Le città registrano temperature costantemente più elevate rispetto alle campagne circostanti. Si tratta di un fenomeno che è causato da diversi fattori concorrenti. Ma esistono diverse soluzioni per avere città più fresche.
Si chiamano Cooling Bricks (o moduli in ceramica per il raffreddamento urbano) e rappresentano una delle innovazioni più promettenti nell’ambito del green building e dell’urbanistica sostenibile per contrastare il fenomeno delle isole di calore urbane (Urban Heat Island – UHI).
Si tratta di sistemi ceramici modulari che sfruttano il principio del raffreddamento evaporativo bio-ispirato, unendo la fisica tradizionale dei materiali porosi alle moderne tecnologie di fabbricazione digitale come la stampa 3D.
Il contesto: il fenomeno delle isole di calore urbane
Questo fenomeno è causato da diversi fattori concorrenti. Innanzitutto la cementificazione e asfalto perché i materiali da costruzione tradizionali assorbono la radiazione solare durante il giorno e la rilasciano sotto forma di calore durante la notte. In seconda istanza la geometria urbana (effetto “canyon”) in quanto gli edifici alti intrappolano la radiazione termica e riducono la circolazione del vento. A questi due elementi si somma il disastroso fenomeno della perdita di vegetazione, perché la riduzione delle aree verdi limita i naturali processi di evapotraspirazione delle piante cui si somma il calore antropogenico, derivante da impianti di condizionamento, traffico veicolare e attività industriali immagino costantemente calore residuo nell’aria.
L’uso massiccio dei condizionatori tradizionali crea un circolo vizioso: per raffreddare gli interni degli edifici, gli impianti espellono aria calda all’esterno, aumentando ulteriormente la temperatura dell’aria urbana. I moduli ceramici di raffreddamento nascono per spezzare questo ciclo offrendo una soluzione a zero consumo energetico diretto (passive cooling).
Come funzionano i cubi e moduli ceramici
Il funzionamento di questi elementi si basa su concetti di fisica molecolare e termodinamica applicati all’architettura:
Il principio del raffreddamento evaporativo
Quando l’acqua passa dallo stato liquido allo stato gassoso (evaporazione), assorbe energia termica dall’ambiente circostante. Tale energia è definita calore latente di evaporazione. I moduli ceramici immagazzinano acqua all’interno della loro struttura porous-capillare; quando l’aria calda e secca attraversa il modulo, l’acqua evapora sottraendo calore all’aria e abbassandone la temperatura in modo significativo.
Capillarità della ceramica
La terracotta e la ceramica non vetrificata possiedono una porosità naturale misurabile su scala micrometrica. Questa struttura funziona esattamente come la spugna o la pelle umana: per capillarità, il materiale assorbe l’acqua (da riserve alla base, acqua piovana o sistemi di riciclo) e la distribuisce uniformemente su tutta la superficie esposta all’aria.
Geometria complessa e Stampa 3D
A differenza di un semplice blocco di terracotta pieno, questi moduli vengono progettati con geometrie interne tridimensionali altamente complesse, spesso realizzate tramite stampa 3D di argilla. I vantaggi della forma geometrica includono la massimizzazione dell’area superficiale che aumenta la superficie di contatto tra l’acqua presente nel materiale e l’aria di passaggio. Permettono di creare il c.d. effetto Venturi in quanto i micro-canali e i trafori interni accelerano la velocità del flusso d’aria all’interno del blocco, ottimizzando lo scambio termico senza bisogno di ventole meccaniche. Non ultima la possibilità di creare un ombreggiamento autonomo, grazie alla conformazione delle alette e delle cavità che protegge l’acqua interna dall’irraggiamento solare diretto, evitando che evaporazioni troppo rapide svuotino il modulo prima dell’effetto rinfrescante.
Progetti pionieristici e architetture di riferimento
La ricerca e l’applicazione dei blocchi ceramici evaporativi conta diversi progetti iconici a livello internazionale.
