Cosa sono i Tetti Freddi ed i Tetti Bianchi ?

1-Introduzione

  • I Tetti Bianchi o White Roof appartengono alla famiglia dei Cool Roof / Tetti Freddi
  • Cool Roof in generale sono le coperture realizzate con materiali di finitura Cool Colors (“Colori Freschi”)
  • Cool Colors: sono finiture in grado di riflettere la maggior parte della radiazione solare incidente nel campo di frequenze dell’infrarosso. La luce solare infatti ricade per il 52% nelle frequenze dell’infrarosso, e per il 43% nelle frequenze del campo visibile. A seguire un grafico esemplificativo (fonte ENEA):

I Cool Colors riflettono solo le frequenze dell’infrarosso e mantengono nel campo del visibile la stessa frequenza/colore richiesta dal progettista.

I Cool Color Bianchi (White Roof) riflettono sia le frequenze dell’infrarosso sia le frequenze del visibile (un colore bianco significa sostanzialmente che sono state riflesse tutte le frequenze dello spettro del visibile che compongono il colore bianco).

Il bianco quindi è il colore che riesce a raggiungere i migliori valori di riflettenza, a parità di tecnologia. Per questo motivo i Cool Roof vengono tradizionalmente realizzati in colore bianco, dove le limitazioni paesaggistiche lo consentono, come sulle coperture degli edifici industriali fuori vista (nei centri storici del Nord Italia, si opterà invece per soluzioni Cool Color in linea con i colori dell’edilizia storica locale, sacrificando in parte le caratteristiche raffrescanti della finitura).

I Cool Roof sono realizzati con materiali e finiture caratterizzate da elevati valori di Riflettanza Solare ed Emissività termica. Un Cool Roof riflette e (ri) emette nell’atmosfera una grande percentuale della radiazione solare incidente o assorbita.

  • RIFLETTIVITÀ (anche detta Albedo o Riflettanza): è la capacità di un materiale di riflettere la radiazione solare incidente, espressa in % (0% se totalmente assorbente, 100% se idealmente riflettente). Un’alta Riflettività riduce il guadagno termico di calore solare e diminuisce la temperatura della copertura.
  • EMISSIVITÀ (ε): la capacità di un materiale di irradiare, nella lunghezza d’onda dell’infrarosso, il calore che ha assorbito (compresa tra 0 e 1). (E’ definita come il rapporto tra radiazione emessa dalla superficie stessa e la radiazione emessa dal Corpo Nero (ε=1) alla stessa temperatura). Un’alta emissività facilita il raffrescamento radiativo.
  • SRI (Solar Reflectance Index, Indice di Riflessione Solare): è un indice che si calcola a partire dalla riflettività e dalla emissività e riassume le caratteristiche complessive di essere “Tetto Freddo” del manto di copertura. (0 per superficie nera ideale, 100 per colore bianco, >100 per materiali Cool Roof. Valori tipici dei Cool Roof vedono SRI comprese solitamente tra 100 e 110)
  • Coefficiente di Assorbimento (α): è un indice che viene utilizzato in alternativa alla riflettività. Varia tra 0 ed 1 ed è definito come il rapporto tra la radiazione assorbita e la radiazione incidente.
  • Flusso termico netto entrante: al netto della radiazione riflessa e di quella riemessa, per emissività, nell’atmosfera, quanto calore entra nell’edificio.

 

A seguire una immagine semplificativa della Riflettanza ed emissività di una superficie in membrana bituminosa nera (bassa riflettività ma alta emissività), in metallo (alta riflettività ma bassa emissività) e White Roof (alta riflettività ed alta emissività).

 

A seguire l’immagine con termo camera di una superficie rivestita solo nell’area 1 con un sistema White Roof, leggiamo 17°C e 35°C nelle due aree:

2. Differenze tra coperture tradizionali e coperture Cool Roof:

Concentriamo qui il confronto tra le coperture in membrana bituminosa nera e le coperture Cool Roof.

