I Cool materials: una soluzione per combattere il calore nelle città

01/04/2021 1788

Cosa sono i cool materials? Come funzionano? Grazie al loro utilizzo è possibile combattere il fenomeno dell'Isola di calore nelle città?

Italcementi, orientata allo studio di prodotti green, caratterizzati da una grande attenzione alla sostenibilità ambientale, sociale ed economica, sta lavorando alla realizzazione di calcestruzzi “cool” avanzati, caratterizzati da superfici altamente riflettenti, per contribuire alle strategie di contrasto dell’isola di calore urbano. 

 

 idro_drain_italcementi_01.jpg

 

Che cosa sono i cool materials

I cool materials sono materiali organici o inorganici, con elevato indice di riflettanza solare (SRI), ovvero con una straordinaria capacità di respingere la radiazione solare.

SRI è frutto di un calcolo, che tiene conto sia delle misure di riflettanza solare della superficie sia della sua emissività termica, in fissate condizioni di irraggiamento e di ventilazione. 

La riflettanza solare (o albedo) è la frazione di radiazione riflessa da una superficie rispetto alla radiazione solare che la investe; l’emissività termica è la capacità di una superficie di trasmettere energia sotto forma di radiazione termica.

In generale, maggiore è SRI, maggiore è la capacità delle superficie di rimanere “fredda”.

Come noto, i materiali bianchi sono di per sé riflettenti e non a caso i tetti degli edifici di molti paesi di Nazioni dell’Europa meridionale (Italia, Spagna, Grecia, Tunisia, ecc.) con il loro colore bianco, già nelle antiche tradizioni, rappresentavano una “naturale” strategia per limitare il surriscaldamento delle abitazioni esposte all’intenso soleggiamento estivo in questi luoghi.

Questa capacità è legata alla riflessione della luce solare nel cosiddetto campo del visibile.

La radiazione solare ha, però, componenti anche in regioni caratterizzate da lunghezze d’onda diverse da quelle del campo visibile. In particolare, è l’assorbimento di radiazione nella regione del NIR (ovvero il vicino infrarosso) responsabile del surriscaldamento superficiale. Ebbene, i cool materials sono non soltanto materiali prevalentemente chiari o bianchi ma anche colorati con particolare proprietà di riflettere la radiazione solare nel NIR, con la potenzialità di contribuire a contenere i consumi di energia elettrica degli edifici nei mesi estivi e non solo. 

 

Il fenomeno delle Isole di calore

Le aree urbane creano un vero e proprio microclima urbano in base alla popolazione, alla densità degli edifici, alle attività industriali, al traffico, alle emissioni, alle fonti di calore …. Globalmente, questi aspetti possono influire sulla temperatura sia superficiale sia dell'aria circostante, spesso producendo “Isole di calore”, che influiscono sull’aumento dei consumi di energia elettrica per raffrescamento, oltre che sul comfort termico, sulle emissioni e sulla qualità dell'aria stessa.

Oltre il 75% della popolazione europea vive nelle aree urbane e la percentuale è attesa in crescita oltre l’80% entro il 2050. L'agglomerazione di persone e la concentrazione di attività economiche rende le città particolarmente vulnerabili e tanto più oggetto di valutazione dell’impatto sul cambiamento climatico. 

L’isola di calore urbano tipicamente si manifesta con una temperatura delle aree urbane di 3-10°C superiore rispetto a quella delle aree rurali circostanti, con un fenomeno di surriscaldamento locale che concorre, anche se non come attore protagonista, al fenomeno su larga scala del Global Warming (GW). È infatti noto che ne sono responsabili i gas serra - la CO2 in primis - che provengono da molteplici attività umane e industriali che si articolano non solo nelle città. 

