La copertura come sistema passivo

Significato e ruolo dei sistemi passivi nelle costruzioni

Per meglio comprendere il significato di “sistema passivo”, occorre richiamarsi all’architettura bioclimatica, quella disciplina che ha come obiettivo la progettazione e la realizzazione di edifici le cui caratteristiche si pongano in stretto contatto con le peculiarità del contesto climatico ed atmosferico del luogo, da sfruttare il più possibile (visto che sono naturalmente disponibili e gratuite), riducendo così l’utilizzo di energia fossile. Tutto ciò con il contemporaneo obiettivo di individuare le più confortevoli caratteristiche di comfort interno. 

Per far questo, occorre indagare ed ottimizzare il ruolo di fattori morfologici ed ambientali, quali:

• orientamento

• ventilazione naturale

• presenza di vegetazione

• conformazione di rilievi

• altitudine 

• ombreggiamento

• temperatura media

• umidità 

• tipologia di precipitazioni (pioggia e neve)

Quando queste tipicità vengano indagate attraverso uno studio accurato preliminare, sarà possibile orientare la progettazione energetica, nel rispetto delle esigenze dell’uomo e dell’ambiente.

Per far questo si devono definire le:

strategie attive: che captano, accumulano ed utilizzano l’energia proveniente da fonti rinnovabili mediante sistemi impiantistici; tra queste possiamo citare il solare termico, i sistemi fotovoltaici, i sistemi di accumulo…

strategie passive: ove è l’edificio stesso, con le suoi componenti a captare, accumulare e trasferire al suo interno l’energia ricavata da fonti rinnovabili, usando per l’accumulo anche dei sistemi edilizi propri dell’involucro e dell’interno. Sono la forma ed il volume della costruzione, il suo orientamento, la presenza di schermature e la scelta di specifici materiali costruttivi a funzionare come sistemi di accumulo termico.

Una buona progettazione utilizza entrambi i sistemi, ma dovrebbe partire dall’utilizzo di quelli passivi (che favoriscono l’autonomia energetica) per poi orientarsi in un secondo tempo su quelli attivi, ad energia rinnovabile, per compensare in modo green la restante domanda energetica.

Efficienza energetica e isola di calore

Non è semplice individuare la giusta risposta energetica dell’involucro edilizio, di cui il tetto è parte integrante e rilevante. Questo specie nel nostro clima mediterraneo, capace di riservarci momenti molto rigidi in inverno e caldi afosi in estate, dovendo poi tener conto sia dei fenomeni estremi – molto frequenti negli ultimi tempi - sia dei cambiamenti in atto: oggi anche il sud Italia è investito da freddo, neve e grandi piogge mentre il nord sta subendo una fase di grande siccità e caldi estivi anomali.

Nella nostra penisola, infatti, l’edificio è chiamato:

• a trattenere l’energia internamente in inverno

• a contrastare e gestire l’eccesso di calore esterno in estate,

ovvero a dove operare in modo dinamico.

Tutto ciò si complica se ci confrontiamo con un’altra manifestazione recente: l’isola di calore; un fenomeno in grande accentuazione, specie nel Bacino del Mediterraneo, ove si è osservato che a parità di luogo e di tempo, la temperatura misurabile nelle aree fortemente urbanizzate, che vedono una massiccia concentrazione di uomini ed attività, è più alta (+ 0,5-3 gradi) rispetto alle aree più periferiche.

Questo evento è dovuto ad una serie di elementi che interagiscono tra loro, tra cui spiccano l’uso di materiali che accumulano calore, la diffusa cementificazione, aree verdi ridotte, un contenuto ricircolo dell’aria, la presenza di molteplici infrastrutture viarie ed attività produttive, le emissioni di veicoli, impianti e riscaldamenti, in alcuni casi particolari conformazioni dei luoghi abitati.

Nella progettazione attenta agli aspetti bioclimatici l’edificio deve:

1. catturare l’energia solare esterna in inverno e trattenerla il più possibile internamente, riducendo il più possibile le dispersioni

2. proteggere gli ambienti interni in estate, contenendo l’irraggiamento estivo, trasferendo una parte di calore all’interno solo nelle ore esternamente più fresche e nel contempo ammettendo il passaggio del flusso di calore interno verso l’esterno attraverso adeguati sistemi di ventilazione naturale.

Per far questo, l’edificio dovrà essere caratterizzato da sistemi di involucro (attacco a terra, componenti verticali opache e trasparenti e copertura) in grado simultaneamente di gestire fenomeni opposti.

 Il ruolo del tetto: il concetto di cool roof

La copertura è il sistema edilizio su cui agiscono indistintamente tutti gli agenti climatici. Oltre alla sua composizione ed al suo orientamento, anche la sua geometria può essere determinante. Il tetto resiste, accumula, assorbe, riflette, trasporta energia.

