i Cool Roof di Elisabe.a Cara0n

Ambito di applicazione Sistemi di copertura cool roof - white roof - cool color Efficienza energetica - isole di calore urbane - effetto testa calda - consumi energetici - aumento inquinanti nell aria Condizioni di contesto - conformazione urbana - vincoli architettonici

Situazioni al contorno Tecnologia prevalentemente nordamericana Normativa italiana prevalentemente su risparmio energetico invernale? Regione Emilia-Romagna DGR 1366/2011!

Riscaldamento globale Isola di calore urbana I cool roof sono nati in risposta al problema dell isola di calore urbana, un fenomeno tipico delle aree altamente urbanizzate: - Le coperture degli edifici e del manto stradale si riscaldano, e raggiungono temperature anche molto elevate, a causa dell irradiazione solare - Gli edifici e l asfalto rilasciano calore all aria, di giorno e anche di notte - La temperatura dell aria rimane almeno 4 5 C più alta rispetto alle campagne circostanti www.ipcc.ch

Effetti Qualità dell aria: l alta temperatura accelera i processi fotochimici che generano lo smog e i vari inquinanti che lo formano (+1 C = 5% Ozono) Consumi energetici: aumento consumi energia per condizionamento (+1 C = 3% consumi) Mortalità estiva: l alta temperatura causa un aumento della mortalità

Cool Roof Soluzione di copertura che si riscalda poco, contraddistinta da riflettanza solare ed emissività termica elevate Riflettanza solare (albedo) capacità del materiale di riflettere la radiazione solare incidente; il suo valore varia da 0, per una superficie totalmente assorbente, fino a 1 o al 100% per una superficie perfettamente riflettente Emissività termica capacità del materiale di emettere calore nella lunghezza d onda dell infrarosso; il suo valore varia, anche in questo caso, tra 0 e 1 Coefficiente di assorbimento attitudine del materiale ad assorbire l energia radiante che incide su di esso; varia da 0 a 1

Distribuzione dell energia solare Rifle.anza solare R sol = 6,6% x rifle.anza ultraviole*o R uv + 44,7% x rifle.anza visibile R vis + 48,7% x rifle.anza vicino infrarosso R nir

Funzionamento Tecnica di raffrescamento passiva Riflettanza solare alta: riduce il guadagno di calore solare diminuisce la temperatura del tetto Emissività elevata: facilita il raffrescamento radiativo aiuta a mantenere bassa la temperatura del tetto L abbassamento della temperatura del tetto può ridurre: elettricità per il raffrescamento dell edificio picco di domanda di energia la temperatura dell aria negli ambienti processi di scambio termico di un te.o piano

Indice di Riflessione Solare (SRI) Si calcola secondo lo standard ASTM E1980 a partire dalle misure di riflettanza solare ed emissività termica:

In sintesi...

Programmi di incentivazione e certificazione Energy Star Cool Roof Program. Environmental Protection Agency (EPA) Possono apporre il logo materiali per coperture piane o poco inclinate con: - riflettanza solare iniziale > 0.65 - riflettanza solare dopo 3 anni > 0.50 - emissività termica > 0.80 Per le coperture inclinate: - riflettanza solare iniziale > 0.25 - riflettanza solare dopo 3 anni > 0.15 Cool Roof Rating Council (CRRC) - Organizzazione nata nel 1998 per sviluppare metodi di misura di riflessività solare ed emissività termica dei prodotti per coperture edili - Non prescrive valori minimi delle proprietà emissive, ma procedure per la loro determinazione - La procedura standard prevede l analisi di campioni nuovi e dopo invecchiamento di 3 anni, installati in 3 località diverse di cui almeno una in area metropolitana - Le analisi sono svolte da laboratori certificati e indipendenti

In tema di cool roofs e cool colors, il Sistema LEED si basa sulla valutazione del Solar Reflectance Index (SRI) COPERTURE Utilizzare per un minimo del 75% della superficie di copertura materiali con - SRI 78 per tetti a bassa inclinazione - SRI 29 per tetti a elevata inclinazione ELEMENTI DIVERSI DA COPERTURE [...] Utilizzare materiali per pavimentazioni con SRI 29

... e da noi? Database for cool roofing materials + Cool roofs toolkit http://www.coolroofs-eu.eu/

Soluzioni realizzative dall architettura vernacolare... ai white roof!

