I fattori che influenzano l’efficienza energetica dei grattacieli

La crescente urbanizzazione globale favorisce lo sviluppo e la diffusione dei grattacieli come tipologia edilizia ad alta densità, soprattutto nei centri fortemente urbanizzati, in quanto gli edifici a grande altezza rappresentano una soluzione efficace sia in termini economici e sia sociali. Tuttavia, visto l’impatto ambientale delle attuali città, è necessario siano stabilite delle regolamentazioni e un approccio sostenibile per il futuro sviluppo urbano.

Infatti, una delle più importanti sfide a carattere mondiale è la riduzione dell’elevata richiesta energetica e degli squilibri ambientali e sociali attuali, aspetti per i quali gli edifici a grande altezza non risultano come tipologia edilizia ottimale. In generale, l’edilizia rappresenta uno dei maggiori settori responsabili delle emissioni di gas ad effetto serra (GHG), legate per lo più alla costruzione degli edifici e alla combustione di fonti fossili per soddisfare i fabbisogni energetici degli stessi. 

Per quest’ultima ragione, l’energia rinnovabile costituisce una parte importante delle riserve energetiche future, seppur la sua diffusione sia vincolata alla velocità e all’efficienza con cui avviene la transizione dai combustibili fossili. Un’altra tipologia di intervento che favorisce la riduzione delle emissioni di GHG è costituita dalla progettazione stessa, che attualmente avviene ponendo particolare attenzione a scelte progettuali quali l’orientamento o le componenti tecnologiche, in modo tale da favorire i sistemi passivi per il riscaldamento e il raffrescamento.

Gli ampi volumi dei grattacieli e gli elevati consumi di energia, rispetto ai piccoli edifici, richiedono uno studio approfondito sulla quantificazione dei fabbisogni energetici. In questo processo è importante studiare gli edifici a grande altezza prendendo in considerazione tre principali variabili: 

1. la strategia progettuale secondo il contesto in cui si inserisce l’edificio (orientamento, venti prevalenti); 

2. le proprietà termiche dell’involucro dell’edificio;

3. gli effetti dell’altezza sulle prestazioni energetiche.

In particolare, la seconda variabile risulta essere la più importante, in quanto assume un ruolo determinante nel raggiungimento dell’equilibrio tra le condizioni climatiche interne ed esterne, pur garantendo il comfort degli occupanti.

Alcuni studenti dell’Università di Negev e dell’Università di Tessalonica hanno analizzato l’efficienza energetica di un grattacielo alto 100 metri in relazione alle proprietà termiche dell’involucro e aumentando progressivamente l’altezza della struttura fino a 200 m, 300 m e 400 m. In questo modo è stato possibile evidenziare in che modo variasse il fabbisogno energetico dell’edificio all’aumentare dell’altezza e, quindi, al variare delle condizioni del microclima esterno. 

Da questa ricerca è quindi emerso come due dei principali parametri che influenzano l’efficienza energetica dei grattacieli siano l’involucro edilizio e l’accelerazione del vento e la temperatura esterna, caratteristiche del microclima esterno che variano al variare dell’altitudine. Inoltre le destinazioni d’uso presenti e gli apporti interni giocano un ruolo fondamentale, come avviene nella Freedom Tower di New York. L’inserimento di balconi e sistemi di oscuramento permettono maggiori riduzione dei consumi energetici rispetto alla sola progettazione dell’involucro con un idoneo isolamento e con componenti vetrati energeticamente efficienti. 

I risultati ottenuti dalla simulazione sottolineano l’importanza di una dettagliata progettazione dell’involucro degli edifici a grande altezza, sia in termini di articolazione (opaco e trasparente) e sia in termini di specifiche tecniche dei componenti (massa termica, isolamento termico, tipologia di vetri, etc.).