Prestazioni e sostenibilità di coperture in laterizio ventilate e traspiranti

Le coperture ventilate permettono il raffrescamento passivo del tetto grazie al movimento d’aria innescato dall’ «effetto camino” nell’intercapedine sotto-manto. Quando il manto è realizzato con elementi discontinui, come le tegole in laterizio, si può parlare di tetti ventilati e “traspiranti”, in grado di disperdere il calore solare sia attraverso la ventilazione in intercapedine che per “traspirazione” attraverso i giunti tra le tegole. Il progetto europeo LIFE SUPERHERO promuove tali tecnologie e in particolare i tetti ventilati realizzati con le innovative tegole in laterizio HEROTILES, dalla forma aerodinamica e prestazione incrementata. 

 

Il problema climatico

Il cambiamento climatico a causa del surriscaldamento globale è una delle maggiori sfide del secolo. La graduale modifica dei parametri meteorologici e delle zone climatiche si sta sempre più delineando in diverse parti del mondo, soprattutto in quelle caratterizzate da un incremento dell’urbanizzazione. 

Un esempio eclatante si è verificato in Europa negli ultimi 15 anni, dove stanno aumentando, per frequenza e intensità, le cosiddette “ondate di calore” estive, anche in paesi dal clima generalmente freddo e temperato. Osservando i dati del monitoraggio climatico eseguito dall’istituto Deutscher Wetterdienst tra il 2005 e il 2020 [1], è ben visibile l’incremento dalla temperatura dell’aria media nel mese di Agosto, concentrato soprattutto nelle aree metropolitane (fig.1).

Confronto delle temperature medie in Europa nei mesi di Agosto 2005 e Agosto 2020

Figura 1 – Confronto delle temperature medie in Europa nei mesi di Agosto 2005 e Agosto 2020

 

Il surriscaldamento urbano estivo ha un impatto molto significativo sulla vita umana, non solo per il peggioramento dei livelli di comfort all’interno degli edifici, ma anche a causa dell’aumento dei consumi di energia per la climatizzazione e conseguentemente delle emissioni di CO2. All’inquinamento atmosferico conseguono pericolosi rischi per la salute pubblica: di tipo diretto, specialmente nelle fasce di popolazione più anziana e debole, e di tipo indiretto, legati alla riduzione di produttività ed efficienza in ambito lavorativo, alla ridotta possibilità di utilizzo di spazi pubblici all’aperto, ai rischi per la durabilità di strutture e infrastrutture con conseguente influenza sull’economia urbana.

Le città europee, centri di innovazione, crescita e produzione economica, secondo l’European Environment Agency (EEA) continueranno ad estendersi arrivando ad ospitare oltre l'80% della popolazione comunitaria entro il 2050 [2]. Di conseguenza, anche il fenomeno dell’Isola di Calore Urbana (Urban Heat Island, UHI), che porta ad una maggiore temperatura dell’aria nelle zone dense delle città rispetto alle aree rurali, è destinato ad aggravarsi con rischi molto severi per la salute. Inoltre, al surriscaldamento dell’aria esterna, conseguirà un incremento delle temperature interne degli edifici, soprattutto in quelli esistenti a basse prestazioni energetiche, che si tradurrà in una maggiore esigenza di raffrescamento e quindi in un incremento fino al 25% della domanda energetica entro la fine del XXI secolo [3] e delle conseguenti emissioni di gas serra (Green House Gases, GHG). Tale fenomeno si configura pertanto come un “circolo vizioso” climatico [5]. 

Il ruolo del settore edilizio

All’interno dell’Unione Europea (UE), il settore delle costruzioni presenta i maggiori impatti sul clima. Infatti, gli edifici sono responsabili di circa il 40% del consumo energetico e di circa il 36% delle emissioni di CO2 nell’UE [8] e la maggior parte della domanda di energia per gli impianti di riscaldamento e raffrescamento è ancora generata da combustibili fossili. Pertanto, rendere gli edifici meno energivori risulta fondamentale all’interno delle politiche e per gli obiettivi climatici dell’UE, considerando che circa il 45% di essi è realizzato prima degli anni Novanta e quasi il 75% è inefficiente dal punto di vista energetico. 

