• Articolo , 1 agosto 2008
  • Albedo: il suo ruolo sul microclima urbano

  • Tra gli aspetti che contribuiscono alla formazione dell’ “effetto isola di calore”, oltre allo studio del particolare tessuto urbano, la riflettanza delle superfici costruite, in particolar modo quelle appartenenti alla pelle degli edifici, risulta essere un parametro di valutazione strategico della progettazione tecnologica energetica degli edifici e degli spazi urbani. Infatti la forte presenza di […]

Tra gli aspetti che contribuiscono alla formazione dell’ “effetto isola di calore”, oltre allo studio del particolare tessuto urbano, la riflettanza delle superfici costruite, in particolar modo quelle appartenenti alla pelle degli edifici, risulta essere un parametro di valutazione strategico della progettazione tecnologica energetica degli edifici e degli spazi urbani. Infatti la forte presenza di superfici edilizie a scapito della copertura vegetale comporta l’immagazzinamento di una maggiore quantità di energia solare che viene poi riemessa sotto forma di infrarosso all’ambiente portando ad un’alterazione del microclima locale con un innalzamento della temperatura dell’aria. Anche a livello normativo questo parametro, definito più comunemente come albedo (albedo: rapporto tra la radiazione solare riflessa e quella incidente) inizia a presentarsi come elemento caratterizzante nella scelta delle superfici degli edifici e delle pavimentazioni nei nuovi interventi costruttivi.
Il contributo che hanno i materiali edilizi sul surriscaldamento degli ambienti urbani è rappresentato dal fatto che durante le ore diurne, principalmente nella stagione estiva, essi assorbono una gran quantità di energia radiante dovuto all’irraggiamento solare, diretto e diffuso, alla radiazione infrarossa proveniente dall’atmosfera, alle mutue riflessioni radiative che si creano tra le superfici di un ambiente urbano; questa energia incorporata viene poi riemessa nell’ambiente sotto forma di radiazione infrarossa provocando appunto un innalzamento della temperatura dell’aria. Questa radiazione infrarossa emessa, segue la legge di Stephan – Boltzmann risultando così proporzionale con la quarta potenza della temperatura superficiale, che in alcuni casi può arrivare nelle ore di maggior insolazione anche a 60 °C.
Il tipico assetto geometrico delle città, con strade relativamente strette rispetto alle dimensioni verticali degli edifici accentua le conseguenze di questo meccanismo di scambio termico. Avviene così che, a differenza di una superficie piana non edificata, i canyon urbani catturino una maggiore quantità di radiazione solare, intrappolandola sotto forma di numerose riflessioni multiple che i raggi solari subiscono incidendo sulle pareti dei palazzi e del fondo stradale. E’ soprattutto a causa di tale fenomeno, noto appunto come “effetto canyon”, che l’isola di calore si conserva anche nelle ore notturne. Infatti di notte il raffreddamento dell’aria, che ristagna entro i canyon, è molto più lento che nelle adiacenti aree rurali. Questo perché l’energia infrarossa irraggiata nell’ambiente dalle superfici che delimitano il corridoio stradale, anziché disperdersi liberamente nello spazio, viene in gran parte catturata e più volte riflessa dagli edifici che delimitano il corridoio stradale. Il canyon agisce come un corpo nero che assorbe tutte le radiazioni a onda corta che dall’alto penetrano al suo interno impedendo la dispersione della radiazione, portando fenomeni di riscaldamento delle superfici e di riduzione dell’effettivo albedo urbano.
Con il termine di albedo urbano si intende il rapporto tra la quantità di radiazione solare riflessa da tutte le superfici costruite e vegetali che definiscono il mosaico cittadino rispetto alla radiazione solare incidente su di esse assumendo come superficie di riferimento quella di delineamento della canopy urbana, ovvero l’ideale volume di atmosfera delimitato superiormente da una ipotetica superficie irregolare che segue l’andamento dello sky-line urbano, posta a qualche metro sopra le coperture degli edifici o degli alberi ad alto fusto; questo volume rappresenta la zona dove si registrano in modo più accentuato gli effetti dell’isola di calore.
L’intrappolamento della radiazione solare (ad onda corta) e infrarossa (ad onda lunga) è tanto più forte quanto più gli edifici sono alti rispetto alla larghezza della sede stradale, riducendo cosi il fattore di vista del cielo delle superfici urbane.
