Efficientamento energetico: apporto delle strutture verdi

Negli ultimi anni la maggior parte dei paesi si stanno sensibilizzando al concetto di sostenibilità ambientale, per le sue implicazioni sull'utilizzo dell'energia e sul benessere delle persone. Le linee guida dettate dal Parlamento Europeo, attraverso le direttive EPBD, incoraggiano una spinta verso l’efficientamento energetico degli edifici esistenti per poter raggiungere gli ambiziosi livelli di casa a consumo quasi o totalmente zero (nZEB).
In Italia, il Piano d'azione per la sostenibilità energetica mira a ridurre l'impatto ambientale delle nuove costruzioni e, in proposito, il decreto per i Criteri Ambientali Minimi (CAM), nel suo ultimo aggiornamento del 6/08/2022, specifica che l’utilizzo di coperture verdi deve essere preferito in modo da ridurre l’effetto “isola di calore estiva”. La tendenza è quindi quella di promuovere l’utilizzo di strati verdi nell’efficientamento degli edifici, ma senza effettuare alcuna implementazione ampia e pertinente.
La crescente urbanizzazione, a discapito delle aree verdi, sta cambiando radicalmente le città. Le temperature medie dei centri abitati stanno crescendo a causa del fenomeno dell'isola di calore urbana (UHI), che mette in pericolo i gruppi più vulnerabili della popolazione e amplifica i problemi legati all’inquinamento. L'uso di rivestimenti vegetali consente di migliorare la qualità dell'aria, di mitigare i fenomeni di isola di calore e di ottimizzare l'isolamento acustico oltre che a garantire drenaggio ai fenomeni atmosferici sempre più intensi quali “bombe d’acqua”.
Per quanto riguarda i fabbisogni energetici degli edifici, soluzioni come tetti o facciate verdi si sono dimostrati tendenzialmente efficienti nella riduzione dei consumi, in particolare quelli di raffrescamento. Tuttavia, ogni caso dovrebbe essere progettato e studiato a fondo, prima della sua installazione.
L’obbiettivo di questo articolo è quello di delineare una panoramica sugli apporti energetici ottenuti nella stagione estiva con l’installazione di pareti e tetti verdi su edifici costruiti in area mediterranea.

Pareti verdi
Le performance energetiche di una parete verde sono state analizzate nell’ambito di una ricerca condotta con ENEA su una parete verde, installata su un loro edificio, durante il periodo estivo. L’edificio possiede delle pareti mediamente prestazionali, in blocchi di laterizio con intercapedine isolata con 6 cm di sughero. Grazie ai dati misurati sulla parete siamo stati in grado di creare un modello di simulazione energetica dinamica, usando programmi quali Matlab e Simulink, per predire il comportamento energetico di pareti vegetali in altre città.
I parametri utilizzati per la valutazione della parete sono stati:
- la costante verde media stagionale (Kv), che indica la percentuale di radiazione solare incidente entrante nell’edificio;
- il fattore di attenuazione medio stagionale verde (Fa_v), che indica di quanto viene ridotta l’onda termica proveniente dal sole (vedi Fig. 1);
- lo sfasamento medio stagionale verde (t_v), che indica il tempo di ritardo con la quale l’onda termica entra all’interno dell’edificio (vedi Fig. 1).

Fig 1. Rappresentazione grafica di attenuazione e sfasamento.

I dati misurati a Roma, nell’estate del 2019, hanno mostrato che la coltre vegetale è in grado di diminuire fino a 6 °C la temperatura superficiale interna della parete, rispetto al caso di parete non protetta.
Simulando la collocazione dello stesso edificio nelle città di Palermo e Bolzano, usando i dati climatici dell’estate 2019, abbiamo ottenuto i risultati in Tab 1.

Città	Kv	Fav	tv [h]
Bolzano	0.27	0.172	16.40
Roma	0.35	0.161	12.77
Palermo	0.54	0.151	17.30

Tab 1. Valori medi estivi di Kv, Fa_v e t_v, per le città di Bolzano, Roma e Palermo, durante l’estate del 2019, per l’edificio oggetto di studio.

La costante verde media stagionale Kv indica che la coltre vegetale a Roma impedisce al 65% del flusso termico totale di entrare nell’ambiente interno, rispetto alla configurazione nuda. I fattori di attenuazione si assestano su valori simili in tutte e tre le città. Gli sfasamenti, seppur diversi, permettono di ritardare il picco dell’onda termica giornaliera alle ore notturne, quando soluzioni passive come il “free cooling” possono essere adottate per raffrescare gratuitamente aprendo le finestre.

