La normativa del microclima urbano

Per comprendere meglio l’assetto normativo in materia di controllo della qualità ambiente del mosaico urbano in termini di riduzione dell’effetto isola di calore, dopo il primo articolo in cui abbiamo esplorato gli aspetti tecnici che influenzano questo fenomeno, affrontiamo l’articolato problema della normativa attraverso una tabella di sintesi in cui vengono riportate le tematiche di intervento comunemente trattate dalle fonti normative quali superfici costruite, vegetazione, ombreggiamento delle superfici e vento, e il loro grado di approfondimento. Per ogni prescrizione vengono inoltre riportati i contenuti della norma nell’”Indice delle prescrizioni”. Con riferimento al bilancio energetico di una superficie si riportano i parametri caratterizzanti il comportamento energetico di un corpo e la loro influenza su superfici, vegetazione, ombreggiamento e vento.

_Tematiche e disposizioni normative in materia di elemento di assetto urbano per il controllo del fenomeno di isola di calore._

*Legenda:*

● nella normativa viene indicata una prescrizione
○ nella normativa viene indicata una linea guida. Per linea guida si intende un criterio progettuale senza imporre dei limiti o delle prescrizioni. Ad esempio: aumentare l’albedo delle superfici; sfruttare i moti dei venti naturali e simili.

*Indice delle prescrizioni:*

1. Disporre la vegetazione per massimizzare l’ombreggiamento estivo sulle seguenti superfici in ordine di priorità: le superfici vetrate e trasparenti esposte a sud e sud ovest; le sezioni esterne di dissipazione del calore degli impianti di climatizzazione, i tetti e le coperture; le pareti esterne esposte a ovest, ad est ed a sud; le superfici capaci di assorbire radiazione solare entro 6 m dall’edificio; il terreno entro 1.5 m dall’edificio.
2. Interventi di piantumazione che abbiano solo d’estate una chioma folta.
3. Per quanto riguarda l’ombreggiamento delle zone adibite a parcheggio o di altre zone stradali utilizzate per lo stazionamento dei veicoli risultati significativi vengono ottenuti attenendosi alle seguenti prestazioni: almeno 10% dell’area lorda del parcheggio sia costituita di copertura verde.
4. Per ottenere un efficace ombreggiamento degli edifici occorre che gli alberi utilizzati vengano piantati a distanze tali che la chioma venga a situarsi a non più di 1,5 m di distanza dalla facciata da ombreggiare quando esposta ad est o ovest.
5. Per ottenere un efficace ombreggiamento degli edifici occorre che gli alberi utilizzati vengano piantati a distanze tali che la chioma venga a situarsi a non più di 1 m di distanza dalla facciata da ombreggiare quando esposta a sud.
6. Per quanto riguarda l’ombreggiamento delle zone adibite a parcheggio o di altre zone stradali utilizzate per lo stazionamento dei veicoli risultati significativi vengono ottenuti attenendosi alle seguenti prestazioni: il numero di alberi piantumati garantisca che la superficie coperta dalla loro chioma sia almeno il 50% dell’area lorda.
7. Per quanto riguarda l’ombreggiamento delle zone adibite a parcheggio o di altre zone stradali utilizzate per lo stazionamento dei veicoli risultati significativi vengono ottenuti attenendosi alle seguente prestazione: il perimetro dell’area sia delimitato da una cintura di verde di altezza non inferiore a 1 m.
8. Per quanto riguarda l’ombreggiamento delle zone adibite a parcheggio o di altre zone stradali utilizzate per lo stazionamento dei veicoli risultati significativi vengono ottenuti attenendosi alle seguenti prestazioni: il perimetro dell’area sia delimitato da una cintura di verde di opacità superiore al 75%.
9. Nella valutazione del comfort ambientale il protocollo valuta i valori di albedo; ad alti valori di albedo corrispondono valori elevati di punteggio. Questo contribuisce all’ottenimento della certificazione.
10. Nei nuovi interventi urbanistici ed edilizi la sistemazione esterna di piazze e spazi pubblici nonché delle aree libere nei nuovi interventi edilizi deve prevedere superfici permeabili per almeno metà delle aree.
11. Nei nuovi interventi urbanistici ed edilizi la sistemazione esterna di piazze e spazi pubblici nonché delle aree libere nei nuovi interventi edilizi deve prevedere alberature ad alto fusto nel numero minimo di 1 ogni 30 m2.
12. Nei nuovi interventi urbanistici ed edilizi la realizzazione di parcheggi pubblici e privati deve garantire la permeabilità delle aree attraverso la scelta di superfici che consentano la crescita dell’erba, con griglie antisdrucciolo.
13. Nei nuovi interventi urbanistici ed edilizi la realizzazione di parcheggi pubblici e privati deve garantire la permeabilità delle aree attraverso la scelta di superfici che consentano la crescita di alberature ad alto fusto distribuite nell’area in numero minimo di 1 ogni 4 posti auto.
14. Art. 19 bis – Garantire indice R.I.E per le zone a destinazione residenziale in un valore pari a 4 e per le zone a destinazione produttiva in un valore pari a 1,5.
15. Il progetto va verificato su apposita tavola progettuale, con l’impiago di maschere d’ombreggiamento dalle 12,00 alle 16,00 del 25 luglio ed evidenziazione di materiali e rispettivo albedo. Al fine della determinazione degli albedi, costituisce metodo empirico di verifica progettuale soddisfacente e conforme la rappresentazione in scala di grigi, dove l’albedo uguale a 0 corrisponde a nero e albedo uguale a 1 corrisponde a bianco. Dalla rappresentazione grafica deve evincere la prelevanza nelle zone esposte al sole dei toni chiari.
16. Per il verde circostante l’edificio devono essere piantati nuovi alberi di alto fusto a foglia caduca, la cui chioma a maturità copra una superficie pari al 20% della superficie fondiaria.
17. Per il verde sull’edificio il numero di alberi piantati deve garantire che la superficie coperta dalla chioma a maturità raggiunta sia uguale o superiore all’ 80% della superficie di parcheggio o stazionamento. Vanno visualizzate su apposita tavola grafica la proiezione degli ingombri delle chiome a maturità raggiunta rispetto alle aree a parcheggio e la delimitazione a verde arbustivo. Le tavole di progetto del verde dovranno contenere indicazioni delle essenze e di sezioni edificio-verde.

