Ceramica e riflettanza solare: materiali cool per il comfort ambientale urbano

Ceramica e sostenibilità ambientale: inquadramento generale

Abbiamo già esplorato il tema della sostenibilità del prodotto ceramico in precedenti articoli, analizzandone l'impatto lungo l'intero ciclo di vita, dalla produzione allo smaltimento. A tal proposito, vi invitiamo a leggere "Rivestimenti in ceramica: il contributo alla sostenibilità e al benessere ambientale" per un approfondimento dedicato.

L'introduzione sul mercato del gres porcellanato in formati sempre più grandi e con spessori ridotti ha trasformato questo materiale in una soluzione innovativa e versatile per il rivestimento delle facciate esterne degli edifici, secondo diverse modalità di installazione:

• Facciata incollata su parete
• Facciata incollata su cappotto
• Facciata agganciata meccanicamente
• Facciata agganciata meccanicamente e ventilata
• Facciata agganciata meccanicamente, ventilata e con isolante

Oltre al rivestimento verticale, la ceramica mantiene un ruolo di rilievo nella realizzazione di pavimentazioni per spazi outdoor di terrazze, dehors, bordi piscina, percorsi pedonali e carrabili etc.. In questo caso, le tecniche di posa spaziano dall’installazione su massetto con adesivo, ai pavimenti flottanti, alla posa sopraelevata su supporti.

L'impiego della ceramica per rivestire l'involucro edilizio rappresenta un'ottima scelta, poiché unisce efficienza tecnica, valore estetico e rispetto per l'ambiente. Per ulteriori approfondimenti sul tema, vi consiglio la lettura dell’articolo "Uso della ceramica per rivestire l'involucro edilizio".

In questo articolo, tuttavia, ci focalizzeremo su una caratteristica emersa negli ultimi anni, ossia la capacità della ceramica di contribuire al benessere urbano attraverso la mitigazione del fenomeno noto come “effetto isola di calore”.

Cool Roof, Cool Floor e Cool Facade: Strategie innovative contro l’effetto isola di calore

Oggi sappiamo che le città sono significativamente più calde rispetto alle zone rurali, poiché gli edifici assorbono i raggi solari durante il giorno e li rilasciano sotto forma di energia termica durante la notte. Inoltre, le fonti energetiche utilizzate per il riscaldamento e il raffrescamento degli edifici accentuano ulteriormente l’innalzamento delle temperature ambientali. In ambito urbano, i tetti e le pavimentazioni costituiscono rispettivamente fino al 40% delle superfici esposte alla luce solare, rendendo evidente come una riduzione delle radiazioni assorbite, ottenibile attraverso l’aumento della riflettanza solare, possa abbassare le temperature locali.

La California è stata tra i primi luoghi al mondo a comprendere l’importanza delle superfici riflettenti e ad alta emissività, in particolare per le coperture. Questo approccio, noto come "Cool Roof", è stato subito riconosciuto come un efficace strumento per affrontare il fenomeno dell’effetto isola di calore e promuovere il risparmio energetico.

Appare quindi evidente che limitare il tema dell’involucro a un mero aspetto estetico sia oltremodo riduttivo.

ISOLA DI CALORE

L’effetto "isola di calore" è il fenomeno che determina un aumento significativo delle temperature nelle aree urbane rispetto a quelle rurali, con differenze che possono variare tra 1°C e 6°C. Questo squilibrio genera un circolo vizioso, in cui il riscaldamento dell’ambiente circostante amplifica la necessità di raffrescamento, aumentando i consumi energetici, il rischio di black-out e l’inquinamento atmosferico.
Le coperture scure, incapaci di riflettere efficacemente il calore solare, trasferiscono la maggior parte dell’energia termica agli ambienti interni, causando alti costi di condizionamento e riducendo il comfort abitativo. L’impatto di questo fenomeno cresce proporzionalmente all’incidenza della superficie di copertura rispetto all’intero involucro edilizio.

L'importanza della ceramica nell'edilizia sostenibile: durabilità e riflettanza solare

Nell’ambito degli involucri edilizi, concepiti come una sintesi tra aspetti estetici e tecnico-prestazionali, la ceramica riveste un ruolo fondamentale, grazie alle sue caratteristiche che soddisfano molteplici esigenze:

• Sostenibilità produttiva
• Durabilità
• Resistenza ai raggi UV
• Ottimizzazione dei consumi energetici
• Comfort e salubrità ambientale (interno ed esterno)
• Caratterizzazione estetico-architettonica

La ceramica, pertanto, si distingue in applicazioni innovative e versatili, tra cui:

• Facciate ventilate, che favoriscono isolamento o raffrescamento grazie all’effetto camino.
• Utilizzo su pannelli isolanti per cappotti termici, migliorando l’efficienza energetica.
• Smalti speciali, capaci di interagire con l’inquinamento atmosferico, riducendo la concentrazione di sostanze nocive.
• Pavimenti sopraelevati, che creano intercapedini isolanti e ottimizzano la gestione degli spazi.
• Frangisole, progettati per attenuare l’impatto dei raggi solari.

