Ondate di calore: risposta termica e comportamento energetico nell’edilizia sociale

Ondate di calore: maggiori consumi energetici e discomfort indoor

Il cambiamento climatico ha comportato l’aumento di eventi climatici estremi come le ondate di calore. Questo fenomeno colpisce sia la qualità della vita umana che gli edifici incrementando il consumo energetico e determinando un deterioramento della qualità ambientale interna.

Le famiglie a basso reddito sono quelle maggiormente colpite a causa del ridotto utilizzo dell’impianto di raffrescamento. Dal monitoraggio delle prestazioni termiche ed energetiche di due edifici a Reggio Emilia si registra un notevole incremento dei consumi per la climatizzazione durante eventi di ondate di calore.

Cambiamenti climatici: il fenomeno delle ondate di calore

Eventi metereologici estremi stanno aumentando in tutto il mondo sia in intensità che in frequenza. Un’ondata di calore (OdC) è un evento dovuto al cambiamento climatico, caratterizzato da temperature dell’aria insolitamente elevate rispetto alla media stagionale. Le implicazioni di questo fenomeno hanno effetti sulla salute delle persone, e sul consumo di energia.

Le OdC, se accompagnate da elevati livelli di umidità, radiazione solare e una mancata ventilazione, impediscono al corpo umano di rinfrescarsi mediante sudorazione, in quanto il sudore non evapora rapidamente; l’esposizione prolungata in queste condizioni può comportare effetti dannosi per la salute, arrivando nei casi più gravi a congestione, ictus e disidratazione.

Le proiezioni future indicano che le OdC saranno più frequenti in Europa tra il 2020 ed il 2049, con un aumento fino a 4 volte entro la fine del XXI secolo. È fondamentale comprendere l’impatto delle OdC sul comfort termico interno ed esterno, nonché l’effetto sui consumi energetici degli edifici.

Da letteratura si scopre che diversi autori hanno valutato numericamente l’impatto delle OdC sugli edifici valutandone la risposta termica ed i consumi. Questi studi hanno considerato anche i possibili effetti sinergici con il fenomeno Isola di Calore Urbana (UHI), che rappresenta l’aumento delle temperature urbane in confronto a quelle rurali. Su questa tematica sono state confrontate le prestazioni termiche ed energetiche di edifici energeticamente inefficienti con quelle di edifici ad alta efficienza energetica in Australia. Si è dimostrato che gli edifici ad alta efficienza non risultano essere migliori per mitigare lo stress termico delle OdC. In l’impatto combinato delle OdC e dell’UHI sugli edifici residenziali mostrano un aumento significativo delle temperature interne e dei consumi energetici (rispettivamente 3,5°C e 87%) a confronto con il resto dell’estate.

Gli studi attuali presentano un limite nell’utilizzo di un approccio deterministico standard per modellare il comportamento degli occupanti negli edifici, trascurando possibili cambiamenti comportamentali che possono verificarsi. Ad esempio, in situazioni di povertà energetica, i costi energetici possono far desistere gli occupanti all’attivazione del sistema di climatizzazione seppur in caso di disagio termico. Durante le OdC le preoccupazioni per la salute possono prevalere a quelle economiche, portando a comportamenti diversi da quelli previsti, come un aumento nell’attivazione dei sistemi di Aria Condizionata (AC).

Le famiglie a basso reddito sono le più vulnerabili durante le OdC, poiché spesso non dispongono di un adeguato sistema di climatizzazione o non possono permettersi le spese legate al suo utilizzo. Ad esempio, nel 1995 a Chicago, la maggior parte delle 700 vittime causate da una OdC apparteneva a gruppi a basso reddito senza aria condizionata.

Nel 2007 le abitazioni delle famiglie a basso reddito di Atene hanno registrato temperature interne superiori a 30°C per l’85% dell’estate.

Uno studio ha evidenziato un ampio divario nell’accesso ai sistemi di climatizzazione nei paesi del Sud del mondo. Molti autori hanno affrontato il tema della povertà energetica, sebbene la maggior parte di essi si sia concentrata su problemi invernali, prestando meno attenzione alle condizioni estive. Per questa ragione è essenziale approfondire la comprensione del comfort termico estivo negli edifici residenziali a basso reddito con il fine di sviluppare soluzioni tecniche ed economiche vantaggiose.

Questo studio si propone di valutare l’impatto delle OdC sulla risposta termica di due edifici di edilizia sociale ed il comportamento energetico degli occupanti in uno scenario di povertà energetica. La valutazione è stata condotta attraverso una campagna sperimentale di monitoraggio nell’ambito di progetto LIFE SUPERHERO. Tali edifici, siti a Reggio Emilia, si inseriscono in un contesto fortemente influenzato dai cambiamenti climatici globali e locali.

Fasi, materiali e metodi

Il lavoro si articola in tre fasi principali:

• Analisi delle condizioni climatiche esterne durante il periodo estivo, al fine di identificare la presenza di OdC;
• Valutazione delle risposte termiche degli appartamenti non occupati con diverse orientazioni al fine di comprendere la risposta durante le OdC in assenza di occupanti;
• Analisi dell’ambiente termico interno degli appartamenti occupati e del comportamento energetico degli occupanti, inclusa l’attivazione della climatizzazione durante le OdC. Questi dati vengono confrontati con le evidenze sperimentali raccolte durante i giorni estivi normali per effettuare considerazioni sull’influenza delle OdC sul comportamento degli occupanti in relazione all’uso dell’AC.

Casi di studio

Per il monitoraggio sono selezionati due edifici di edilizia residenziale sociale situati a Reggio Emilia. Gli edifici (Figura 1), costruiti nel 1980, presentano scarse prestazioni energetiche e termiche. La località climatica è classificata come subtropicale umida (Cfa) secondo la classificazione Köppen-Geiger, con estati calde e umide e inverni da freschi a miti.

I due edifici sono realizzati con pannelli prefabbricati in calcestruzzo armato, ma differiscono nella presenza di isolamento termico. L’Edificio #1 non è coibentato, mentre l’Edificio #2 è dotato di un’isolante spesso 10 cm. I solai sono costituiti da lastre in cemento armato (c.a.) senza isolante, mentre i tetti piani presentano una soletta parzialmente prefabbricata in c.a. (tipo “Predalles”) con uno strato d’aria esterno rivestito da una lastra metallica a svolgere la funzione di impermeabilizzazione.

L’Edificio #1 presenta anche uno strato isolante aggiuntivo al di sotto del rivestimento metallico. La trasmittanza termica stimata complessiva delle diverse componenti edilizie (valore U) è riportata nella Tabella 1. La Tabella 2 invece fornisce informazioni sulla metratura ed il numero di occupanti di ogni appartamento monitorato all’ultimo piano.

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Nel pdf si continua parlando di: Setup sperimentale Identificazione delle Ondate di Calore
Risultati e discussione
3.1. Identificazione delle Ondate di Calore
3.2. Risposta termica degli edifici
3.3. Risposta termica interna degli appartamenti occupati durante le ondate di calore