Facciate metalliche zero carbon: come ridurre peso, emissioni e isola di calore con involucri più intelligenti

La facciata è un componente essenziale degli edifici commerciali e pubblici e svolge un ruolo fondamentale nella loro efficienza energetica e nella loro impronta di carbonio. I materiali metallici sono ampiamente utilizzati nei rivestimenti di facciata per la loro efficacia e durabilità. Oggi i rivestimenti tendono a essere più leggeri, dematerializzati, stratificati e più permeabili. La schermatura solare sta diventando un’applicazione prevalente e i nuovi materiali intelligenti offrono sistemi a energia zero. Le superfici ad alta albedo riducono l’effetto isola di calore urbana generato da alcune facciate.

In questo articolo vedremo come i progettisti contemporanei impiegano i materiali metallici nelle nuove installazioni di facciata e quali sono delle buone regole per ottimizzare la prestazione della facciata in relazione al carbonio incorporato.

Progettazione avanzata delle facciate e nuovi involucri metallici verso un futuro a zero emissioni di carbonio

Negli ultimi 30 anni, la crescente consapevolezza del fatto che il settore edilizio sia uno dei maggiori consumatori di energia e produttori di emissioni di carbonio ha portato allo sviluppo e alla sperimentazione di materiali e rivestimenti a basse emissioni di carbonio per applicazioni in facciata. Questi sono stati promossi anche all’interno dei sistemi di certificazione per l’edilizia sostenibile.

Ad esempio, per essere conformi agli standard LEED® (Leadership in Energy and Environmental Design), le lamiere di alluminio devono incorporare una percentuale minima compresa tra il 5% e il 32% di contenuto riciclato post-consumo e tra il 40% e l’80% di contenuto riciclato post-industriale (scarti di produzione), in peso.

Prima di approcciarsi alla corretta progettazione di una facciata metallica (e a basso carbonio incorporato) è pertanto necessario conoscere gli aspetti fondamentali che influiscono nella scelta di un rivestimento metallico.

Processi produttivi

I rivestimenti metallici sono essenzialmente dei prodotti laminati. Per ottenere il semilavorato destinato alla laminazione, sono necessarie operazioni preliminari di estrazione delle materie prime (metallurgia estrattiva), con processi di purificazione dei materiali grezzi e successiva fusione ad alte temperature. Dopo il processo di laminazione da cui si ottengono le lamiere, si procede generalmente alla finitura superficiale del prodotto. Le lamiere vengono adeguatamente sgrassate e pretrattate, per poi essere rifinite o rivestite. Le lamiere metalliche possono successivamente essere piegate per aumentarne la resistenza agli sforzi o alla flessione.

Dopo il taglio, possono essere trasformate in lamiere grecate o ondulate mediante ulteriori processi di laminazione. Attraverso successive operazioni di taglio e piegatura, si possono ottenere elementi di dimensioni ridotte come cassette, pannelli o tegole/scandole e anche lamiere forate. Gli scarti di lavorazione possono essere nuovamente fusi e riciclati.

Altre tipologie di materiali per facciate prevedono lavorazioni diverse. Ad esempio, la schiuma di alluminio stabilizzata si ottiene insufflando aria nell’alluminio allo stato fuso, al cui interno sono presenti finissime particelle ceramiche disperse.

Queste particelle hanno la funzione di stabilizzare le bolle d’aria che si formano. Grazie alla sua bassa densità, il materiale risulta estremamente leggero e, come l’alluminio, presenta buone proprietà di resistenza al fuoco e alla corrosione. Inoltre, può essere prodotto utilizzando fino al 100% di materiale riciclato ed è a sua volta completamente riciclabile (Figg. 1 e 2).