Richiamandosi particolarmente al suo ruolo in estate, rammentiamo come sia possibile contrastare l’azione diretta del sole prevedendo, tra i suoi strati funzionali, alcuni materiali tali da definire un sistema ad elevata capacità di riflettere l’irraggiamento solare incidente emettendo nel contempo energia termica nell’infrarosso, mantenendo minori temperature superficiali: il così detto cool roof. Il tetto freddo sarà così caratterizzato da un elevato valore di albedo (che rappresenta la capacità di riflettere le radiazioni solari incidenti) e da un elevato grado di emissività termica, che restituisce all’atmosfera una significativa parte dell’irraggiamento solare subita.  

In tal modo si garantirà un maggior benessere interno specie in quei locali posti direttamente nel sottotetto ed una minore necessità di ricorrere ai sistemi di condizionamento, costosi, energivori ed impattanti ma ciò si traduce anche in emissioni di gas serra più contenute, minori azioni e costi di manutenzione, una durata del sistema maggiore.

Materiali e soluzioni per realizzare il cool roof

Come possiamo realizzare un cool roof nelle nostre coperture? Le risposte sono molteplici anche in funzione della tipologia del tetto con cui ci confrontiamo: se piano o a falde. Ma la risposta riguarda sempre la definizione di materiali in grado di riflettere una frazione della componente di radiazione solare incidente più alta possibile, riducendo il trasferimento del calore agli strati sottostanti. Per far questo occorrerà intervenire sugli strati funzionali ottimizzando la loro interazione reciproca, agendo in particolare:

• sul sistema isolante

• sugli strati impermeabilizzanti

• sulla camera di ventilazione.

Relativamente alla componente isolante, risulterà determinante scegliere un materiale, opportunamente dimensionato (e questa dimensione deriva da precisi calcoli termoigrometrici), capace di contrastare le dispersioni di calore dall’interno verso l’esterno in inverno ma soprattutto di favorire l’abbattimento dell’onda d’urto degli eccessi di calore e di contrastare il movimento spontaneo del calore estivo verso l’abitazione. L’isolante va pertanto scelto accuratamente affinchè funzioni ottimamente nelle due stagioni, calda e fredda.

In termini di impermeabilizzazione, ci si deve ricondurre tanto al sistema di impermeabilizzazione primario - il manto di copertura - quanto a quello/quelli secondario/i. Potrebbe essere così utile scegliere, quando possibile, dei materiali per il manto dal colore più chiaro e dalle prerogative riflettenti. BMI Wierer propone a tal fine una serie di tegole e/o coppi con superficie Protector Reflex, maggiormente riflettenti ed esteticamente accattivanti, estremamente piacevoli per quelle soluzioni più contemporanee. L’affiancare a queste una o più membrane impermeabilizzanti riflettenti non fa che aumentare la capacità del tetto di riflettere parte dell’energia incidente, contenendo la parte di calore che verrebbe trasferita agli strati sottostanti ed infine all’interno della costruzione. Ma un ruolo determinante è rivestito ancora una volta dalla ventilazione naturale, tanto importante nelle case di oggi: il moto convettivo dell’aria, favorito dalla sapiente costruzione di una camera di ventilazione sottomanto, che permette all’aria di entrare in corrispondenza delle gronde e di fuoriuscire in sommità sul colmo o attraverso l’uso di elementi di aerazioni opportunamente distribuiti, sarà essenziale nella gestione del caldo in eccesso.

L’interazione di questi strati renderà il nostro tetto il sistema quanto più efficace nel contrastare gli eccessi di irraggiamento estivo e di vivere in un ambiente mansardato caratterizzato autonomamente da una temperatura significativamente più bassa senza dover utilizzare sistemi di climatizzazione estiva.

Analoghe considerazioni si possono poi fare per una copertura piana: se in essa la ventilazione non può venire in nostro aiuto perché in un tetto piano non è possibile favorire dei moti convettivi, ci soccorrono certamente:

• le membrane impermeabilizzanti sintetiche polimeriche, quali TPO e PVC, dal colore chiaro e riflettenti

• la componente della vegetazione che è possibile realizzare sul tetto. Il tetto verde rappresenta una risposta esteticamente gradevole, crea benessere, contribuisce alla funzionalità di isolamento e di gestione del deflusso dell’acqua meteorica, interviene in termini climatici ed ambientali, contiene l’azione di smog ed inquinamento.

Ancora una volta il tetto ci aiuta a risolvere problemi importanti e a definire un involucro davvero rispondente alle problematiche attuali.