Studio dello scambio radiativo in un canyon urbano: analisi delle riflessioni multiple come una delle cause del fenomeno uhi e di un possibile intervento di mitigazione

Negli ultimi secoli la crescita demografica mondiale e il processo di urbanizzazione hanno determinato una considerevole modifica del territorio da parte dell’uomo. Uno degli effetti provocati da questa trasformazione è il cambiamento del microclima nelle aree urbane dove l’ambiente ha subito alterazioni più profonde. Il termine isola di calore urbana (Urban Heat Island - UHI) è utilizzato per identificare il fenomeno che determina temperature maggiori nelle aree cittadine rispetto alle circostanti zone periferiche e rurali. L’indicatore utilizzato per quantificare questo scostamento è l’intensità dell’isola di calore (UHI intensity), definita come differenza tra la temperatura urbana e quella rurale. L’isola di calore è un fenomeno che condiziona inevitabilmente l’ambiente cittadino e la qualità della vita della popolazione urbana. Nonostante le maggiori temperature esistenti in città possano essere considerate un effetto positivo durante il periodo invernale, poiché riducono il carico di riscaldamento, le conseguenze negative dell’UHI sembrano superarne i benefici. È durante la stagione estiva infatti che si verifica la massima richiesta annuale di potenza elettrica e l’effetto isola di calore contribuisce a incrementare l’entità della domanda. L’utilizzo massiccio degli impianti di condizionamento, oltre a provocare maggiori emissioni di calore antropogenico che aumentano ulteriormente la temperatura, determina maggiori emissioni di gas serra e di inquinanti, riducendo la qualità dell’aria. Entrambi questi effetti danneggiano la salute umana e contribuiscono a generare stati di malessere soprattutto nei soggetti più deboli, come bambini e anziani. Infine, l’elevata temperatura delle superfici riscalda in maniera anomala l’acqua piovana che defluisce poi in ruscelli, fiumi, stagni e laghi; tale inquinamento termico dell’ecosistema influisce negativamente sul metabolismo e sulla riproduzione di molte specie acquatiche (1). L’entità del fenomeno varia notevolmente con le condizioni atmosferiche, la stagione e l’ora del giorno ma si presenta in tutte le metropoli, indifferentemente dalla regione climatica in cui esse sono situate. Per la città di Roma, durante le giornate estive, la differenza di temperatura rilevata tra le stazioni meteorologiche rurali situate più lontane dagli agglomerati cittadini e quelle urbane si attesta intorno a 1°C. Durante la notte, la situazione si capovolge: la differenza di temperatura cambia segno e può arrivare fino a 3°C [CCVS]. Kolokotsa et al. [2] ha studiato il fenomeno dell'UHI a Hania, in Grecia, trovando un'intensità massima giornaliera di 8°C e una differenza di temperatura urbana-rurale media di quasi 2.6°C. Più recentemente, Giannopoulou et al. [3] hanno riportato una intensità dell'UHI tra 3°C e 5.3°C durante il giorno e tra 1.3°C e 2.3°C durante la notte per la città di Atene. La combinazione dell'isola di calore urbana con il fenomeno del riscaldamento globale rende il tutto particolarmente degno di attenzione anche da un punto di vista energetico. Gli scenari climatici previsti per i prossimi 100 anni [4] prevedono un aumento delle notti tropicali (>20°C) e delle giornate calde (>35°C) per il bacino del Mediterraneo. Temperature più elevate innalzano il fabbisogno di energia per il raffrescamento [5-10] causando un aumento significativo del consumo energetico degli edifici con negative ricadute sull'impatto ambientale. Emerge pertanto come l'UHI sia un parametro di indiscusso peso per la corretta stima dei fabbisogni energetici degli edifici. Nonostante ciò, nella pratica di valutazione energetica il fenomeno dell'UHI è per lo più completamente ignorato. Detta valutazione energetica viene eseguita per mezzo di software commerciali (certificati dal CTI) che si basano non solo su dati di input provenienti da stazioni metereologiche situate in zone aeroportuali, e dunque rurali e scevri dall'effetto dell'isola di calore urbana, ma anche su un'analisi di tipo quasi-stazionaria dei parametri di input meteoreologico (medi mensili). Un simile approccio comporta un ulteriore incremento dell'inaffidabilità e dell'inaccuratezza delle previsioni energetiche. Questi programmi di simulazione infatti, proprio in virtù del loro approccio, non tengono conto di aspetti fondamentali quali l'inerzia delle pareti, la capacità termica dell'involucro e gli effetti delle variazioni climatiche nell'arco delle 24 ore. In estate, ad esempio, si possono avere escursioni termiche anche di 15 gradi tra giorno e notte; considerare una temperatura media (neanche giornaliera ma addirittura mensile) può essere da un lato una soluzione di comodo ma è sicuramente sintomo di un approccio approssimativo al problema. L’obiettivo del mio percorso di ricerca di dottorato è stato quello di eseguire uno studio dettagliato del microclima urbano, che tenga conto dell'intensità dell'UHI attraverso un'analisi non più quasi-stazionaria bensì dinamica dei dati meteo grazie alla messa a punto di uno specifico modello in TRNSYS.