La Direttiva sul rendimento energetico nell'edilizia (2010/31/UE), rivista nel 2018 (2018/844/UE) ha introdotto, per tutti gli stati membri, il requisito di stabilire una strategia di profonda ristrutturazione a lungo termine del proprio patrimonio edilizio esistente, per trasformarlo in uno ad alta efficienza energetica, anche in termini di costi degli edifici, e decarbonizzato entro il 2050 [9]. 

Grazie alla riduzione del consumo energetico all’interno degli edifici, di almeno della metà rispetto al 2005, le misure di efficienza energetica nel settore edilizio contribuiranno alla sfida nei confronti del surriscaldamento urbano e al raggiungimento di un'economia climaticamente neutra entro il 2050 [8].

 

I tetti in laterizio ventilati e traspiranti 

Non solo ventilazione ma anche “traspirazione”

Negli ultimi decenni, il controllo del comfort termo-igrometrico interno negli edifici è stato spesso largamente affidato agli impianti tecnologici. Tuttavia, una buona progettazione della volumetria dell’edificio, dei rapporti tra superfici opache e finestrate e dell’involucro edilizio è il primo indispensabile passo per la realizzazione di un edificio confortevole ed energeticamente efficiente. In particolare, occorre prestare estrema cura alla progettazione della copertura dell’edificio poiché, a causa della sua notevole estensione e, posizione rispetto all’irraggiamento solare, attraverso di essa gli edifici disperdono una grande quantità di calore in inverno e ne ricevono altrettanta in estate, con il conseguente effetto indesiderato di surriscaldamento degli ambienti interni soprattutto di quelli sottotetto. 

Una nota ed efficace strategia adottabile in fase di progetto di coperture a falde è l’uso di manti ventilati, sia per edifici di nuova realizzazione che per quelli oggetto di ristrutturazione, sia per coperture a struttura lignea che per quelle in latero-cemento.

Le coperture ventilate sono costituite da un’intercapedine di aria posizionata normalmente al di sopra dello strato isolante e al di sotto del manto di copertura, con apposite aperture in corrispondenza del colmo e della gronda. Alla base del funzionamento dei sistemi ventilati si ha il cosiddetto «effetto camino», noto nell’architettura bioclimatica. L’aria, come altri gas, se riscaldata si espande, proporzionalmente all’aumento della temperatura. Grazie alla diminuzione del suo peso specifico, l’aria tenderà a salire determinando la ventilazione naturale dell’intercapedine [10]. Il flusso d’aria verrà innescato durante il funzionamento invernale dall’acquisizione di calore a spese dell’isolante e durante il funzionamento estivo sarà garantito dall’elevata temperatura del manto di copertura. In questo modo l’edificio manterrà temperature ottimali in inverno ma soprattutto in estate. 

La ventilazione del tetto presenta numerosi vantaggi: eventuali infiltrazioni d’acqua provenienti dal manto (acqua piovana o scioglimento di neve) defluiranno verso la gronda e si smaltirà l’umidità che condensa all’intradosso del manto che potrebbe danneggiare la coibentazione. Così, sarà possibile assistere ad un incremento della durabilità del manto di copertura, che risulterà sottoposto a minori stress da surriscaldamento e da cicli di gelo-disgelo, maggiormente cautelato da problemi legati ad infiltrazioni di acqua e da apporti eccessivi di umidità [11].

Quando le coperture ventilate presentano manti costituiti da elementi discontinui si può parlare di tetti ventilati e “traspiranti” (Ventilated Permeable Roofs, VPR). Infatti, i manti realizzati con tegole consentono di disperdere il calore solare accumulato, sia attraverso la ventilazione sotto-manto nell’intercapedine appositamente predisposta (per effetto camino), che per “traspirazione” attraverso i giunti tra le tegole (fig.2). 

