Il problema
A mezzogiorno in una chiara giornata estiva negli Stati Uniti, una superficie piatta (orizzontale) riceve circa 1000 watt di luce solare per metro quadrato. (Si tratta di circa 100 watt, o la potenza di una lampadina a incandescenza luminosa, per piede quadrato.) I tradizionali tetti scuri assorbono fortemente questa luce solare, riscaldando sia l’edificio che l’aria circostante. Ciò aumenta il consumo di energia negli edifici climatizzati e rende meno confortevoli gli edifici non climatizzati. I tetti scuri caldi aggravano anche le isole di calore urbane riscaldando l’aria che scorre sul tetto e contribuiscono al riscaldamento globale irradiando calore nell’atmosfera.
Una soluzione: Tetti freddi
Definizione
In una giornata di sole, un tetto che riflette fortemente la luce solare può rimanere molto più fresco di un tetto che assorbe fortemente la luce solare. L’alta emissione termica è un’altra proprietà che mantiene anche una superficie fresca. L’emittanza termica è l’efficienza con cui una superficie si raffredda emettendo radiazione infrarossa termica (o “lontana”). Quindi un tetto “fresco” dovrebbe avere sia un’elevata riflettanza solare (SR) che un’elevata emissione termica (TE).
Notiamo che poiché lo spettro della radiazione termica (4-80 micron) non si sovrappone a quello della radiazione solare (0,3-2,5 micron), l’emissione termica è indipendente dalla riflettanza solare. Quindi, distinguiamo tra i due quando definiamo un tetto fresco.
Vantaggi
La sostituzione di un tetto fresco con un tetto caldo riduce la conduzione del calore nell’edificio, la convezione del calore nell’aria esterna e la radiazione termica del calore nell’atmosfera. Questo avvantaggia i nostri edifici, le nostre città e il nostro pianeta.
- Aria esterna più fredda. Tetti freddi abbassare le temperature dell’aria urbana riducendo la quantità di calore trasferito dai tetti all’aria, mitigando l’effetto isola di calore urbano.
- Meno emissioni delle centrali elettriche. I tetti riflettenti riducono la domanda di energia di raffreddamento negli edifici con aria condizionata, riducendo le emissioni di gas serra e altri inquinanti atmosferici nelle centrali elettriche che bruciano combustibili fossili.
- Migliore qualità dell’aria. I tetti freddi riducono le temperature dell’aria urbana e quindi rallentano la formazione di ozono troposferico. L’ozono, il componente principale dello smog, può aggravare le malattie respiratorie e può agire come un gas serra.
- Ha rallentato il cambiamento climatico. I tetti freddi riducono il calore assorbito sulla superficie terrestre e quindi possono abbassare le temperature superficiali. Questa diminuzione delle temperature superficiali riduce il flusso di calore nell’atmosfera, compensando il riscaldamento causato dai gas serra.
- Risparmio energetico e sui costi. Durante i caldi mesi estivi, i tetti freschi riducono la necessità di raffreddamento negli edifici con aria condizionata, risparmiando energia e denaro.
- Ridotta tensione della rete elettrica. La diminuzione della domanda di energia di raffreddamento modererà anche la domanda di energia di picco durante le ondate di calore e i pomeriggi estivi molto caldi, riducendo così il rischio di interruzioni di corrente.
- Migliorato il comfort interno. I tetti freddi abbassano la temperatura dell’aria interna negli edifici che non dispongono di aria condizionata, promuovendo la produttività e la salute degli occupanti.
Sanzioni
Tetti freddi possono anche avere alcuni effetti indesiderati.
- Maggiore necessità di riscaldamento in inverno. Durante i mesi invernali, i tetti freschi aumentano la necessità di energia di riscaldamento nei climi freddi. Tuttavia, in inverno il sole rimane basso, le giornate sono brevi e il cielo è spesso nuvoloso, limitando la quantità di luce solare disponibile per un tetto. Uno studio condotto dal gruppo Heat Island mostra che negli Stati Uniti, questa penalità di riscaldamento invernale è in genere piccola rispetto al beneficio di raffreddamento estivo (vedi immagine a destra).2 (Inoltre, si noti che se un tetto è coperto di neve, il colore del prodotto di copertura non ha importanza — la superficie del tetto sarà bianca.)
- Abbagliamento. L’abbagliamento di un tetto bianco o argenteo su un edificio basso può disturbare gli occupanti di edifici vicini più alti. In questa situazione un tetto di colore freddo (non bianco) può essere più appropriato per l’edificio più corto.
La scienza del sole freddo
include luce ultravioletta, visibile e vicino infrarosso. Solo la luce visibile influisce sul colore. Circa la metà dell’energia del sole è invisibile luce nel vicino infrarosso. I tradizionali tetti scuri assorbono fortemente la luce ultravioletta, visibile e vicino all’infrarosso. I tetti scuri dai colori freddi sembrano tetti scuri tradizionali, ma riflettono meglio la luce del vicino infrarosso.
In un tipico pomeriggio estivo, un tetto dai colori freddi che riflette il 35% della luce solare rimarrà a circa 12°C (22°F) più fresco di un tetto tradizionale che sembra lo stesso ma riflette solo il 10% della luce solare.
Tecnologia
Tetti bianchi
I materiali bianchi sono un’opzione popolare per costruire superfici che non possono essere viste dalla strada, come tetti “piatti” (cioè quasi orizzontali) a bassa pendenza. In alcune parti del mondo i tetti inclinati possono anche essere bianchi. I prodotti per coperture disponibili in bianco includono membrana monostrato, rivestimento elastomerico, metallo verniciato, piastrelle e zavorra.
In un tipico pomeriggio estivo, un tetto bianco pulito che riflette l ‘ 80% della luce solare rimarrà a circa 31°C (55°F) più fresco di un tetto grigio che riflette solo il 20% della luce solare.3
Tetti a colori freddi
I tetti a colori freddi sono progettati per aumentare la riflessione del sole mantenendo il colore e l’estetica dei tradizionali prodotti per tetti non bianchi. Negli ultimi dieci anni, i ricercatori del Lawrence Berkeley National Laboratory e Oak Ridge National Laboratory hanno lavorato con i produttori di coperture per creare una varietà di prodotti dai colori freddi per tetti inclinati. Questi includono asfalto ghiaia, metallo, piastrelle e prodotti di zavorra. La tecnologia Cool color può anche essere utilizzata per creare materiali non bianchi per tetti a bassa pendenza, come membrane e rivestimenti.