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Il paradosso dei "cool roof"

Gli effetti del riscaldamento globale sono sempre più evidenti, con ondate di calore estive sempre più lunghe e intense che stanno diventando la norma. Secondo il rapporto European State of the Climate, l'Europa si sta riscaldando più rapidamente di qualsiasi altro continente, con un aumento delle temperature pari a circa il doppio della media globale.

Date queste premesse, non sorprende che gli edifici facciano sempre più fatica a mantenere condizioni di comfort adeguate per gli occupanti e a proteggere i beni contenuti al loro interno. Sempre più persone ricorrono quindi a sistemi di climatizzazione, che a loro volta producono ulteriore calore e generano emissioni aggiuntive di CO₂ rilasciate in atmosfera. Secondo una stima del 2021 dell'Agenzia francese per l'ambiente e la gestione dell'energia (ADEME), il 25% delle famiglie francesi e il 40% delle imprese dispone di qualche forma di impianto di climatizzazione, con livelli di efficienza molto variabili.

In questo contesto, il concetto di cool roof sta acquisendo crescente popolarità a livello mondiale come soluzione per mitigare il surriscaldamento degli edifici, diventando una delle soluzioni più frequentemente promosse per migliorare le prestazioni energetiche estive degli edifici. L'inasprimento delle normative europee sulle prestazioni energetiche degli edifici e la crescente frequenza dei fenomeni di Urban Heat Island (UHI) nelle grandi città come Parigi, Berlino e Londra rendono fondamentale comprendere la fisica che sta alla base di questi fenomeni.

Che cos'è un Cool Roof?

Un cool roof è progettato per riflettere più luce solare e assorbire meno energia solare rispetto a una copertura convenzionale. In termini tecnici, si tratta di una superficie che mantiene una temperatura più bassa sotto il sole massimizzando due proprietà specifiche del materiale: la riflettanza solare (SRI) o "albedo" (la capacità di riflettere la luce solare nell'atmosfera) e l'emittanza termica (la capacità del materiale di raffreddarsi una volta diventato caldo).

L'obiettivo di un cool roof è ridurre la quantità di calore che attraversa la copertura e raggiunge gli ambienti sottostanti, contribuendo a mantenere più fresco l'edificio durante il periodo estivo e riducendo di conseguenza i consumi energetici associati alla climatizzazione.

Soprattutto nelle regioni più calde, scegliere una copertura riflettente può quindi sembrare una decisione ovvia. Tuttavia, gran parte delle informazioni disponibili genera confusione sui reali benefici di questa soluzione. È davvero la soluzione migliore per gli occupanti dell'edificio? Permette di ottenere risparmi energetici significativi? Contribuisce realmente a mitigare il fenomeno dell'isola di calore urbana? Può essere considerata una soluzione sostenibile nel lungo periodo? Molto spesso questi aspetti vengono confusi e trattati come se fossero la stessa cosa.

Non è solo una questione di colore

Nel settore si è diffusa una pericolosa semplificazione: l'idea che qualsiasi copertura bianca o di colore chiaro possa essere automaticamente considerata un cool roof, sia che il colore derivi dalla membrana stessa sia che sia ottenuto mediante l'applicazione di vernici riflettenti. In realtà, la fisica dell'involucro edilizio evidenzia un paradosso molto più complesso.

Un tema raramente affrontato riguarda ciò che accade nel lungo periodo. Le caratteristiche riflettenti di una membrana o di un rivestimento liquido non rimangono infatti inalterate nel tempo. Tutte le coperture esposte di colore chiaro tendono inevitabilmente a sporcarsi e a perdere progressivamente riflettanza. Nei primi tre anni di esercizio, tale perdita può raggiungere valori compresi tra il 30% e il 50%.

Le membrane di copertura di bassa qualità che non sono adeguatamente stabilizzate per i livelli di raggi UV che stiamo affrontando attualmente ingialliscono. Quando una membrana diventa gialla o avorio, smette di essere un cool roof e perde tutti i suoi presunti vantaggi termici.

