Materiali “cool” su pareti e facciate: ecco come migliorare il comfort termoigrometrico di spazi urbani ed edifici

Materiali “cool”: ecco un approfondimento sulle caratteristiche di questi particolari materiali, sempre più utilizzati per coperture, facciate e pavimenti

Materiali “cool” e proprietà fisiche

Con il termine materiali “cool” si intende una gamma di materiali da rivestimento e finitura di copertura, facciate e pavimenti da esterno, dotati di particolari caratteristiche radiative che li rendono adatti a riflettere e disperdere una quota elevata di energia solare.

I materiali cool sono caratterizzati da:

  • elevata riflettanza solare (elevata capacità di riflettere la radiazione solare incidente sul materiale)
  • elevata emittanza termica (elevata capacità di emettere calore nella lunghezza d’onda dell’infrarosso)

L’alto potere di riflessione di questi materiali è dovuto a pigmenti ad elevata riflettanza nella porzione infrarossa dello spettro solare, che mantengono il profilo tipico del colore di riferimento nello spettro visibile: ciò fa sì che il materiale non si scaldi durante le ore diurne.

L’elevata emittanza consente, invece, al materiale di raffreddarsi durante la notte, irradiando il calore assorbito durante il giorno.

A parità di altri fattori (radiazione solare incidente, riscaldamento per convezione e/o induzione), una superficie con queste caratteristiche rimarrà più fresca sotto l’effetto diretto del sole rispetto ad un’altra superficie.

Materiali “cool” e albedo

Quando un’onda elettromagnetica, durante il suo percorso di propagazione, colpisce un oggetto, una parte viene assorbita, una parte viene riflessa e una parte viene trasmessa.

Per la legge di conservazione dell’energia, la somma di tali componenti è pari alla quantità di radiazione incidente.

 

Copertura

 

Rispetto agli elementi dello spazio urbano (generalmente opachi) si trascura la quota di energia trasmessa; le quote restanti dipendono:

  • dall’angolo di incidenza
  • dalla rugosità della superficie
  • dalle caratteristiche interne dei materiali, in funzione del valore del coefficiente di riflessione, noto con il nome di albedo

L’albedo (dal latino albus, “bianco”) di una superficie è la frazione di luce o, più in generale, di radiazione incidente che viene riflessa in tutte le direzioni.

Essa indica dunque il potere riflettente di una superficie.

L’esatto valore della frazione dipende, per lo stesso materiale, dalla lunghezza d’onda della radiazione considerata. Se la parola albedo viene usata senza ulteriori specifiche, si intende riguardare la luce visibile.

L’albedo può assumere valori compresi tra 1 (quando tutta la luce incidente viene riflessa) e 0 (quando nessuna frazione della luce viene riflessa). In termini di luce visibile, il primo caso è quello di un oggetto perfettamente bianco, l’altro di un oggetto perfettamente nero. Valori intermedi significano situazioni intermedie.

L’albedo, quindi, influenza fortemente la propagazione dell’energia solare nell’ambiente, sia disperdendola verso l’atmosfera che reindirizzandola verso le strutture limitrofe.

L’albedo contribuisce anche a controllare l’apporto radioattivo diretto da parte degli elementi costruiti legato al coefficiente di emissione dei materiali e alla loro temperatura superficiale, che dipende anche dalla quota di energia solare assorbita dal corpo.

Durante la stagione estiva, materiali con elevato coefficiente di emissione ed elevato albedo (rappresentati complessivamente dal Solar reflectance index, ossia indice di riflessione solare, SRI) contribuiscono a disperdere al massimo l’energia solare impedendo che essa contribuisca al riscaldamento delle strutture urbane e migliorando il comfort termoigrometrico degli spazi urbani e degli edifici.

Solar reflectance

Solar reflectance

 

Per venire incontro alle esigenze del mercato, si stanno diffondendo sempre più i cool material destinati ad essere usati per coperture, pavimentazioni esterne, facciate; tali materiali sono caratterizzati da elevati valori di SRI, anche a fronte di colorazioni e finiture superficiali variabili.

Materiali “cool” e cool roof

L’utilizzo dei materiali cool è molto utile per la realizzazione delle coperture e dei tetti.

Si parla in questi casi di cool roof, tecnologia in grado di realizzare un profilo di temperature superficiali più basso rispetto a un normale rivestimento, cosa che comporta una riduzione del flusso termico entrante nell’edificio, contribuendo ad un’efficace diminuzione del valore medio della temperatura interna dell’aria in ambienti non climatizzati o una riduzione dei consumi per raffrescamento in ambienti dotati di impianto di climatizzazione estiva.

L’uso in larga scala di cool roof in aree urbane porta inoltre ad un indiretto risparmio energetico legato all’alta riflettanza solare che contribuisce alla riduzione della temperatura dell’agglomerato abitativo e alla  mitigazione  dell’effetto di isola di calore urbana.

I cool roof sono realizzabili mediante diverse soluzioni tecnologiche: vernici, membrane, guaine, bitumi, mattonelle per lastricati solari.

La seguente tabella (a cura dell’Enea) riassume alcuni dati significativi.

Sulla sinistra sono elencati i valori di indice di riflettanza solare (SRI) di una vernice organica con diverse variazioni cromatiche. Sulla destra si riportano i valori misurati per alcuni materiali tipicamente utilizzati per coperture piane ed inclinate. Appare evidente la variazione in termini di riflettanza solare.

I materiali da costruzione si attestano nelle tipologie più comuni tra il 20 ed il 30%, con un carico solare che diventa significativo per gli ambienti sottostanti.

Riflettanza, valore integrato

Materiali COOL SRI (%) Materiali tipici da costruzione SRI (%)
Bianco 85 Guaina impermeabilizzante 20
Verde 72 Piastrelle in cemento 29
Rosso 66 Piastrelle in argilla rossa 27
Giallo 73 Guaina bituminosa 12
Bruno 58 Marmo 39

 

La figura successiva mostra l’andamento della riflettanza in funzione della lunghezza d’onda per i materiali cool e per i materiali da costruzione comuni [Fonte: ENEA – Impatto di tecnologie cool roof sulle prestazioni energetiche di edifici residenziali in area mediterranea].

 

Riflettanza solare cool material

Clicca qui per scaricare la scheda PDF contenente questo articolo

 


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