Tipologia e funzione della facciata

I rivestimenti metallici sono impiegati nelle facciate continue (curtain walls) e nelle facciate ventilate (rainscreen facades), che caratterizzano frequentemente edifici pubblici, commerciali e industriali. Nelle facciate schermanti (shading facades), lo strato o involucro esterno è costituito da prodotti metallici come frangisole o reti metalliche, utilizzati per controllare l’illuminazione naturale e fornire schermatura solare. Normalmente, nelle facciate a pelle singola e nelle facciate a forma libera (freeform facades), la lamiera metallica viene utilizzata come rivestimento. Pertanto, la diversa funzione del prodotto metallico (rivestimento o schermatura solare) può essere correlata alla tipologia di facciata.

Contesto ambientale

Quando un metallo entra in contatto con un elettrolita (ossia una soluzione acquosa di un sale, di un acido o di una base), subisce corrosione elettrochimica. Diversi ambienti sono caratterizzati dalla presenza di differenti agenti inquinanti (contesti urbano-industriali) o sali (contesti costieri), che possono favorire la corrosione; pertanto, la scelta del materiale più appropriato è strettamente legata alla localizzazione dell’edificio. Il dettaglio costruttivo delle facciate è stato progressivamente affinato per minimizzare o evitare fenomeni di corrosione.

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Colore e proprietà termiche

Il colore riveste un’importanza strategica per l’albedo e la riflessione della radiazione solare. L’albedo misura la capacità di un materiale di riflettere la radiazione solare incidente senza assorbirla. Per essere classificato come superficie “fredda” (cool surface), un materiale deve avere un valore minimo di albedo pari a 0,65.

La riduzione dell’UHI (Urban Heat Island, isola di calore urbana) può essere ottenuta attraverso l’impiego di superfici di colore chiaro. Il sistema di valutazione LEED® assegna crediti per l’uso di superfici chiare finalizzate alla riduzione dell’effetto isola di calore urbana.

Anche la finitura superficiale è importante per l’emissività termica del materiale. La maggior parte degli acciai metallici rivestiti e non verniciati presenta una bassa emissività (tipicamente intorno a 0,12), mentre gli acciai verniciati (specialmente quelli scuri) mostrano valori di emissività intorno a 0,9. L’alluminio e l’acciaio non rivestiti presentano i valori più elevati di albedo nel tempo, nonché i valori più bassi di emissività (Tab. 1). L’albedo è particolarmente rilevante per la lamiera metallica, poiché questi materiali possiedono una conducibilità termica relativamente elevata.

Tabella 1. Albedo, conducibilità termica e spessore delle lamiere metalliche per facciate

Quali sono quindi le indicazioni che si possono trarre in relazione agli aspetti critici indicati in precedenza?

Attenzione ai processi produttivi: l’utilizzo di materiali riciclati

Il 40% della produzione mondiale di acciaio è costituito da materiali riciclati (rottami ferrosi), e l’acciaio è il materiale più riciclato al mondo. Il riciclo dell’alluminio consente un risparmio del 95% dell’energia necessaria per produrlo a partire dalla materia prima. Circa il 75% dell’alluminio prodotto dalla sua scoperta è ancora oggi in uso ed è potenzialmente disponibile per il riciclo quando necessario. Attualmente, a livello globale, si registra una tendenza verso l’impiego di alluminio con un contenuto riciclato pari al 60%. Con gli attuali miglioramenti negli impatti ambientali della fornitura dei metalli, nella produzione di energia elettrica e nelle tecnologie a basse emissioni di carbonio, è probabile che in futuro gli impatti per chilogrammo di metallo o per kWh di energia diminuiscano ulteriormente.

Il suggerimento è quindi quello di favorire prodotti che contengano un alta percentuale di materiale riciclato.

Progettazione ottimizzata dei rivestimenti

A parità di condizioni ambientali, il GWP (Global Warming Potential, potenziale di riscaldamento globale) di un rivestimento in zinco-titanio dello spessore di 0,7 mm, posato con un sistema di aggraffatura angolare su supporto continuo, risulta inferiore a meno della metà rispetto a quello di una lamiera grecata in alluminio dello spessore di 1 mm posata su una sottostruttura discontinua.

La tipologia di facciata determina in parte l’impatto ambientale.