Anche la sporcizia gioca un ruolo importante. Durante l'installazione la copertura si sporca già a causa del traffico degli operatori di cantiere. Nelle coperture dotate di impianti fotovoltaici il traffico pedonale è ancora maggiore e l'accumulo di sporco avviene più rapidamente. Successivamente intervengono fenomeni naturali come polveri trasportate dal vento, inquinamento atmosferico, escrementi di uccelli e perfino la pioggia.

La pulizia periodica può sembrare una soluzione, ma l'esperienza dimostra che viene effettuata molto raramente. Il motivo è principalmente economico: mantenere una copertura chiara nelle stesse condizioni estetiche e prestazionali del giorno dell'installazione comporterebbe costi nettamente superiori rispetto ai risparmi energetici ottenuti grazie alla maggiore riflettanza iniziale.

Per questo motivo, nella progettazione è fondamentale considerare il valore di SRI invecchiato (Aged SRI) della membrana o del coating e non esclusivamente il valore iniziale dichiarato dal produttore. La scelta di materiali facilmente pulibili o dotati di proprietà antimicrobiche può contribuire a preservarne più a lungo le prestazioni.

L'importanza dell'intero sistema di copertura

Una copertura chiara può raggiungere temperature superficiali comprese tra 40 e 45 °C in una calda giornata estiva, mentre una copertura scura può arrivare a 70-75 °C. Questo significa che una membrana bianca o un vernice riflettente garantiscono automaticamente 30 °C di comfort in più all'interno dell'edificio? Non necessariamente.

Tutto dipende dalla progettazione complessiva della copertura. Una copertura è infatti un sistema composto da diversi elementi costruttivi, ciascuno con una funzione specifica. Per ottenere le migliori prestazioni termiche, tutti i componenti devono lavorare in modo sinergico. In altre parole, non è corretto valutare esclusivamente lo strato superficiale trascurando il contributo degli altri componenti.

Per ottenere una reale efficienza energetica, il livello di isolamento termico riveste un'importanza molto maggiore rispetto al colore del manto impermeabile. Ad esempio, una membrana riflettente o una vernice riflettente applicati su una lamiera grecata non isolata possono effettivamente ridurre la temperatura interna. Tuttavia, quando la copertura è correttamente isolata, il beneficio aggiuntivo derivante esclusivamente dal colore chiaro della membrana diventa molto più limitato e in molti casi quasi trascurabile.  Pertanto, con un isolamento efficiente il guadagno in termini di comfort interno ottenuto con l'installazione di una membrana o di una vernice riflettente diventa minimo.

I Cool Roof sono davvero sostenibili?

La sostenibilità di qualsiasi materiale di copertura dipende da numerosi fattori. Uno di questi è l'energia necessaria per produrla, cioè la sua impronta di carbonio. Le membrane sintetiche monostrato, come UltraPly TPO, richiedono generalmente meno energia per essere prodotte grazie alla loro massa ridotta. Inoltre, la formulazione del TPO è priva di cloro e alogeni e presenta una lunga vita utile.

Il ciclo di vita è correlato alle prestazioni in servizio. Una membrana di copertura in EPDM, ad esempio, può avere una vita utile significativamente superiore rispetto a una membrana chiara dello stesso spessore. Ciò significa minori interventi di rifacimento nel corso del tempo. Considerando che ogni rifacimento comporta ulteriori emissioni di CO₂, produzione di rifiuti e costi economici, è lecito chiedersi quale sia la soluzione più sostenibile: la membrana più riflettente oppure quella che dura più a lungo?