Tra i principali impatti del GW si collocano le ondate di calore e l’innalzamento della temperatura degli oceani, con intensificazione dei fenomeni violenti ed esplosivi di precipitazioni intense. Mari più caldi comportano maggiore differenza di temperatura tra l'aria che sale dal mare e quella incontrata in atmosfera; le nubi si “caricano” di maggiore umidità ed è più probabile rovescino tutto il loro "carico" in precipitazioni concentrate, intense e violente. Si tratte di quelle chiamate ad effetto “bombe d’acqua” in riferimento agli effetti devastanti provocati e che, tecnicamente, sarebbero da indicare come nubifragi, con la conseguente possibilità di allagamenti e/o alluvioni, in contesti più predisposti in virtù della loro collocazione e conformazione naturale.

Gli strumenti principali con cui combattere il Global Warming sono svariati, come, ad esempio, l’efficientamento energetico, la riduzione sia delle emissioni di CO2, della progettazione e produzione dei materiali, del loro utilizzo intensivo. Accanto a tali tecniche principali si affiancano le tecniche della moderna geoingegneria, tra cui quelle definite dagli acronimi inglesi SRM (tecniche di gestione della radiazione solare) e CDR (rimozione della CO2).

 

I cool materials statici e dinamici

L’impiego di cool materials per aumentare la riflettanza solare superficiale ovvero l’albedo rientra nell’ambito delle tecniche del SRM. I cool materials sono stati da Italcementi indagati sia nella versione statica sia dinamica. I cool materials statici sono caratterizzati da proprietà specifiche, “statiche” appunto, del colore, di riflettanza solare ed emissività termica.

I cool materials dinamici avrebbero la potenzialità di adattare tale capacità in funzione di un parametro, la temperatura ad esempio, come i cool materials termocromici. La loro capacità adattiva consentirebbe loro di restare più scuri al di sotto di una temperatura di soglia prescelta e transire verso tonalità più chiara al di sopra di esse. La natura organica dei materiali cool termocromici commercialmente reperiti, ha evidenziato la loro rapida tendenza alla fotodegradazione nei test di invecchiamento naturale ed accelerato condotti da Italcementi, indipendentemente dalla matrice cementizia in cui sono stati integrati. È per questo motivo che Italcementi guarda, ad oggi, con interesse applicativo alla realizzazione di cool materials cementizi di natura statica.

 

I cool materials cementizi di natura statica: la ricerca Italcementi

Italcementi è, per sua natura, orientata allo studio di prodotti green, caratterizzati da una grande attenzione alla sostenibilità ambientale, oltre che sociale ed economica.

Italcementi sta lavorando, perciò, alla realizzazione di calcestruzzi “cool” avanzati, caratterizzati da superfici altamente riflettenti. Per contribuire a strategie di contrasto dell’isola di calore urbano “a misura di cittadino”, Italcementi realizza e continua a studiare pavimentazioni in calcestruzzo “fredde”, con spiccata capacità di riflettere la radiazione solare.

Oltre allo studio di pavimentazioni chiare, la ricerca nell'ambito del progetto finanziato dal Fondo di Ricerca di Sistema Elettrico COOL IT, "Riduzione dei consumi elettrici per la climatizzazione estiva di edifici mediante sviluppo di Cool Materials (CM) cementizi ad elevata riflettanza solare", ha anche come obiettivo quello di valutare superfici colorate con capacità di riflettere la radiazione solare ben più elevata dei corrispettivi prodotti colorati con pigmenti tradizionali.

I prodotti cool colorati progettati da Italcementi, anche di colorazione grigia, hanno la potenzialità di garantire valori di SRI maggiore di 29, che rappresenta la soglia minima da raggiungere per ottenere crediti LEED di sostenibilità ambientale delle pavimentazioni.

Le pavimentazioni cool ad elevato SRI sono in grado di incidere positivamente sull’isola di calore urbano, riducendo la temperatura delle superfici di piazze, marciapiedi, parcheggi e pavimentazioni in generale con essi realizzate sul comfort esterno, diretto dei cittadini all’aperto, soprattutto quando applicati in aree estese, non soffocate dall’affollamento di edifici circostanti.

