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1 CONCETTI BASE DELLA COMPOSIZIONE L6 Docente: Federica Rosso, PhD, Eng.  2 Indice Ambiente naturale e costruito Il concetto di forma, funzione e tecnica - La sosteni...

1 CONCETTI BASE DELLA COMPOSIZIONE L6 Docente: Federica Rosso, PhD, Eng.  2 Indice Ambiente naturale e costruito Il concetto di forma, funzione e tecnica - La sostenibilità Il cambiamento climatico L’isola di calore urbano Federica Rosso  3 Indice della lezione L’isola di calore urbano Definizione e descrizione del fenomeno Tipi di Isola di calore Le cause Gli effetti Perchè è importante mitigare questo fenomeno Approfondimenti Federica Rosso, PhD  4 L’isola di calore urbano, Urban Heat Island, è un fenomeno per il quale la temperatura nelle aree urbane è più alta (+5-10°C) della temperatura nelle aree rurali circostanti. Essa causa: cambiamenti radicali nelle caratteristiche radiative, termodinamiche e aerodinamiche della superficie rispetto a quelle delle zone rurali circostanti. modifiche nei parametri meteo-climatici quali: temperatura superficiale, umidità, precipitazioni, nebbia, qualità dell’aria, altezza dello strato di rimescolamento, profilo di vento.  5 L’isola di calore urbano “Urban-Hazard Risk Analysis: Mapping of Heat-Related Risks in the Elderly in Major Italian Cities”, 2015, Marco Morabito Alfonso Crisci Beniamino Gioli Giovanni Gualtieri Piero Toscano Valentina Di Stefano Simone Orlandini Gian Franco Gensini, PLOS ONE. Federica Rosso, PhD  6 L’isola di calore urbano Federica Rosso, PhD  7 Le cause Poche/mancanti aree verdi e specchi d’acqua Ridotta evapotraspirazione (L’Evapotraspirazione indica la quantità d’acqua che, dal terreno e dalle piante, passa sotto forma di vapore all’aria) Terreno permeabile Terreno impermeabile Federica Rosso, PhD  8 Le cause Poche/mancanti aree verdi e specchi d’acqua Ridotta evapotraspirazione Le piante sono in grado di assorbire energia solare (in particolare la radiazione visibile, la più calda) che, attraverso il processo foto-sintetico, trasformano in energia biochimica. Gli effetti microclimatici dovuti alla evapotraspirazione sono riscontrabili soprattutto in aree esposte all’incidenza di una forte radiazione solare ma poco ventilate. Particolarmente efficace è l'effetto refrigerante degli alberi che sottraggono calore all'ambiente sia mediante le foglie che attraverso l'ombra proiettata al suolo. Relativamente ridotto in presenza di singoli alberi, l’effetto diventa decisamente sensibile in caso di ampie zone verdi: molti autori concordano nell’individuare una differenza di temperatura dell’aria di 2-4°C fra gli spazi interclusi in grandi aree verdi (dell’ordine di 50 ha) e quelli dell’ambiente costruito immediatamente circostante. Da tali premesse deriva che l’uso del verde urbano può essere proficuamente gestito come sistema passivo, da integrare opportunamente agli edifici, per migliorarne il microclima estivo e la qualità dell’aria. Federica Rosso, PhD  9 Le cause Ridotta circolazione d’aria, dovuta alla morfologia urbana densa. Federica Rosso, PhD  10 Le cause Ridotta circolazione d’aria, dovuta alla morfologia urbana densa. Dato il maggior attrito con le superfici, nelle grandi città la velocità del vento è di circa il 25% inferiore rispetto alle aree rurali, con riduzioni che si accentuano in situazioni di vento forte. La presenza di un edificio o di un gruppo di edifici, oltre a determinare interazioni tra superficie ed atmosfera nel campo della temperatura e dell'umidità, ha infatti un impatto di tipo aerodinamico soprattutto nelle situazioni a ventilazione sostenuta, in cui la superficie discontinua delle aree costruite accresce la turbolenza ed i vortici ed i volumi più consistenti determinano effetti d'incanalamento. Federica Rosso, PhD  11 Le cause L’accumulo di calore antropogenico è una sorgente di calore che viene dalle attività umane e dai consumi energetici ad esse connessi. Federica Rosso, PhD  12 Le cause L’accumulo di calore antropogenico Differenti sorgenti di calore di origine antropica: traffico veicolare; riscaldamento e raffrescamento; industrie; metabolismo umano. Federica Rosso, PhD  13 Le cause L’assorbimento della radiazione solare da parte dei materiali che compongono l’ambiente costruito Dipende dalla riflettanza solare (da 0 a 1, la capacità di un materiale di riflettere la radiazione del sole) e dall’emissività termica (da 0 a 1, capacità di emettere il calore assorbito) Federica Rosso, PhD  15 Tipi di isola di calore UHI superficialeAumento di temperatura superficiale: è dovuto all’assorbimento di calore da parte dei materiali che costituiscono la città. E’ più forte durante il giorno, con maggiore radiazione solare. +4-8°C UHI atmosfericaAumento di temperatura dell’aria: è dovuto al rilascio di calore accumulato dall’ambiente costruito durante tutto il giorno. E’ più forte nelle ore notturne. +10-12°C Federica Rosso, PhD  16 Il canyon urbano È definito come una strada costeggiata ai lati da edifici, e l'incrocio cioè uno slargo ampio in cui confluisce e si distribuisce