Roof pond, come riscaldare e rinfrescare la propria casa con il tetto d'acqua

Qualsiasi modello abitativo o edilizio che si ponga l'obiettivo di diminuire i consumi energetici provenienti da fonti fossili deve necessariamente utilizzare due strumenti: la riduzione del fabbisogno energetico, attraverso una corretta progettazione; l'utilizzo di fonti energetiche rinnovabili per la produzione dell'energia termica ed elettrica di cui l'edificio ha bisogno. Affinché si ottengano le migliori prestazioni energetiche, dunque, è opportuno che un edificio sia dotato sia di sistemi attivi per la produzione di energia da fonte rinnovabile, sia di sistemi passivi che sfruttino le fonti energetiche disponibili gratuitamente in natura grazie alla corretta composizione della stessa struttura dell'edificio. L'energia solare, com'è noto, è quella maggiormente utilizzata sia come fonte termica che come fonte di energia elettrica. 

Al momento della progettazione di un edificio, quindi, è opportuno prendere in considerazione anche alcune soluzioni che consentono di rendere la struttura in grado di funzionare essa stessa da collettore solare, adottando i sistemi passivi che di volta in volta risultino più opportuni a seconda della tipologia di edificio, del luogo in cui ci si trova, delle condizioni climatico-ambientali e così via. Tra i vari sistemi passivi si segnala il "Roof Pond", o tetto d'acqua, il quale può fornire un discreto contributo in termini di efficienza termica sia invernale che estiva, se utilizzato nel contesto climatico opportuno e in quegli edifici che ne consentono l'installazione. 

Cos'è il Roof Pond

Il tetto ad acqua rientra tra i cosiddetti sistemi passivi a guadagno solare indiretto, cioè quelle componenti strutturali dell'edificio che consentono di utilizzare l'energia solare per il riscaldamento o il raffrescamento dell'edificio senza che i raggi solari penetrino direttamente negli ambienti interessati. Come la gran parte dei sistemi passivi, il suo funzionamento dipende dalla presenza di una massa termica, in grado di accumulare il calore proveniente dai raggi del sole e di cederlo gradatamente agli ambienti interni. Si pensi, ad esempio, al Muro di Trombe, anch'esso un sistema passivo a guadagno indiretto, la cui massa termica è costituita da un muro in calcestruzzo o in altro materiale massivo.

(Un esempio di Roof Pond con acqua a vista. Foto da www.yellowbluedesigns.com)

In un Roof Pond la massa termica è l'acqua. Anche in questo caso il funzionamento di base è piuttosto semplice: una massa d'acqua, le cui dimensioni variano a seconda della superficie da riscaldare, viene collocata sulla copertura di un edificio. L'acqua, utilizzata come collettore, viene scaldata dai raggi solari e il calore da essa accumulato viene rilasciato gradatamente all'interno dell'edificio, contribuendo in questo modo al suo riscaldamento. In qualche caso è possibile lasciare l'acqua all'aperto, realizzando vere e proprie piscine che funzionano anche da roof pond, ma nella maggior parte dei casi, affinché il sistema risulti più efficiente, l'acqua viene racchiusa in appositi contenitori, materassini in plastica oppure serbatoi di metallo o fibra di vetro, e coperta da un vetro in grado di accelerare il riscaldamento della massa d'acqua. Il sistema, inoltre, può essere dotato di uno strato termoisolante a pannelli mobili, che possono essere aperti o chiusi a seconda che si voglia favorire il riscaldamento degli ambienti interni (in inverno), oppure il loro raffrescamento (in estate). 

(Il funzionamento invernale ed estivo di un Roof Pond, di giorno e di notte. Foto da www.ecofriend.com)

In inverno, durante le giornate di sole i pannelli vengono aperti per favorire la penetrazione dei raggi solari, mentre vengono chiusi in caso di brutto tempo oppure di notte. In estate, invece, i pannelli vengono aperti di notte per favorire il raffrescamento della massa termica, mentre di giorno vengono chiusi per schermare l'acqua dall'irraggiamento solare. Lo scopo, com'è ovvio, è utilizzare la massa termica – l'acqua – d'inverno per accumulare calore da rilasciare negli ambienti interni, e d'estate per sottrarre il calore presente all'interno dell'edificio rinfrescandolo in modo naturale.

Vantaggi e limiti di un roof pond

Come tutti i sistemi passivi, anche il roof pond non è sempre utilizzabile, ma è indicato solo per alcune tipologie di edifici e per alcuni contesti climatici. Come sappiamo, infatti, la progettazione degli elementi passivi di un edificio deve necessariamente tenere conto delle condizioni climatico-ambientali del luogo in cui ci si trova, per ottimizzare gli apporti solari invernali minimizzando al tempo stesso quelli estivi (sono i principi basilari dell'architettura bioclimatica). 

I roof pond possono rivelarsi utili strumenti per il riscaldamento e il raffrescamento degli edifici, se si verificano alcune condizioni:

• in caso di edifici monopiano di grandi dimensioni, preferibilmente a copertura piana. Tali sistemi, infatti, consentono la climatizzazione solo degli ambienti a contatto diretto con la superficie massiva. Possono ovviamente essere installati anche su edifici pluripiano, ma la loro efficacia si rivelerà solo per il riscaldamento e il raffrescamento dell'ultimo piano; 
• il loro massimo rendimento si ha nelle regioni caldo aride, nelle quali in inverno la temperatura non scende mai sotto lo zero e in estate l'acqua può fornire un buon contributo al raffrescamento dell'edificio; 
• a seconda del contesto, inoltre, sarà preferibile utilizzare un roof pond a captazione orizzontale oppure un roof pond a captazione inclinata. A causa della diversità di inclinazione dei raggi solari, i primi sono maggiormente indicati per gli edifici costruiti a basse latitudini, mentre i secondi sono più indicati per latitudini maggiori ai 40° N; 
• affinché si ottengano risultati significativi, la superficie d'acqua deve essere almeno la metà della superficie totale del tetto. 

La presenza di un roof pond è invece problematica nei seguenti casi:

• in presenza di climi troppo freddi nei quali si scende frequentemente al di sotto dello zero e nelle zone soggette a frequenti nevicate;
• in caso di edifici pluripiano, i tetti d'acqua risultano utili solo per la climatizzazione dell'ultimo piano
• la presenza di una massa d'acqua sulla copertura comporta un carico maggiore per l'edificio. Per questo motivo è necessario che la struttura dell'edificio sia progettata in modo tale da sopportare questo aumento di carico. Ciò è tanto più valido nelle zone sismiche. 

Per saperne di più si consiglia la lettura di:

Agnese Ghini, Casa tecnologia ambiente. Architetture e prestazioni ambientali per la residenza contemporanea, Maggioli Editore, 2011
Luigi Paolino, Il sistema tetto. Progettazione, comportamento e realizzazione delle coperture degli edifici, Maggioli Editore, 2013