La temperatura che senti in una giornata calda e soleggiata non sempre corrisponde al termostato. Pubblicità/Momento di Catherine Falls tramite Getty Images

Immagina due case sulla stessa strada: una costruita negli anni '1950 e l'altra negli anni '1990. Non ci sono alberi o altra ombra. Gli impianti di climatizzazione sono identici, recentemente sostituiti e perfettamente funzionanti. Termostati identici sono impostati a 82 gradi Fahrenheit (27.8 Celsius).

Quando fuori ci sono 110 C (43.3 F), la casa degli anni '1950 probabilmente sembrerà almeno 10 C (5.6 F) più calda all'interno, anche con la stessa temperatura dell'aria.

Come mai?

La risposta ha a che fare con il calore radiante. Il calore radiante è ciò che ti mantiene caldo accanto a un falò in una fredda notte invernale. Il fuoco non riscalda molto l'aria; piuttosto, come il Sole, la maggior parte del calore del fuoco si muove attraverso onde invisibili direttamente dal fuoco al tuo corpo.

Nel caldo radiante del sole dell'Arizona, la temperatura superficiale dei soffitti a travi e montanti non isolati di casa mia, uno dei 41,000 costruito a Tucson durante l'era successiva alla seconda guerra mondiale, può raggiungere oltre 100 F (37.8 C). Le finestre in acciaio a vetro singolo registrano 122 F (50 C) e le pareti in blocchi di cemento non isolate non sono molto più fresche.

All'interno della mia casa nei giorni a tre cifre, può sembrare di essere vicino a un falò, anche con il condizionatore d'aria che ruggisce per mantenere 75 F (23.9 C). E quando il sistema si rompe, come è successo durante il ondata di caldo del 2023 di lunga durata, quando Phoenix ha raggiunto 110 F (43.3 C) ogni giorno per settimane - le temperature aumentano pericolosamente velocemente. Senza l'aria condizionata, le superfici calde più il vortice d'aria del ventilatore a soffitto rendono la casa sentirsi come una friggitrice ad aria.

La temperatura dell'aria: un indicatore incompleto di comfort

Mentre le persone sono abituate a pensare a come l'abbigliamento, il movimento dell'aria, la temperatura e umidità influenzano il comfort, due misure meno conosciute aiutano a spiegare come sperimentano il comfort al chiuso:

1. Temperatura radiante media. Questa è la temperatura media di tutte le superfici che ci circondano: soffitto, finestre, pareti, pavimento. Affinché il calore radiante si muova tra un oggetto e il corpo umano, ha bisogno di una linea visiva ininterrotta, quindi i soffitti e le finestre non ostruite hanno un'influenza enorme sulla temperatura radiante sperimentata in un punto specifico di una casa.

2. Temperatura operativa. Questo può essere approssimato calcolando la media della temperatura media radiante e della temperatura media dell'aria in una stanza. Altri calcoli della temperatura operativa tengono conto degli effetti del movimento dell'aria, dell'umidità e di variabili aggiuntive. All'incirca metà di come provi il comfort è determinato da l'ambiente radioso.

Sfortunatamente, come lo scienziato edile Roberto Fagiolo (nessuna relazione) afferma: "un'intera industria di produttori, fornitori, costruttori e commercianti equipara erroneamente il comfort termico alle temperature dell'aria". Il risultato è che la maggior parte delle persone è completamente ignara di ciò che rende effettivamente uno spazio confortevole o fastidiosamente caldo.
La temperatura delle superfici interne fa una grande differenza per il comfort, anche quando l'aria interna ha la stessa temperatura. Jonathan Fagiolo, CC BY-ND

In una giornata calda e soleggiata, un buon isolamento e finestre con doppi vetri rallentano il trasferimento di calore abbastanza da consentire all'aria condizionata di mantenere la temperatura radiante media all'interno dell'edificio entro pochi gradi dalla temperatura dell'aria.

Tuttavia, in un edificio poco isolato, come la mia casa, o in alcuni vecchi progetti di edilizia residenziale pubblica a Phoenix, l'elevata temperatura media radiante può spingere la temperatura operativa oltre i 90 F (32.2 C) – anche con il termostato impostato su 75 F (23.9 C). Quando la temperatura superficiale supera la temperatura della nostra pelle, il calore inizierà a irradiarsi dalla superficie calda nel corpo, producendo colpo di calore più probabile.

L'elevata temperatura media radiante nelle case vecchie e poco isolate le rende molto meno confortevoli delle case nuove o ben isolate. Jonathan Fagiolo, CC BY-ND

Jonathan Fagiolo, CC BY-ND

Mentre si discute sulla soglia esatta alla quale il surriscaldamento diventa pericoloso, la maggior parte delle persone concorderebbe sul fatto che 90 F (32.2 C) sono troppo caldi per il comfort.