_Hanno collaborato Marco Comi, Feliciano Farina_

Grazie ad un nuovo processo sintetico è stato creato un elettrolita di solfuro solido dotato della più alta conduttività per gli ioni di sodio più alta mai registrata. Circa 10 volte superiore a quella richiesta per l'uso pratico

Batterie al Sodio allo Stato Solido più facili da Produrre

La batterie allo stato solido incarnano a tutti gli effetti il nuovo mega trend dell’accumulo elettrochimico. E mentre diverse aziende automobilistiche tentano di applicare questa tecnologia agli ioni di litio, c’è chi sta percorrendo strade parallele. É il caso di alcuni ingegneri dell’Università Metropolitana di Osaka, in Giappone. Qui i professori Osaka Atsushi Sakuda e Akitoshi Hayash hanno guidato un gruppo di ricerca nella realizzazione di batterie al sodio allo stato solido attraverso un innovativo processo di sintesi.

Batterie a Ioni Sodio, nuova Frontiera dell’Accumulo

Le batterie al sodio (conosciute erroneamente anche come batterie al sale) hanno conquistato negli ultimi anni parecchia attenzione da parte del mondo scientifico e industriale. L’abbondanza e la facilità di reperimento di questo metallo alcalino ne fanno un concorrente di primo livello dei confronti del litio. Inoltre l’impegno costante sul fronte delle prestazioni sta portando al superamento di alcuni svantaggi intrinseci, come la minore capacità. L’ultimo traguardo raggiunto in questo campo appartiene ad una ricerca cinese che ha realizzato un unità senza anodo con una densità di energia superiore ai 200 Wh/kg.

Integrare questa tecnologia con l’impiego di elettroliti solidi potrebbe teoricamente dare un’ulteriore boost alla densità energetica e migliorare i cicli di carica-scarica (nota dolente per le tradizionali batterie agli ioni di sodio). Quale elettrolita impiegare in questo caso? Quelli di solfuro rappresentano una scelta interessante grazie alla loro elevata conduttività ionica e lavorabilità. Peccato che la sintesi degli elettroliti solforati non sia così semplice e controllabile. Il che si traduce in un’elevata barriera per la produzione commerciale delle batterie al sodio allo stato solido.

Un Flusso di Polisolfuro reattivo

É qui che si inserisce il lavoro del team di Sakuda a Hayash. Gli ingegneri hanno messo a punto un processo sintetico che impiega sali fusi di polisolfuro reattivo per sviluppare elettroliti solidi solforati. Nel dettaglio utilizzando il flusso di polisolfuro Na₂S_x come reagente stechiometrico, i ricercatori hanno sintetizzato due elettroliti di solfuri di sodio dalle caratteristiche distintive, uno dotato della conduttività degli ioni di sodio più alta al mondo (circa 10 volte superiore a quella richiesta per l’uso pratico) e uno vetroso con elevata resistenza alla riduzione.