CoolAnt (India)
Sviluppato dallo studio Monish Siripurapu / Ant Studio, questo sistema reinterpreta le tradizionali jaali (grate decorative indiane). Utilizza moduli ceramici strutturati a nido d’ape o a tubo attraverso cui scorre acqua riciclata. Installato all’esterno delle fabbriche o negli spazi pubblici, riduce le temperature locali fino a 10-15 °C nelle dirette vicinanze, riducendo drasticamente la domanda di aria condizionata.
Hydroceramics (IAAC – Barcelona)
I ricercatori dell’ Institute for Advanced Architecture of Catalonia (IAAC) hanno combinato la ceramica porosa con l’idrogel (un polimero capace di assorbire fino a 500 volte il suo peso in acqua). Quando la temperatura esterna aumenta, l’acqua contenuta nell’idrogel all’interno dei mattoni ceramici evapora, riducendo la temperatura interna degli edifici fino a 5 °C e aumentando l’umidità relativa nei climi molto secchi.
Cool Brick (Emerging Objects)
Progettato negli Stati Uniti tramite manifattura additiva, il Cool Brick è un mattone modulare stampato in 3D che può essere impilato per formare intere pareti. La sua struttura reticolare consente di trattenere l’acqua come una spugna, permettendo all’aria esterna di raffreddarsi mentre attraversa la parete muraria.
Vantaggi ambientali ed economici
L’adozione su larga scala di elementi ceramici evaporativi negli spazi urbani offre molteplici benefici:
Sostenibilità ed eco-compatibilità: La terracotta è un materiale naturale, ampiamente disponibile, riciclabile e privo di sostanze tossiche o refrigeranti chimici (come gli idrofluorocarburi HFC).
Efficienza energetica passive: Non richiede energia elettrica per il funzionamento (se si esclude il pompaggio dell’acqua, che può essere gestito a gravità o con piccoli pannelli solari).
Miglioramento del microclima urbano: Riduce lo stress termico per i pedoni nelle piazze, nelle fermate dei bus, lungo i percorsi pedonali e nei cortili interni degli edifici.
Integrazione con la gestione delle acque piovane (NBS): Può essere integrato nei sistemi di raccolta dell’acqua piovana (Rainwater Harvesting), utilizzando l’acqua delle tempeste estive per alimentare i moduli durante le successive ondate di calore.
Valore estetico e bioclimatico: La ceramica stampata in 3D unisce la funzionalità tecnica a un design contemporaneo ed espressivo, arricchendo l’architettura della città.
Sfide e prospettive future
Nonostante i notevoli vantaggi, l’applicazione dei cubi ceramici su scala urbana presenta alcune sfide operative da considerare quali la disponibilità idrica poichè, soprattutto nei climi estremamente aridi dove il raffreddamento evaporativo è più efficace, l’acqua è una risorsa preziosa. Proprio per questo è fondamentale impiegare esclusivamente acque grigie trattate o acqua piovana di recupero. Si registra, inoltre, una maggiore efficienza legata all’umidità. L’efficacia del raffreddamento evaporativo cala drasticamente in ambienti già saturi di umidità (climi caldo-umidi). Funziona al massimo delle sue capacità in climi torridi e secchi (come le regioni mediterranee o desertiche). È inoltre prevedere una costante manutenzione e bio-fouling in quanto il contatto prolungato con l’acqua non filtrata può portare alla formazione di alghe, muffe o depositi di calcare all’interno dei micro-pori della ceramica, riducendone la permeabilità nel tempo. Infine va tenuto conto della necessità di realizzare una scalabilità produttiva. La produzione tramite stampa 3D su larga scala richiede la standardizzazione dei processi industriali per abbattere i costi rispetto ai materiali da costruzione tradizionali.
I cubi e i moduli di ceramica per il raffreddamento urbano rappresentano un perfetto connubio tra la saggezza costruttiva tradizionale e le tecnologie parametriche avanzate. Integrati nelle facciate degli edifici, nelle barriere acustiche o nell’arredo urbano, offrono una risposta concreta, elegante e passiva per rendere le città del futuro più resilienti ai cambiamenti climatici e più vivibili durante le stagioni estive.
Roberto Greco