30 °C (Schmidt, 2009). Anche le emissioni di gas a effetto serra dovute agli apparecchi legati agli usi finali domestici dell’acqua, di molto superiori rispetto agli altri servizi idrici urbani, possono essere ridotte con il riuso delle acque meteoriche nel raffrescamento passivo degli edifici (Flower, Mitchell and Codner, 2007).
Il riuso delle acque meteoriche può ricoprire un ruolo di maggiore incisività nel ridurre i consumi e le emissioni inqui- nanti, secondo una gestione integrata della risorsa che valuti in maniera olistica le problematiche legate alla sua interazione con l’edificio. Strategie adattive “green” di realizzazione di serbatoi di recupero dell’acqua piovana con carattere sistemico, unite a soluzioni specifiche su scala urbana o di distretto, contribuisco- no a contrastare le minacce connesse al rischio di scarsità (Tucci, 2019). La strategia di riuso trova impiego in molte città ma senza una distribuzione uniforme: la diffusione a livello sistemico è vincolata a un grado di adattabilità che coinvolge non solo le condizioni ambientali locali ma anche il grado di accettazione da parte dei consumatori. La ricettività generale all’idea di utilizza- re l’acqua piovana è accolta in maniera generalmente positiva, ma la percezione risulta sempre più negativa all’aumentare del contatto diretto con l’acqua di riuso (Campisano et al., 2017). In tal senso, il suo impiego per il raffrescamento potrebbe essere vantaggioso per l’accettabilità, non entrando mai a diretto con- tatto con l’utenza.
Edifici come il “British Pavilion” per EXPO (1992), il complesso “Prisma” (1997), “Jewel Changi Airport” (2019), progettati rispettivamente da N. Grimshaw, J. Eble con Atelier Dreiseitl, e M. Safdie, sono rappresentativi del riuso delle acque piovane per il raffreddamento evaporativo diretto degli ambien- ti interni sfruttando il continuo flusso verticale dell’acqua – in pareti chiuse o in cascate aperte – e per fornire capacità termi- ca all’involucro favorendone l’inerzia. Le soluzioni adottate in “Council House 2” a Melbourne (2006), “Bullit Center” a Seatt- le (2013), “Torre Reforma” a Città del Messico (2015) rappre- sentano degli interessanti casi studio applicativi per l’uso di torri di raffreddamento, sistemi di climatizzazione a travi fredde atti- ve e pannelli radianti alimentati e refrigerati attraverso l’acqua piovana. In Italia, la sede “Intesa SanPaolo” (2016) e il centro direzionale “Lavazza” (2018), entrambi a Torino e progettati ri- spettivamente da Renzo Piano Building Workshop e Cino Zuc- chi Architetti, sono esempi di edifici in grado di concentrare le loro prestazioni nella minimizzazione del consumo e nel riuso delle acque piovane, con applicazioni per il raffrescamento che sfruttano l’acqua come una vera e propria risorsa.
Conclusioni e possibili ambiti di approfondimento
Oltre ai vantaggi presentati, la climatizzazione interna ali- mentata da acque meteoriche mostra dei punti di incertezza do- vuti a un’applicabilità influenzata da caratteristiche climatiche, distributive e socio-economiche. Tale soluzione permette una riduzione del consumo energetico ma è strettamente legata alle condizioni climatiche che ne determinano un notevole calo di