 

 cool_materials_italcementi_02.jpg

 

I cool materials già disponibili sul mercato

Alle pavimentazioni “fredde” si possono abbinare ulteriori prestazioni, quale, ad esempio, la capacità di drenare l’acqua, che le trasforma in soluzioni ideali per contribuire a fronteggiare le bombe d’acqua, a cui ormai assistiamo sempre con maggior frequenza.

Da tempo Italcementi opera con un filone di ricerca dedicato al tema dell’acqua. In particolare, si è concentrata su un prodotto che ha una altissima capacità drenante, 100 volte superiore a quella di un terreno naturale e che permette di rispettare il ciclo naturale dell’acqua: i.idro DRAIN.

Il prodotto drenante è particolarmente apprezzato dai progettisti e dalle amministrazioni comunali proprio per la sua capacità di lasciar passare l’acqua nel terreno sottostante. Oltre a chi si occupa di edilizia di professione, il prodotto ha fatto breccia in tanti piccoli proprietari che lo utilizzano per rendere più “permeabili” i camminamenti e i cortili intorno alle proprie abitazioni.


Conosci i.idro DRAIN? SCOPRI caratteristiche tecniche e vantaggi applicativi 


Con i.idro DRAIN si possono realizzare pavimentazioni dedicate alla mobilità lenta e sostenibile laddove assumono molta importanza gli aspetti architettonici (la colorazione ad esempio) e funzionali: i primi legati alla compatibilità paesaggistica, gli altri connessi alla regolarità, all’aderenza, alla drenabilità, che condiziona la loro sicurezza e percorribilità.

Le pavimentazioni in calcestruzzo drenante i.idro DRAIN hanno oggi molti pregi e sono la soluzione giusta per un mondo che cambia, attento a non sprecare risorse e amico dell’ambiente.

Quali sono, ad esempio, i vantaggi per un cittadino o per un’Amministrazione Comunale?

Dal punto di vista funzionale offrono un sistema alternativo per la gestione delle acque meteoriche, favorendo il drenaggio naturale e l’invarianza idraulica.

Dal punto di vista economico:

  • una riduzione dei costi di manutenzione;
  • maggiore durabilità;
  • una minore incidenza dei costi legati alla captazione e gestione delle acque meteoriche.

Inoltre, le superfici pavimentate tradizionali in ambito urbano, sono ritenute largamente responsabili delle “isole di calore urbano”. Sarà capitato a tutti, uscendo di casa, di percepire il caldo che “sale” dalla pavimentazione in asfalto. Le superfici bitumate risultano quelle a maggiore impatto, mentre quelle realizzate con un calcestruzzo drenante, come i.idro DRAIN, consentono un’importante riduzione della sensazione di calore avvertito dai pedoni nel periodo estivo di svariati gradi in meno rispetto a una pavimentazione in asfalto. La colorazione più chiara tipica del cemento rispetto all’asfalto e la sua formulazione ad hoc con cool materials rappresenta uno strumento importante al servizio del comfort cittadino.

 

I vantaggi dei cool materials per una grande città

Quali sono i vantaggi offerti dai cool materials in una grande città?

Le ricerche condotte da Italcementi mirano a confermare che l'aumento della riflettanza solare o albedo delle superfici in calcestruzzo può contribuire a ridurre l’effetto Isola di Calore.

Sul piano teorico, è stato stimato - dal Prof. Akbari e il suo gruppo di ricercatori del Lawrence Berkley National Laboratory della California - che una variazione di +0,01 dell'albedo superficiale, in tutte le città delle regioni tropicali e temperate del mondo, avrebbe un effetto di raffreddamento globale potenzialmente equivalente a una compensazione del riscaldamento prodotto dall’emissione di 7 kg di CO2 per ogni m2 di superficie terrestre interessata.

I vantaggi sarebbero relativi a un minor consumo energetico per i sistemi di raffreddamento nelle stagioni estive e/o nei climi caldi e un maggior comfort urbano negli ambienti esterni, con un contributo ulteriore alla migliorata vivibilità delle città odierne e alla crescente qualità della vita dei cittadini del futuro.