Nel periodo estivo la temperatura superficiale dei due tipi di copertura differisce sostanzialmente. A seconda della latitudine italiana, la temperatura superficiale di una copertura in membrana bituminosa nera varia all’incirca tra 60°C e 80 °C. A parità di condizione una copertura Cool Roof ha invece una temperatura superficiale di circa 35-60° C, a seconda della latitudine e della tecnologia.

Studi svolti negli Stati Uniti, presso il Federal Solar Energy Center (FSEC) in Florida, il Building Technology Center dell’Oak Ridge National Laboratory (BTC-ORNL) ed il Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) in California, hanno evidenziato che la tecnologia Cool Roof può permettere risparmi fino al 70%, in termini di consumi elettrici per condizionamento (fonte ENEA).

La diminuzione della temperatura superficiale della copertura porta numerosi vantaggi.

Come effetto macroscopico fa diminuire il calore netto entrante nell’edificio, riduce la temperatura dell’aria sulla copertura, riduce il calore accumulato dalla struttura.

Le conseguenze sono molteplici. Riduce la richiesta di energia elettrica per raffrescamento, aumenta il confort termico degli utenti della struttura, diminuisce lo stress da surriscaldamento del pacchetto di copertura, diminuisce lo stress derivante dalla variazione di temperatura notte/giorno ed estate/inverno, aumenta la resa delle macchine posate sulla copertura (ne diminuisce la temperatura di esercizio), abbatte l’effetto isola di calore sulle aree circostanti l’edificio, aumenta la resa di eventuali pannelli fotovoltaici.

Possiamo raggruppare i benefici specifici come segue:

Per gli edifici con aria condizionata:

Diminuisce la richiesta di energia elettrica per il raffrescamento, con risparmi finanziari dell’utente e benefici per la rete elettrica nazionale in termini di richieste di picco diurne (già causa in passato di black out in Italia e Stati Uniti).

Per gli edifici senza aria condizionata:

Migliora il comfort termico degli utenti della struttura (nel caso di allevamenti animali migliora la produttività).

 

Pacchetto di copertura:

  • Allunga il tempo di vita (durabilità) del pacchetto di copertura, per vari motivi.
  • Diminuisce il surriscaldamento del pacchetto.
  • Diminuisce il delta termico tra giorno e notte ed estate/inverno, questo punto è ben documentato nello studio ASSIMP che segue.

Collettività:

  • Diminuisce l’effetto Isola di Calore delle aree urbane.
  • Diminuisce la richiesta di energia elettrica nelle ore di picco, in cui sono necessari extra costi importanti per garantire la continuità della fornitura elettrica.

3. La normativa italiana ed estera

Stati uniti: possono essere etichettati con il logo Energy Star soluzioni, per coperture a bassa inclinazione, che garantiscano Riflettanza solare maggiore o uguale di 0.65, a prodotto nuovo, e maggiore o uguale a 0.5 dopo 3 anni di invecchiamento.
Italia: Decreto interministeriale 26 giugno 2015 pubblicato in “15-7-2015 Supplemento ordinario n. 39 alla GAZZETTA UFFICIALE Serie generale – n. 162”: introduce l’obbligatorietà per il progettista di realizzare una valutazione dei costi/benefici. Lo citiamo, Allegato 1, par.2.3, comma 3:

“…3. Al fine di limitare i fabbisogni energetici per la climatizzazione estiva e di contenere la temperatura interna degli ambienti, nonché di limitare il surriscaldamento a scala urbana, per le strutture di copertura degli edifici è obbligatoria la verifica dell’efficacia, in termini di rapporto costi-benefici, dell’utilizzo di:

  1. a) materiali a elevata riflettanza solare per le coperture (cool roof), assumendo per questi ultimi un valore di riflettanza solare non inferiore a: – 0,65 nel caso di coperture piane; – 0,30 nel caso di copertura a falde;
  2. b) tecnologie di climatizzazione passiva (a titolo esemplificativo e non esaustivo: ventilazione, coperture a verde)…”

4. Casi di studio

Proponiamo, a seguire, i risultati di due diversi studi. Una simulazione numerica dell’Università di Venezia ed un caso di studio dello European Cool Roofs Council (ECRC) realizzato a Trapani.