Le superfici chiare contribuiscono effettivamente a ridurre la temperatura dell'aria nelle immediate vicinanze dell'edificio. Tuttavia, alcuni studi condotti dalla Stanford University1 evidenziano che le coperture altamente riflettenti non eliminano il problema del calore, ma tendono a trasferirlo verso superfici adiacenti. In ambito urbano le superfici predominanti non sono infatti le coperture, ma le strade e le facciate degli edifici. L'energia riflessa può essere indirizzata verso grandi facciate vetrate o superfici in calcestruzzo che accumulano calore e lo rilasciano lentamente durante la notte, aggravando il problema.

Alcuni studi suggeriscono inoltre che superfici altamente riflettenti possano influenzare i processi di trasferimento  di calore e umidità verso l'atmosfera, con possibili effetti sui fenomeni meteorologici locali.

Per questo motivo, una soluzione realmente sostenibile dovrebbe combinare lunga durata, ridotto impiego di risorse e possibilità di integrazione con sistemi come le coperture verdi, che oltre a mantenere temperature inferiori rispetto a una superficie bianca contribuiscono attraverso evapotraspirazione, ossigenazione e altri benefici ambientali alla mitigazione dell'isola di calore urbana.

Non esiste una soluzione universale

I benefici reali di una copertura riflettente devono essere valutati in funzione del clima locale, della posizione geografica, della destinazione d'uso dell'edificio e del livello di isolamento termico. Anche il budget disponibile gioca un ruolo importante. Una copertura riflettente può rappresentare una soluzione interessante per la riqualificazione di edifici scarsamente isolati situati in regioni particolarmente calde.

"Una soluzione cool roof per la ristrutturazione di un edificio scarsamente isolato in una regione calda come il sud della Francia può essere sicuramente una scelta interessante", afferma Jean-Luc Roudaut, Photovoltaic Prescription Manager France di Holcim Solutions & Products EMEA. "Tuttavia, nel nord della Francia, dove le temperature sono più basse, iniziano a sorgere delle domande: quanta energia devo usare per climatizzare l'edificio d'estate rispetto a quella necessaria per riscaldarlo d'inverno? In inverno, una membrana o una vernice riflettente limita l'assorbimento dell'energia solare e può portare a un aumento del fabbisogno di riscaldamento, quindi bisogna considerare l'intero anno, non solo l'estate", aggiunge.

Prima di assumere che una copertura riflettente sia automaticamente la soluzione migliore, è opportuno considerare alcuni aspetti fondamentali:

  • le membrane chiare o le vernici riflettenti non rappresentano l'unica soluzione disponibile; è necessario valutare l'intero edificio, comprese facciate, spazi circostanti, isolamento e budget;
  • vanno considerati la posizione geografica e il tipo di edificio; edifici industriali e residenziali hanno esigenze differenti;
  • occorre verificare il livello di isolamento della copertura; è importante distinguere tra nuova costruzione e riqualificazione;
  • i materiali riflettenti perdono progressivamente la propria capacità riflettente nel tempo; è opportuno verificare il valore di SRI invecchiato certificato da organismi indipendenti; la copertura deve avere una pendenza adeguata per evitare ristagni d'acqua; una pulizia regolare può aiutare a ripristinare l'SRI, ma ha un costo e potrebbe anche avere un impatto sulle prestazioni del materiale, in quanto potrebbe degradare la membrana più velocemente;
  • coating riflettenti economici e porosi tendono a trattenere sporco e degradarsi più rapidamente; occorre verificare che i materiali non rilascino sostanze inquinanti nell'aria o nelle acque meteoriche;
  • la durabilità dell'intero sistema di copertura è uno dei fattori più importanti da considerare.

Le nostre membrane impermeabili monostrato offrono numerose soluzioni per migliorare il comfort termico degli edifici e il cool roof rappresenta soltanto una delle possibili strategie progettuali. Non esitare a contattare uno dei nostri rappresentanti locali, che sarà lieto di discutere l'opzione più adatta alle esigenze del tuo progetto.

*”Effects of Urban Surfaces and White Roofs on Global and Regional Climate”, Mark Z. Jacobson and John E. Ten Hoeve, Department of Civil and Environmental Engineering, Stanford University, Stanford, California