Le facciate leggere presentano la quota più bassa di energia incorporata. In particolare, le facciate realizzate con lamiere di alluminio mostrano ottime prestazioni poiché si tratta di materiali più leggeri che richiedono una sottostruttura meno massiva. Gli impatti ambientali più elevati si riscontrano nelle costruzioni di facciata caratterizzate da una significativa presenza di elementi strutturali. I pannelli in alluminio (3 mm) mostrano un GWP superiore rispetto al marmo (30 mm) e ai pannelli in vetro (15 mm). Tale impatto ambientale è principalmente dovuto ai processi di estrazione, fusione e pressatura dell’alluminio.

Tuttavia, i pannelli in alluminio risultano superiori ad altri materiali sotto molti aspetti, grazie alla loro leggerezza, buona plasticità, facilità di colorazione superficiale e compatibilità con diversi materiali isolanti. Inoltre, le strategie di riciclo si dimostrano particolarmente efficaci anche per le coperture in lamiera metallica, poiché consentono una riduzione del 73% delle emissioni di GHG (Greenhouse Gases, gas serra) e del 71% della domanda di energia incorporata. Tra i diversi sistemi di schermatura solare, un più basso impatto in termini di carbonio incorporato è stato riscontrato nei sistemi a rete. Questa prestazione favorevole può essere attribuita alla minore massa dei sistemi a rete rispetto ad altri.

Considerazioni sull’architettura contemporanea

La scelta di lamiere perforate nei rivestimenti e reti metalliche nell’architettura contemporanea è coerente con i buoni risultati emersi dagli studi LCA, attribuiti alla minore massa dei sistemi perforati rispetto ad altri tipi di rivestimento.

Questo aspetto si collega anche a una tendenza definita “dematerializzazione”, ovvero la progressiva ottimizzazione della quantità di materiale impiegato negli edifici come strategia per ridurre l’impronta complessiva di carbonio. Ricerche accademiche dimostrano che una regola generale efficace per ridurre l’energia incorporata e il carbonio degli involucri edilizi consiste nell’ottimizzarne il peso.

Un largo uso dell’alluminio nell’architettura contemporanea può essere ricondotto al suo elevato tasso di riciclabilità, al costo relativamente contenuto e al ridotto impatto ambientale dei processi produttivi basati sul riciclo di rottami. Anche la disponibilità delle materie prime è un fattore rilevante. Secondo il World Economic Forum, il ferro rappresentava il 94% dei metalli estratti nel 2019; l’alluminio si collocava al secondo posto e il rame al terzo, con una produzione pari a circa un terzo di quella dell’alluminio.

Un ulteriore aspetto riguarda la durabilità. Gli edifici con facciate metalliche sono generalmente progettati per una lunga vita utile, e le facciate in alluminio, acciaio inox e zinco-titanio presentano una durata prevista compresa tra 70 e 100 anni in contesti urbani.

Una larga parte di queste superfici viene spazzolata o lucidata per modificare il livello e la qualità della riflettanza luminosa, un trattamento facilmente realizzabile con acciaio inox e alluminio. I materiali chiari sono generalmente raccomandati anche nei sistemi di certificazione ambientale per la loro capacità di ridurre l’effetto isola di calore urbana (UHI).

Ricerche internazionali hanno dimostrato che alluminio e acciaio sono i più utilizzati nei rivestimenti metallici e sono anche i metalli con il più alto tasso di produzione a livello mondiale e i più riciclati. I risultati di queste ricerche evidenziano inoltre una tendenza verso facciate realizzate con prodotti perforati e leggeri, in linea con l’obiettivo di ottimizzare progressivamente la quantità di materiale impiegato negli edifici come strategia per diminuirne l’impronta complessiva di carbonio. Un’ampia parte dei progetti di architettura contemporanea impiega prodotti metallici per la schermatura solare, piuttosto che esclusivamente come rivestimento. Allo stesso modo, sembra esservi una tendenza ad avere superfici di facciata chiare (bianche) o riflettenti (argento), caratterizzate dai valori di albedo elevati. Questa tendenza è coerente con l’obiettivo di ridurre l’effetto isola di calore urbana attraverso l’impiego di superfici di facciata di colore chiaro.