In particolare, la ceramica si colloca tra i materiali cosiddetti “cool”, grazie alla sua capacità di contribuire alla riflettanza solare, alla mitigazione dell’effetto isola di calore e al miglioramento del comfort termico urbano.

Una parete ventilata, ad esempio, può unire alle insite caratteristiche funzionali una elevata capacità riflettente usando piastrelle con SRI adeguato.

La mitigazione dell’effetto isola di calore nelle aree urbane rappresenta uno degli obiettivi principali dei CAM (Criteri Ambientali Minimi). Il Decreto Ministeriale 23 giugno 2022, n. 256, pubblicato sulla G.U. n. 183 del 6 agosto 2022 e in vigore dal 4 dicembre 2022, ha sancito l’adozione di questi criteri nell’edilizia, promuovendo pratiche progettuali e materiali sostenibili. Questo provvedimento, noto come Decreto CAM (vedi ultimo Testo Coordinato a seguito Decreto correttivo 5 agosto 2024 del Ministero dell’ambiente e della sicurezza energetica), si allinea alle strategie di tutela ambientale già consolidate a livello internazionale, rafforzando l’impegno per una costruzione più responsabile e rispettosa dell’ambiente.

Per quanto riguarda l’indice SRI, nella sezione 2.3.3 del suddetto decreto, relativa alla “Riduzione dell’effetto “isola di calore estiva” e dell’inquinamento atmosferico”, per le superfici impermeabili è previsto l’uso di materiali ad alto indice di riflessione solare come segue:

• superfici esterne pavimentate (es. percorsi pedonali, marciapiedi, piazze, piste ciclabili etc.): indice SRI ≥ 29
• materiali impiegati per le coperture devono garantire un indice SRI di almeno 29, nei casi di pendenza maggiore del 15%, e di almeno 76, per le coperture con pendenza minore o uguale al 15%.

Alle misure di tipo cogente, si aggiungono provvedimenti con carattere volontario, tra questi vi sono in particolare i protocolli ambientali quali LEED® (Leadership in Energy and Environmental Design) e ITACA (UNI/PdR 13:2015).

INDICE DI RIFLETTANZA SOLARE (SRI)

L’SRI, o Indice di Riflettanza Solare, è il parametro principale che coniuga i valori di riflettanza e emissività, ed esprime la capacità di una superficie di riflettere la radiazione solare e disperdere il calore.

Riflettanza solare (ρ): Rappresenta la frazione di radiazione solare che una superficie riflette. È un valore compreso tra 0 (materiale completamente assorbente) e 1 (materiale totalmente riflettente). Secondo il protocollo LEED, ad esempio, la riflettenza di una copertura con forte pendenza deve avere un ρ≥29 mentre una copertura a bassa pendenza deve avere un ρ≥78. Il calcolo viene basato secondo ASTM E 1980.

Emissività termica (ε): Indica la capacità di una superficie di dissipare il calore sotto forma di radiazione termica verso l'ambiente.

Le superfici in ceramica, grazie alle loro proprietà uniche e alla facile integrazione con altri materiali, si rivelano particolarmente adatte a soddisfare questa esigenza. Piastrelle e lastre ceramiche di colore chiaro, infatti, possono contribuire in modo significativo al controllo del microclima urbano, riflettendo fino all’80% della radiazione solare e riducendo l’accumulo di calore nelle aree urbane.

Il valore di Light Reflectance Value (LRV) per le piastrelle ceramiche è definito da norma ISO 10545 -18:2021.

Tecnologie avanzate per migliorare il valore SRI della ceramica

Secondo un articolo pubblicato su Ceramica.info, sono state sviluppate tecnologie innovative in grado di incrementare il valore di SRI, non solo attraverso la scelta di colori adeguati, ma intervenendo direttamente sulla composizione degli smalti. Tra queste tecnologie troviamo:

• Pigmenti CIP (Complex Inorganic Pigments), progettati per migliorare la riflettanza.
• Pigmenti IR riflettenti, ottenuti ricoprendo pigmenti bianchi con coloranti organici.
• Flakes metallici, di vetro o ceramici, rivestiti con thin film IR riflettenti per aumentare la riflettività.
• Tecnologia micro mirror, basata su vetro borosilicato e argento metallico per migliorare la riflessione solare.
• Flakes con un core IR riflettente, per ottimizzare le prestazioni termiche.
• Microsfere cave di vetro con diametri variabili, utili per ridurre la conducibilità termica del coating.

Queste soluzioni rappresentano un significativo passo avanti nel miglioramento delle prestazioni dei materiali ceramici in termini di riflettanza solare e sostenibilità ambientale.

In conclusione, il rivestimento di un involucro abitativo, commerciale o industriale richiede una progettazione accurata e in linea con le attuali esigenze di sostenibilità energetica e ambientale.

La collaborazione con aziende produttrici qualificate è essenziale per selezionare materiali con un Indice di Riflettanza Solare (SRI) adeguato, capaci di garantire prestazioni durature nel tempo senza necessità di manutenzioni o interventi di ripristino. 

Infine, una progettazione attenta non solo soddisfa requisiti funzionali ed energetici, ma permette anche di realizzare soluzioni estetiche di alto pregio e caratterizzazione, valorizzando al contempo l’edificio e il contesto urbano.