il traffico proveniente da più strade. I canyon urbani catturano una maggiore quantità di radiazione solare, intrappolata dalla numerose riflessioni multiple che i raggi solari subiscono da parte delle pareti dei palazzi e del fondo stradale. L'intrappolamento della radiazione solare e infrarossa è tanto maggiore, quanto più gli edifici sono alti (H) rispetto alla larghezza (L) della via (rapporto H/L). Federica Rosso, PhD  17 Il canyon urbano Il campo di temperatura all’interno dei canyon urbani ha effetti diretti sul comfort umano e sulle performance energetiche degli edifici. Esso dipende da diversi fattori: fattore di forma (H/L); Orientamento (nord-sud, est- ovest,…); materiali degli edifici e della strada; emissione di calore di origine antropica. Federica Rosso, PhD  18 Gli effetti di giorno, la prevalenza del flusso di calore sensibile sul flusso di calore latente (dovuta alla impermeabilità delle superfici e alla scarsa vegetazione) riscalda la struttura urbana; nel pomeriggio il flusso di calore sensibile cala più gradualmente rispetto alle aree rurali, e addirittura di notte spesso resta positivo; nel tardo pomeriggio e di sera la struttura urbana rilascia una quantità significativa di calore, immagazzinato durante la giornata; il flusso di calore antropogenico costituisce una sorgente aggiuntiva di energia; raramente è la causa principale dell’isola di calore, tuttavia può essere importante, specie d’inverno con venti deboli e in condizioni di stabilità atmosferica (inversione termica). Federica Rosso, PhD  19 Gli effetti Aumento di temperatura nelle ore diurne, ma soprattutto notturne. Federica Rosso, PhD  21 Gli effetti Maggiori consumi di energia Le alte temperature estive aumentano la domanda di energia per il raffrescamento. La domanda di elettricità per il raffrescamento aumenta del 1,5-2,0% per ogni aumento di temperatura dell'aria pari a 0,6 ° C, a partire da 68 a 77 ° F (20-25 ° C), suggerendo che il 5-10% di elettricità è necessaria per compensare l’isola di calore. Durante le ondate di calore, estremamente aggravate dall’ UHI, la domanda per il raffrescamento può sovraccaricare i sistemi e causare blackout e interruzioni di corrente. Federica Rosso, PhD  22 Gli effetti Maggiori rischi per la salute umana e minore comfort termico L'aumento delle temperature diurne, il ridotto raffreddamento notturno e i livelli di inquinamento dell'aria più elevati associati alle isole di calore urbane possono influenzare la salute umana provocando dis-comfort generale, difficoltà respiratorie, problemi di salute mortali e non. Le isole calde possono anche esacerbare l'impatto delle ondate di calore (periodi di tempo anormalmente caldo e spesso umido). La parte più sensibile della popolazione, come i bambini, gli adulti più anziani e quelli con condizioni di salute precarie, è particolarmente a rischio in questi eventi. Eventi di caldo eccessivi o bruschi aumenti di temperatura sono particolarmente pericolosi e possono portare a una percentuale di mortalità superiore alla media. Secondo la letteratura,dal 1979 al 2003 l'esposizione eccessiva al calore ha contribuito a più di 8.000 decessi prematuri negli Stati Uniti. Questa cifra supera il numero di mortalità derivanti dagli uragani, dai fulmini, dai tornado, dalle inondazioni e dai terremoti. Federica Rosso, PhD  23 Gli effetti Maggiori emissioni di inquinanti Come appena descritto, le isole di calore urbano aumentano la domanda di energia elettrica in estate. Le aziende che forniscono energia elettrica in genere si affidano alle centrali elettriche a combustibile fossile per soddisfare gran parte di questa domanda, che a sua volta porta ad un aumento delle emissioni di inquinanti atmosferici e di gas a effetto serra. Oltre al loro impatto sulle emissioni energetiche, le temperature elevate possono aumentare direttamente il tasso di formazione di ozono a livello del suolo. Più ozono a livello del terreno si forma quando l'ambiente diventa più soleggiato e più caldo Federica Rosso, PhD  24 Gli effetti Deterioramento della qualità dell’acqua Le alte temperature delle pavimentazioni e dei tetti riscaldano l’acqua di risulta. É‘ stato dimostrato che le superfici orizzontali urbane sono a circa 38ºC e possono aumentare la temperatura iniziale delle acque piovane da 21ºC fino a oltre 35ºC. Quest’acqua, defluendo, aumenta la temperatura dell’acqua quando viene immessa in canali, fiumi, laghi e specchi d’acqua. Di conseguenza, la temperatura dell’acqua influisce sulle specie acquatiche e sul loro ecosistema, modificandolo. Federica Rosso, PhD  25 Come ci riguarda? Una progettazione consapevole degli spazi urbani e degli edifici può mitigare l’UHI Sapere quali sono le cause legate agli edifici (i materiali che li costituiscono, etc) fa si che si possano ridurre in fase di progettazione dell’opera architettonica Federica Rosso, PhD  26 Per approfondire -Progetto UHI Comunità Europea http://eu-uhi.eu/it/ -EPA, Agenzia di Protezione dell’Ambiente USA, pagina sull’isola di calore: https://www.epa.gov/heat-islands Federica Rosso, PhD