“Questo processo è utile per la produzione di quasi tutti i materiali solforati contenenti sodio, compresi elettroliti solidi e materiali attivi per elettrodi“, ha affermato il professor Sakuda. “Inoltre, rispetto ai metodi convenzionali, rende più semplice ottenere composti che mostrano prestazioni più elevate, quindi crediamo che diventerà una metodologia mainstream per il futuro sviluppo di materiali per batterie al sodio completamente allo stato solido“.  I risultati sono stati pubblicati su Energy Storage Materials and Inorganic Chemistry .

Un gruppo di scienziati della Lehigh University ha sviluppato un materiale dotato di una efficienza quantistica esterna di 90 punti percentuali sopra quella delle celle solari tradizionali

Nuovo materiale quantistico con un assorbimento solare medio dell’80%

Atomi di rame inseriti tra strati bidimensionali di seleniuro di germanio e solfuro di stagno. Questa la ricetta messa a punto dai fisici Srihari Kastuar e Chinedu Ekuma nei laboratori della Lehigh University, negli Stati Uniti, per dare una svecchiata alla prestazioni delle celle solari. Il duo di ricercatori ha così creato un nuovo materiale quantistico dalle interessanti proprietà fotovoltaiche. Impiegato come strato attivo in una cella prototipo, infatti, il nuovo materiale ha mostrato un assorbimento solare medio dell’80%, un alto tasso di generazione di portatori fotoeccitati e un’efficienza quantistica esterna (EQE) record del 190%. Secondo gli scienziati il risultato raggiunto supera di gran lunga il limite teorico di efficienza di Shockley-Queisser per i materiali a base di silicio e spinge il campo dei materiali quantistici per il fotovoltaico a nuovi livelli. 

leggi anche Fotovoltaico in perovskite, i punti quantici raggiungono un’efficienza record

L’efficienza quantistica esterna

Tocca fare una precisazione. L’efficienza quantistica esterna non va confusa con l’efficienza di conversione, il dato più celebre quando si parla di prestazioni solari. L’EQE rappresenta il rapporto tra il numero di elettroni che danno luogo a una corrente in un circuito esterno e il numero di fotoni incidenti ad una precisa lunghezza d’onda. 

Nelle celle solari tradizionali, l’EQE massimo è del 100%, tuttavia negli ultimi anni alcuni materiali e configurazioni avanzate hanno dimostrato la capacità di generare e raccogliere più di un elettrone da ogni fotone ad alta energia incidente, per un efficienza quantistica esterna superiore al 100%. Il risultato di Kastua e Ekuma, però, rappresenta un unicum nel settore.

Celle solari a banda intermedia

Per il loro lavoro due fisici sono partiti da un campo particolare della ricerca fotovoltaica. Parliamo delle celle solari a banda intermedia (IBSC – Intermediate Band Solar Cells), una tecnologia emergente che ha il potenziale per rivoluzionare la produzione di energia pulita. In questi sistemi la radiazione solare può eccitare i portatori dalla banda di valenza a quella di conduzione, oltre che direttamente, anche in maniera graduale. Come?  “Passando” per l’appunto attraverso stati di una banda intermedia, livelli energetici specifici posizionati all’interno della struttura elettronica di un materiale creato ad hoc. “Ciò consente a un singolo fotone di provocare generazioni multiple di eccitoni attraverso un processo di assorbimento in due fasi“, scrivono i due ricercatori sulla rivista Science Advances.

Nel nuovo materiale quantistico creato dagli scienziati della Lehigh University questi stati hanno livelli di energia all’interno dei gap di sottobanda ideali. Una volta testato all’interno di una cella fotovoltaica prototipale il materiale ha mostrato di poter migliorare l’assorbimento e la generazione di portatori nella gamma dello spettro dal vicino infrarosso alla luce visibile. 

La rivoluzione dei materiali quantistici

Il duo ha sviluppato il nuovo materiale sfruttando i “gap di van der Waals”, spazi atomicamente piccoli tra materiali bidimensionali stratificati. Questi spazi possono confinare molecole o ioni e gli scienziati dei materiali li usano comunemente per inserire, o “intercalare”, altri elementi per ottimizzare le proprietà dei materiali. Per la precisione hanno inserito atomi di rame tra strati di seleniuro di germanio e solfuro di stagno. “Rappresenta un candidato promettente per lo sviluppo di celle solari ad alta efficienza di prossima generazione – ha sottolineato Ekuma – che svolgeranno un ruolo cruciale nell’affrontare il fabbisogno energetico globale“.