Tetti verdi
Una campagna di simulazioni energetiche dinamiche è stata effettuata in tre città italiane, con l’obiettivo di confrontare il comportamento energetico di un tetto verde e di un tetto tradizionale ben isolato. L’edificio simulato è uno dei casi studio individuati dal Comitato Termotecnico Italiano per l’Energia e l’Ambiente (CTI) per accreditare software di calcolo energetico; sono state modificate le stratigrafie in modo da rispettare i limiti di trasmittanza imposti dalle normativa Italiana.
Le due stratigrafie di copertura sono state modellate per avere la stessa trasmittanza termica (0,23 W/m²K), al fine di poter valutare la prestazione termica dinamica che risulta influenzata, oltre che dai materiali, anche da altri parametri. In particolare, il comportamento del tetto verde è condizionato dal livello di evapotraspirazione, dall’accumulo di acqua nel terreno, dalla copertura fogliare e dalla radiazione solare diretta. Come mostrato in Fig. 2, i flussi termici estivi entranti gli edifici sono molto diversi e influenzati notevolmente dalla quantità di acqua presente all’interno del tetto verde.

Fig 2. Energia termica settimanale trasferita per conduzione all’interno delle stratigrafie verso l’intradosso (Inward) e l’estradosso (Outward), in una settimana estiva standard del 2019.

La configurazione più performante è il tetto verde ben irrigato, con un livello di umidità del suolo del 30% o più. Al diminuire dell’umidità del suolo diminuiscono anche le qualità di isolamento termico del tetto vegetativo, producendo risultati sfavorevoli al di sotto di un contenuto d’acqua del 20%, con prestazioni quindi peggiorative rispetto al tetto in laterizio ben isolato.
La Fig. 3 mostra al dettaglio l’andamento e la direzione dei flussi nelle diverse casistiche.

Fig 3. Diagrammi che mostrano l'energia termica settimanale trasferita per conduzione all’estradosso e all’intradosso dei diversi tipi di tetto simulati con i rispettivi profili di pioggia a Bolzano, Pisa e Palermo durante l'estate 2019; le illustrazioni indicano anche le temperature medie esterne e interne, la percentuale media settimanale di acqua all'interno del suolo del tetto verde e il fabbisogno energetico dell'involucro dell’edificio per m².

Conclusioni
Si è inteso dunque sommariamente mostrare come il comportamento di strutture vegetative possa influire sull’efficientamento degli edifici durante la stagione estiva.
La parete verde si è dimostrata efficace da Nord a Sud Italia nella riduzione dei flussi termici entranti nell’edificio, abbattendo di almeno il 50% l’onda termica e aumentando lo sfasamento del picco di calore giornaliero alle ore notturne, dove la semplice apertura delle finestre rappresenta una soluzione di raffrescamento a consumo zero: il cosiddetto “free cooling”.
Al contrario, il secondo caso studio ha mostrato che l'installazione di un tetto verde non è sempre da considerarsi la soluzione migliore; prima di utilizzarlo è necessario progettarlo e simularlo adeguatamente in base alle specifiche condizioni climatiche. I risultati hanno dimostrato come la copertura a verde non sia la soluzione ottimale in climi caldi e secchi e che una accurata analisi del contesto climatico, con rilevazione puntuale delle temperature, nonché dei dati di piovosità della zona, siano elementi essenziali ad orientare verso scelte progettuali efficaci.
Infine, per una corretta e completa valutazione dei benefici offerti da una parete verde, e soprattutto di un tetto verde, rispetto alle soluzioni tradizionali, devono essere tenuti di conto i costi di installazione e manutenzione. Ad esempio, per il tetto verde, l’obbligo di installare un impianto di irrigazione, un serbatoio di accumulo e i costi accessori, quali la manutenzione di questi nel tempo e il consumo di risorse naturali. Si suggerisce infine un’attenta analisi del ciclo di vita dei materiali utilizzati.

Prof. Fabio Fantozzi
Ing. Roberto Rugani
DESTeC - Dipartimento di Ingegneria dell'Energia, dei Sistemi del Territorio e delle Costruzioni - Università di Pisa

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