 Un tetto “ventilato e traspirante”, caratterizzato da ventilazione sotto-manto e intra-tegola

Figura 2 – Un tetto “ventilato e traspirante”, caratterizzato da ventilazione sotto-manto e intra-tegola

L’installazione di coperture ventilate e traspiranti, realizzate con tegole in laterizio, è una strategia sostenibile ed economica, sia per la mitigazione del surriscaldamento interno (riduzione del consumo di energia per la climatizzazione) che per il problema ambientale (limitazione delle temperature esterne del tetto, e quindi dell’isola di calore) (fig.3), in quanto ottenuta con materiali ad elevata durabilità e prestazioni stabili.

Il “circolo vizioso climatico” e il VPR come soluzione di adattamento

Figura 3 – Il “circolo vizioso climatico” e il VPR come soluzione di adattamento (miglioramento del comfort di edifici e città contro il surriscaldamento) e di mitigazione (riduzione dell’energia per la climatizzazione e delle conseguenti emissioni di gas serra). 

 

Le barriere alla diffusione dei VPR

Purtroppo, il concetto di raffrescamento passivo alla base di un VPR è penalizzato dalle attuali politiche e leggi della UE in materia di prestazione energetica degli edifici e di surriscaldamento urbano, dai sistemi di certificazione della prestazione ambientale degli edifici (i cosiddetti “protocolli” ambientali), dai Criteri Ambientali Minimi (CAM) negli appalti pubblici. Questi strumenti normativi, cogenti o volontari, infatti propongono di affrontare il problema dell’isola di calore urbana o del surriscaldamento degli edifici suggerendo principalmente l'uso di tetti verdi o riflettenti, quindi di fatto sostenendo sul mercato alcune soluzioni e rischiando di penalizzare altri componenti edilizi performanti come i tetti ventilati in laterizio.

Inoltre, gli strumenti legislativi sulla prestazione energetica degli edifici in Europa sono attualmente piuttosto carenti sul fronte della climatizzazione estiva e maggiormente concentrati sul risparmio di energia per il riscaldamento invernale, anche nei paesi più caldi. Di fatto manca un quadro legislativo consolidato per la valutazione delle prestazioni dei sistemi di ventilazione passiva dell’involucro. 

E’ pertanto urgente aumentare la consapevolezza di consulenti esperti in edilizia (progettisti e termotecnici), di responsabili politici e amministratori pubblici, ma anche di non specialisti del settore, circa i possibili benefici delle tecnologie di raffrescamento passivo dei tetti e dei VPR per il comfort interno e il risparmio energetico durante le stagioni calde. 

 

Il progetto LIFE SUPERHERO

Obiettivi e azioni

Il progetto europeo LIFE SUPERHERO, che coinvolge 10 partners provenienti da Italia, Francia e Spagna, è nato dall’esigenza di diffondere i benefici del raffrescamento passivo degli edifici come strategia efficace di adattamento e mitigazione ai cambiamenti climatici. Tale soluzione, da applicare sia in caso di ristrutturazione di edifici esistenti, sia per le nuove costruzioni, si basa sull’installazione di VPR, costruiti tramite una sinergia ottimale tra materiale utilizzato (tegole in laterizio) e sistema di montaggio specifico e ottimizzato. La convinzione dell’efficacia di tale strategia deriva dai risultati di un progetto europeo precedente, LIFE HEROTILE3, in cui sono state sviluppate e testate nuove tipologie di tegole in laterizio, chiamate “HEROTILES”, disegnate con una particolare forma aerodinamica in grado di ottimizzare la ventilazione e permeabilità dell’aria attraverso il manto, ottenendo una notevole limitazione dei flussi termici estivi entranti causati dell'elevato irraggiamento solare e riducendo fino al 50% l'energia di raffrescamento rispetto ad altre soluzioni (fig.3). Gli interessanti risultati e il miglioramento tecnologico del tetto con tegole HEROTILES (HBR, Herotiles Based Roof) hanno motivato il consorzio di LIFE SUPERHERO a lavorare ad un nuovo progetto dedicato al superamento delle barriere politiche e legislative esistenti alla diffusione dei concetti di VPR e HBR e alla penetrazione del mercato europeo e globale delle tecnologie correlate. Inoltre, LIFE SUPERHERO mira a dimostrare che i vantaggi di un VPR, e in particolare di un HBR, sono legati non solo alla riduzione dei consumi dovuti al comfort per il raffrescamento dell'edificio (come dimostrato in LIFE HEROTILE) ma anche al contenimento del fenomeno dell’Isola di Calore Urbana, grazie alla riduzione della temperatura della copertura stessa.