Studi sulla modellazione per l’osservazione della variabilità del valore di albedo per le città hanno evidenziato come le altezze degli edifici influiscano sul valore dell’albedo urbano. Più l’altezza degli edifici aumenta, più l’effetto canyon sarà accentuato con una maggiore quantità di energia intrappolata a cui consegue una riduzione dell’albedo urbano. Questo fenomeno risulta ancor più marcato nel caso in cui le altezze degli edifici siano pressoché uniformi; risulta invece avere minor entità quando le altezze degli edifici siano irregolari, tendendo ad una continua diminuzione qualora la differenza delle altezze delle costruzioni delineanti il canyon urbano sia maggiore. Questo comportamento è dovuto all’aumento del fattore di vista del cielo.
Il fattore di vista del cielo (Sky View Factor – SVF) consiste nella misurazione tridimensionale dell’angolo solido della vista del cielo da uno punto dello spazio urbano. Esso determina lo scambio di calore radiante tra la città e la volta celeste. Se l’SVF è pari a 1, significa che la vista del cielo è totale (come avviene per le superfici collocate in ampi spazi aperti o per le coperture degli edifici più alti) e le temperature ambientali sono principalmente legate alle condizioni climatiche e meteorologiche. Se l’SVF è prossimo allo 0 o comunque assume valori bassi significa che la vista del cielo è totalmente o parzialmente ostruita e le temperature sono fortemente legate al contesto urbano. Per comprendere quanto sia incidente lo scambio radiativo con la volta celeste e la sua radiazione si pensi ad esempio in regime invernale alla formazione di brina sulla nostre autovetture. Infatti nel caso in cui parcheggiassimo la nostra autovettura in un ampio piazzale durante le ore notturne, la mattina seguente la troveremmo con molta probabilità ricoperta di brina. Questo perché la carrozzeria dell’automobile durante le ore notturne ha continuato a cedere energia alla volta celeste abbassando di fatto la propria temperatura superficiale causando così la formazione di brina anche con temperature ambientali non necessariamente sotto gli 0°C (la temperatura superficiale della carrozzeria si può ritrovare anche di qualche grado sotto gli 0°C). Nel caso in cui invece la parcheggiassimo in strade relativamente strette rispetto all’altezza dell’edificio, questo fenomeno si verificherebbe con più rarità. Questo perché il canyon urbano riduce il fattore di vista del cielo e quindi la quantità di energia ceduta dalla superficie alla volta celeste. In regime estivo il secondo modello di scambio risulta quindi estremamente dannoso perché non consente alle superfici edilizie, nelle ore notturne, di cedere tutta l’energia incorporata durante le ore di insolazione, continuando cosi ad alimentare il surriscaldamento dell’aria all’interno della città.
In generale le fonti scientifiche definiscono l’albedo medio di una città entro un intervallo di valori in quanto la morfologia dell’ambiente urbano influenza questo valore. A livello normativo classificare un limite di albedo minimo da rispettare per una città può essere in certi casi non cosi corretto perché non si considera l’insieme delle eterogeneità che un’area di tali dimensioni ingloba. Infatti il fatto di incentivare la presenza di verde urbano all’interno delle città è sicuramente un aspetto positivo; esso però è caratterizzato da un valore di albedo piuttosto basso in quanto le superfici vegetali assorbono gran parte della radiazione solare e la rilasciano per la maggior parte sotto forma di calore latente. In effetti questa affermazione potrebbe sembrare un po’ in controtendenza con il discorso qui affrontato, se non che si ricorda che il beneficio introdotto dalle superfici vegetali non è legato al loro comportamento riflettente nei confronti della radiazione solare, ma alla loro capacità di regolarizzare le temperature superficiali attraverso i processi evapotraspirativi propri del processo vitale della vegetazione. Non da meno tutti i benefici legati alla formazione di zone d’ombra. La prescrizione normativa relativa all’albedo medio è quindi poco sensibile alla risoluzione del problema “ridurre l’effetto isola di calore” in quanto non viene considerata l’eterogeneità della città. Una procedura che si può ritenere più attendibile può consistere nello scomporre l’ambiente urbano in zone di destinazione secondo le proprie caratteristiche (residenziale, commerciale, industriale, spazi ricreativi). L’albedo medio di questi spazi potrebbe risultare confrontabile con un valore limite imposto da normativa.

_Hanno collaborato Marco Comi, Feliciano Farina_