  • 1.1. Studio delle temperature superficiali in opera di tetti piani isolati, ASSIMP / ANPE / Università IUAV di Venezia”: è uno studio svolto con simulazioni numeriche.

Si riporta come esempio il risultato per uno degli edifici tipo identificati dallo studio, una copertura in Cls con al di sopra uno strato di coibentazione in PU di spessore variabile (5, 10, 20 cm) ed uno strato di impermeabilizzazione con coefficiente di assorbimento α = (0.5, 0.7, 0.9) ed emissività ε=0.9. Le latitudini prese in esame sono 3: Milano, Roma, Palermo. Coefficiente di assorbimento α=0.9 e di emissività ε=0.9 corrispondono indicativamente alle membrane bituminose nere. Mentre α=0.5 e emissività ε=0.9 corrispondono a materiali con caratteristiche maggiormente Cool Roof.

A seguire una stratigrafia studiata:

Questa stratigrafia, nel mese di Luglio, con α= 0.9 (indicativamente corrispondente alla membrana bituminosa nera) ha generato le seguenti temperature superficiali:

Si osserva come le temperature superficiali variano dai 67°C di Milano ai 72°C di Roma, agli 80°C di Palermo.

Lo stessa stratigrafia, con coefficienti di assorbimento migliori (α= 0.5 e α= 0.7) ed a parità di ε, per la sola città di Roma, sull’arco di una settimana, genera invece le seguenti temperature superficiali:

Si osserva come:

α= 0.5 generi temperature superficiali massime di 45-55 °C circa
α= 0.7 generi temperature superficiali massime di 55-65 °C circa
α= 0.9 generi temperature superficiali massime di 60-70 °C circa.

Quindi l’utilizzo di materiali con migliore coefficiente di assorbimento (o a miglior Riflettanza) migliora significativamente la temperatura massima superficiale della copertura.

2.2 “COOL ROOFS CASE STUDIES IN EU LEVEL, Report on the five case studies and analysis of the results, European Cool Roofs Council (ECRC)”: il report presenta 5 casi di studio (Grecia, Creta, Francia, Italia (Trapani), Inghilterra).

Vediamo l’esempio del caso di studio italiano (Trapani).  Sono circa 700 m2 di copertura, la copertura era finita con piastrelle di cemento. La superfice è stata rivestita con un sistema liquido protettivo Cool Roof: primer e 2 mani successive di protettivo bianco con Riflettanza 85.9% ed Emissività 0.88.

L’edificio è stato monitorato dal 1 Maggio al 24 Settembre. L’applicazione del sistema Cool Roof è stata realizzata dal 6 al 13 di Giugno. Una parte della copertura non è stata rivestita per permettere di valutare l’impatto del sistema.

Infine l’edificio è stato modellato numericamente per permettere di realizzare delle simulazioni sull’impatto di altre tecnologie (coibentazione della copertura, ombreggiamento esterno, ventilazione notturna).

I risultati sono riportati nel grafico che segue:

La soluzione Cool Roof (punto 2) genera in questo edificio un risparmio di energia per raffrescamento del 54%.

La soluzione di sola coibentazione (punto 3) della copertura genera in questo edificio un risparmio di energia per raffrescamento del 44%. La ventilazione notturna del 22%, ecc. Si vedono poi gli effetti combinati delle diverse tecnologie, dove, ad esempio, la combinazione di pacchetto coibentante con finitura Cool Roof (punto 6=3+2) genera un risparmio del 61%.

Per approfondire i Casi di Studio del Sistema COOL-R

  • Raffrescamento

  • Impermeabilizzazione

  • Riflettivita

  • Non propaga la fiamma

  • Durabilità

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