Le superfici calde sono il motivo per cui edifici più piccoli, come case mobili, case minuscole, container e garage trasformati in appartamenti, spesso si sentono a disagio indipendentemente dall'impostazione del termostato. Strutture più piccole espongono gli occupanti a tre, quattro o anche sei superfici con l'esterno esposto al sole e all'aria calda esterna. Superfici più calde, più disagio.

Superfici più fresche, più comfort

Se vivi in ​​un edificio poco isolato e non ti dispiace consumare più elettricità, puoi impostare il termostato su un valore più basso. Ma se la temperatura media radiante è alta, un calo di 2 F (1.1 C) nella temperatura dell’aria sembrerà solo 1 F (0.6 C) – e quelle superfici calde ti faranno comunque sentire a disagio.

Aggiunta di isolamento al tetto e sostituzione di finestre a vetro singolo con unità a vetro doppio con vetro basso emissivo (basso emissivo). può aiutare a ridurre la temperatura media radiante e le bollette energetiche. Sono miglioramenti costosi, ma nuovi federali crediti d'imposta ed sconti imminenti, che deve essere amministrato dai singoli Stati, può aiutare.

Alberi, tende da sole e tende da sole esterne possono anche ridurre le temperature radianti medie bloccando la luce solare diretta. Tuttavia, il vetro è un pessimo isolante, quindi in climi molto caldi, le finestre a vetro singolo completamente protette dal sole possono ancora diventare sgradevolmente calde.

Aggiungere una tenda all’interno – e tenerla chiusa – può aiutare a ridurre la temperatura radiante media perché la tenda sarà più vicina alla temperatura dell’aria rispetto al vetro.

E gli affittuari nei vecchi edifici?

Gli affittuari di edifici più vecchi e poco isolati sono spesso meno in grado di permettersi bollette energetiche elevate e i proprietari potrebbero non essere in grado o non voler apportare miglioramenti costosi. A peggiorare le cose, i sistemi di climatizzazione più vecchi consumano da due a tre volte più energia come unità più recenti per fornire la stessa quantità di raffreddamento.

Poiché la creazione di una temperatura operativa confortevole richiede l'impostazione del termostato più bassa, un sistema HVAC in un edificio poco isolato deve lavorare più a lungo e più duramente, utilizzando più energia e aumentando ulteriormente i costi. E i costi del disagio non sono solo finanziari: anche gli edifici caldi li hanno effetti negativi sulla salute e produttività.

Milioni di americani ora vivono in luoghi dove il raffreddamento è l'unica cosa che impedisce un evento di vittime di massa. A Fenice, il codice della città richiede unità a noleggio raffreddate dall'aria condizionata per mantenere una temperatura non superiore a 82 F (27.8 C), misurata a 3 piedi sopra il pavimento al centro della stanza. Sfortunatamente, il codice non specifica se 82 F è la temperatura operativa o la temperatura dell'aria.

Quella parola fa un mondo di differenza.

In un edificio più vecchio e sottoisolato simile a casa mia - o, in quello che potrebbe essere lo scenario peggiore, un'unità sud-ovest fritta dal sole dell'ultimo piano di un grattacielo di cemento non isolato - una temperatura dell'aria apparentemente sicura di 82 F potrebbe facilmente mascherare temperature operative pericolose di 96 F (35.6 C) o superiori.

La chiave per una progettazione migliore

Come professore di architettura e scienza delle costruzioni, Credo che i codici edilizi bizantini di oggi e le regole di noleggio potrebbero essere notevolmente migliorati per il comfort regolazione della temperatura media radiante piuttosto che la temperatura dell'aria. Vaste sezioni di codice potrebbero essere eliminate richiedendo che le superfici interne, che sono facili da misurare con un poco costoso termometro a infrarossi, essere mantenuto entro un intervallo di comfort superiore a 60 F (15.6 C) e inferiore a 85 F (29.4 C).

Per edifici più confortevoli, possono fare domanda architetti e ingegneri principi semplici e consolidati, come la ventilazione naturale, l'ombreggiatura e il giusto isolamento e finestre per il clima. Mantenere il calore all'esterno significa in primo luogo non dover spendere così tanto in energia per il raffreddamento. La ricerca mostra che queste misure possono anche renderci più sicuri mantenere gli edifici più freschi più a lungo nelle interruzioni di corrente estive.

Il felice risultato: case e altri edifici che non sono solo confortevoli, ma anche più sicuri e convenienti da gestire.

Circa l'autore

Jonathan Fagiolo, Professore Associato di Architettura, Ambienti Edificati Sostenibili e Marketing, University of Arizona

Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi il articolo originale.