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Cos'è il progetto LIFE SUPERHERO

Coordinato dal Centro Ceramico, Life Superhero ha l’obiettivo di diffondere l'uso del tetto ventilato e permeabile come soluzione efficace per l’adattamento e la mitigazione del clima, con strategiche sinergie e ricadute a tutela dell’ambiente. Mario Cunial, Presidente del Gruppo Tecnico Coperture in Cotto Tbe-Cerame Unie, illustra le finalità di Life Superhero che servirà a rendere efficaci i risultati raggiunti con il precedente progetto Herotile, con cui è stato dimostrato che il tetto a falde, traspirante e in cotto, ha prestazioni superiori rispetto ad altre tipologie di copertura, in particolare nella stagione estiva.

L'intervista

A questo scopo, il progetto prevede una strategia basata su 4 filoni di azione paralleli (fig.4). Per poter superare le barriere politiche e legislative alla diffusione dei VPR, la prima linea d’azione riguarda l’aggiornamento di norme e regolamenti esistenti sul tema del raffrescamento passivo, con la partecipazione assidua e puntuale a tutti i tavoli tecnici, politici e normativi opportunamente selezionati. La seconda azione è incentrata sulla implementazione di una linea guida specifica per la realizzazione di un HBR, in caso di ristrutturazione della copertura di un edificio. Il sistema HBR sarà installato su due edifici a Reggio Emilia (fig.5), dimostrando la sua facile ed economica realizzazione. Il monitoraggio termico della nuova copertura e degli ambienti, e la valutazione dei comportamenti messi in atto dagli occupanti per rispondere alle loro esigenze di comfort, garantiranno una base dati sufficiente per validare il beneficio ambientale di questa soluzione. L’opportuna diffusione dei risultati aumenterà la consapevolezza delle parti interessate, dai privati cittadini alle pubbliche amministrazioni, sull’efficacia del raffrescamento passivo dato dai VPR/HBR. La terza azione prevede lo sviluppo del software SUPERHERO, di supporto a consulenti, progettisti, pubbliche amministrazioni, al fine di selezionare le migliori soluzioni progettuali di copertura dal punto di vista economico e ambientale. L’ultimo pacchetto di lavoro del progetto è incentrato sulla penetrazione del mercato della tecnologia di copertura HBR. Soltanto nel caso in cui venga dimostrata un’ampia replicabilità ed una facile trasferibilità industriale del sistema HBR sarà infatti possibile ottenere un effettivo contributo alle politiche di adattamento e mitigazione degli effetti del clima su ambiente, città e popolazione. Attività capillari di trasferimento tecnologico e buone pratiche di produzione garantiranno una facile ed economica conversione dei tradizionali processi di produzione delle tegole in quelli innovativi per HEROTILES. La stesura di un business plan, in sinergia con la creazione di un marchio HBR, e la successiva attività di promozione commerciale saranno un ottimo trampolino di lancio per la diffusione della tecnologia VPR/HBR. 

L'intera strategia è supportata dalle parti interessate quali: European Ceramic Industry Association, Tiles and Bricks Europe, Ente Italiano di Normazione UNI e Green Building Council Italia.

 La strategia progettuale di LIFE SUPERHERO per la promozione delle coperture VPR basata su 4 filoni d’azione in parallelo

Figura 4 – La strategia progettuale di LIFE SUPERHERO per la promozione delle coperture VPR basata su 4 filoni d’azione in parallelo 

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