In molti Paesi, la Life Cycle Assessment (LCA) degli edifici non è ancora universalmente obbligatoria, ma sta diventando sempre più spesso richiesta, incentivata o integrata nelle normative, soprattutto per gli edifici pubblici e nei sistemi di rendicontazione delle emissioni di carbonio. Oggigiorno, molti studi di architettura si dotano (o possono dotarsi) di software per effettuare valutazioni LCA (Life Cycle Assessment) dei propri progetti.

In realtà, questa sta diventando una pratica sempre più comune, soprattutto nei contesti in cui la carbon footprint (impronta di carbonio) degli edifici è richiesta da normative, bandi pubblici o certificazioni ambientali. Il problema principale rimane sempre l’aggiornamento dei database dei materiali, poichè i risultati LCA dipendono quasi completamente dai dataset di materiali e processi (EPD – Environmental Product Declarations e database generici). E’ quindi molto importante che tali database siano aggiornati con quanti più prodotti possibili.

Per approfondire il tema: Premier A., Advanced Façade Design and New Metal Envelopes Towards a Net-Zero-Carbon Future. Proceedings of the International Conference on Smart and Sustainable Built Environment (SASBE 2024). Lecture Notes in Civil Engineering (591):237-246 (9 pages) Springer Nature. 

FAQ TECNICHE: Facciate metalliche: LCA, albedo e carbonio incorporato

Che cosa si intende per facciata metallica?

Una facciata metallica è un sistema di involucro in cui lamiere, pannelli, cassette, scandole, reti o frangisole metallici svolgono funzione di rivestimento, protezione o schermatura. Può essere impiegata in facciate continue, ventilate, a pelle singola, freeform o schermanti. La scelta del prodotto dipende da funzione, massa, durabilità, corrosione, sottostruttura e prestazioni ambientali.

Dove si usano più spesso i rivestimenti metallici di facciata?

Sono frequenti in edifici pubblici, commerciali, direzionali e industriali, dove servono durabilità, leggerezza e flessibilità formale. Le reti metalliche e le lamiere perforate sono usate anche come schermature solari per controllare luce naturale e apporto termico. Nei contesti costieri o urbano-industriali occorre valutare il rischio di corrosione elettrochimica e scegliere finiture e dettagli compatibili.

Quali norme sono rilevanti per il progetto di facciate metalliche?

Per le facciate continue il riferimento principale è UNI EN 13830:2022, che specifica requisiti e criteri prestazionali dell’involucro edilizio. Per la valutazione ambientale dei prodotti da costruzione sono pertinenti UNI EN 15804:2021 e UNI EN ISO 14040:2021.

Quali vantaggi offrono le facciate metalliche leggere?

La leggerezza riduce la massa dell’involucro e può diminuire l’impatto della sottostruttura. L’articolo evidenzia che i sistemi perforati, le reti e le soluzioni dematerializzate sono coerenti con la riduzione del carbonio incorporato.
Il vantaggio non dipende solo dal metallo scelto, ma da spessore, configurazione, sottostruttura, riciclo, manutenzione e dati LCA.

Che ruolo hanno albedo e colore nelle facciate metalliche?

L’albedo misura la quota di radiazione solare riflessa da una superficie. Nel testo si indica 0,65 come valore minimo per classificare una superficie “fredda”. Acciaio inox chiaro e alluminio chiaro raggiungono valori elevati di albedo, mentre finiture scure o ossidate possono ridurre la riflessione solare. Questo incide sulla mitigazione dell’isola di calore urbana e sul comportamento termico dell’involucro.

Quanto durano le facciate metalliche?

L’articolo indica una vita utile prevista tra 70 e 100 anni per facciate in alluminio, acciaio inox e zinco-titanio in contesti urbani. La durabilità dipende però da ambiente, esposizione, dettagli costruttivi, accoppiamenti galvanici, finiture e manutenzione.