Coperture piane Materiali: white roof Verniciatura delle superfici - Riflettanza solare (>0.80 0.90 per colore bianco) - Emissività termica (0.50 0.90) Membrane polimeriche - Riflettanza solare (>0.70 per colore bianco) - Emissività termica elevata (>0.90) Energy Seal CoaGng ACU- SHIELD Granulati chiari su base asfaltata - Riflettanza solare (>0.60 per colore bianco) - Emissività termica elevata (>0.90) Piastrelle e pietre in lastra - Riflettanza solare >0.70 0.80 - Emissività termica elevata >0.90 Derbigum DerbyBrite NT Tetti metallici (alluminio, rame, ecc.) verniciati chiari - Riflettanza solare >0.70 0.80 - Emissività termica >0.60 0.70 Firestone Ultra White

Riflettanza solare materiali cool SR materiali cool SR materiali tradizonali

Coperture inclinate rivestimenti ceramici coating metallo (alluminio, rame, ecc.) verniciato chiaro tegole canadesi

Applicabilità in Italia? La riflettanza solare relativamente ridotta della terracotta, minore di 0,30 / 0,40, combinata con la ridotta inerzia termica delle strutture lignee di copertura usualmente presenti, fa del surriscaldamento estivo dei locali sotto tetto, spesso adibiti ad attico o locale mansardato, un problema di non poco conto. Contesto architettonico italiano Tegole o mattoni in terracotta rossa riflettanza < 0,30 emissività IR > 0,90 Tetto catramato nero riflettanza < 0,10 emissitivà IR > 0,90 Materiale cool riflettanza > 0,85 emissività termica > 0,75

Dai cool roof ai Cool Color I Cool Color, si basano su pigmenti depositati su un substrato ad alta riflessività nella banda spettrale dell infrarosso vicino, che conferiscono: - Riflettanza solare relativamente elevata (>0.40 0.50 per colori tradizionali dell edilizia come il rosso mattone o il grigio chiaro) - Emissività termica elevata (>0.90)

Materiali con trattamento cool color Tegole in cemento American Rooftile Coatings + freddo (cool color) + caldo (tradizionale) Riflettanza solare ρ aumentata fino a 0,50 Maggior guadagno per i colori scuri

Rivestimenti metallici BASF Ultra-Cool metal roof coatings riflettanza solare: cool color (tradizionale)

Coppi in laterizio MCA Clay Tile cool colored tiles

Granuli per tegole canadesi 3M cool granules

Conclusioni Vantaggi diretti (per l utenza): - Minori costi di condizionamento - Maggiore benessere all interno degli edifici (minore temperatura percepita, no effetto testa calda ) - Minori sollecitazioni strutturali e a fatica del tetto - Minore degrado chimico-fisico dei materiali (ricoprimenti, isolanti, ecc.) Vantaggi indiretti (per la collettività): - Minore rilascio di inquinanti per degrado chimico-fisico dei materiali - Minore riscaldamento dell ambiente urbano circostante (isola di calore) - Riduzione dello smog foto-chimico - Riduzione dei consumi elettrici e del rilascio di anidride carbonica Svantaggi: - Impatto estetico (eventuale) in contesti di interesse storico/artistico - Costo di installazione o conversione (ridotto e ammortizzabile) - Necessità di manutenzione periodica (lavaggio)

Riferimenti Bibliografia - Akbari H. et al., Cool color roofing material attachment 11: Task 2.7.1. reports - technology transfer, Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, California, 2006 - Akbari H., Konopacki S., The Impact of Reflectivity and Emissivity of Roofs on Building Cooling and Heating Energy Use, in Thermal VII Thermal Performance of the Exterior Envelopes of Buildings VII, Miami, 1998 - Akbari H., Menon S., Rosenfeld A., Global cooling: increasing world-wide urban albedos to offset CO2, in Climatic Change, May-June (2009) - Barozzi G., Corticelli M, Muscio A., Tartarini P., I cool roof, una soluzione innovativa per il risparmio energetico in edilizia, Conferenza nazionale sulla politica energetica in Italia, Bologna, Italia, 18-19 Aprile 2005, Atti (Proceedings) - Fanchiotti A., Carnielo E., Impatto di tecnologie Cool Roof sulle prestazioni energetiche degli edifici. Caso studio, Report di Ricerca Sistema Elettrico ENEA, Roma, Settembre 2010 - Libbra A., Muscio A., Tartarini P., Riflettanza solare ed emissività termica per l efficienza energetica estiva degli edifici, in L industria dei laterizi, 118 (2009), pp. 249-257 Libbra A., Muscio A., Tartarini P., Efficienza energetica estiva degli edifici: riflettanza ed emissivita, in Newsletter delle coperture, 18 (2010), pp. 1-2 Sitografia http://www.ipcc.ch/index.htm - Intergovernmental panel on climate change. http://www.coolroofs.org/ - Cool Roof Rating Council http://www.coolroofs-eu.eu/ - Cool Roof Intelligent Energy Europe http://www.energystar.gov/ - Energy Star Qualified Products http://www.whiteroofproject.com/ - The White Roof Project http://coolcolors.lbl.gov/ - The Cool Colors Project http://eetd.lbl.gov/heatisland/ - Environmental Energy Technology Division: Cool Roofs and Heat Islands http://www.energy.ca.gov/ - The California Energy Commission http://www.epa.gov/heatisland - United States Environmental Protection Agency http://www.energy.gov/ - US Department of energy http://www.heatisland.lbl.gov/ - Lawrence Berkeley National Heat Island Group