Comparative Thermal Performance of Old Sana'a Tower-House Archetypes: A Moisture-Coupled Reduced-Order Simulation Study
Questo studio impiega un framework di simulazione a ordine ridotto accoppiato all'umidità per dimostrare che l'archetipo della torre compatta a tre piani nella vecchia Sana'a offre una resilienza termica e un comfort adattivo superiori rispetto alle varianti più alte, identificando il rapporto finestra-parete come il principale fattore di surriscaldamento e raccomandando interventi reversibili e sensibili al patrimonio storico.
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Nel deserto d'alta quota dello Yemen, dove il sole batte con intensità ma le notti possono diventare sorprendentemente fresche, l'antica città di Sana'a si erge come testimonianza dell'ingegno umano. Per secoli, i suoi abitanti hanno vissuto in strutture imponenti costruite con mattoni di fango essiccati al sole, un materiale che respira e cambia con l'aria circostante. Questi edifici non sono solo rifugi; sono macchine complesse progettate per mantenere le persone al fresco senza l'uso dell'elettricità. La scienza del loro funzionamento si basa su due concetti principali: la massa termica e l'umidità. La massa termica è la capacità di un materiale pesante, come le spesse pareti di fango, di assorbire il calore durante il giorno e rilasciarlo lentamente quando l'aria si raffredda, agendo come una batteria termica. L'umidità aggiunge un altro livello a questo processo; poiché queste pareti sono fatte di terra, esse assorbono il vapore acqueo dall'aria, il che modifica la quantità di calore che possono immagazzinare. Comprendere come queste proprietà fisiche interagiscano è fondamentale per preservare queste case storiche, poiché le modifiche moderne alle finestre o alla ventilazione potrebbero accidentalmente rovinare il delicato equilibrio che le ha mantenute fresche per generazioni.
I ricercatori si sono posti l'obiettivo di capire esattamente come diverse forme di queste torri tradizionali si comportino nelle attuali condizioni climatiche. Si sono concentrati su tre tipologie distinte di edifici presenti nella Vecchia Sana'a: una torre compatta di tre piani, una torre standard di cinque piani realizzata con materiali misti e una torre alta e snella di sette piani. Invece di costruire modelli fisici o attendere anni di dati meteorologici, il team ha creato una sofisticata simulazione al computer. Questa simulazione era unica perché non trattava le pareti di fango come blocchi di pietra statici. Al contrario, le modellava come materiali viventi che cambiano la propria capacità di accumulo termico in base a quanta umidità è presente nell'aria all'interno della stanza. I ricercatori hanno eseguito migliaia di scenari, variando variabili come la dimensione delle finestre, lo spessore delle pareti e la quantità di aria che poteva fluire attraverso l'edificio, per vedere quale design resistesse meglio al calore.
I risultati hanno rivelato un chiaro vincitore nella corsa al comfort termico. La torre compatta di tre piani si è dimostrata la più resiliente, rimanendo fresca più a lungo e offrendo le condizioni di vita più confortevoli per i suoi occupanti. In un anno tipico, questa torre più piccola ha registrato solo circa 70 ore in cui la temperatura interna è salita sopra una soglia confortevole di 30 gradi Celsius. Al contrario, la torre standard di cinque piani ha faticato con 111 ore di surriscaldamento, e la torre alta e snella di sette piani è stata la peggiore, sopportando 128 ore di calore eccessivo. Lo studio ha rilevato che gli edifici più alti, nonostante la loro altezza, intrappolano effettivamente più calore perché la loro grande superficie e il maggior numero di finestre permettono a troppa energia solare di entrare, sovrastando l'effetto di raffreddamento dell'aria notturna. La forma compatta della torre di tre piani minimizzava la sua esposizione al sole, permettendo alle sue spesse pareti di svolgere efficacementamente il proprio compito.
Una scoperta chiave è stata che l'umidità nelle pareti di fango ha giocato un ruolo significativo nel mantenere freschi gli edifici. Quando la simulazione ha tenuto conto del fatto che le pareti assorbono e rilasciano umidità, le ore di surriscaldamento sono diminuite sensibilmente in tutti e tre i tipi di edifici. Questo effetto è stato più pronunciato nella torre più alta, dove l'interazione con l'umidità ha ridotto il tempo trascorso in calore scomodo di quasi 12 ore. Ciò suggerisce che il materiale tradizionale stesso sia una parte vitale del sistema di raffreddamento e che ignorare la sua capacità di interagire con l'umidità porti a un quadro incompleto di come questi edifici funzionino. I ricercatori hanno inoltre identificato che la dimensione delle finestre era il singolo fattore più influente sul grado di calore di un edificio. Finestre più grandi significavano più calore in entrata nella casa, indipendentmente dall'altezza dell'edificio o dallo spessore delle pareti.
Lo studio offre una via chiara per preservare queste strutture storiche senza danneggiare le loro capacità di raffreddamento naturale. L'autore sostiene che, prima di apportare qualsiasi modifica permanente a questi edifici, come l'aggiunta di isolamento o l'alterazione delle pareti, i conservatori dovrebbero concentrarsi su misure reversibili. Ciò include il ripristino delle tradizionali persiane in legno per controllare la luce solare, la riparazione delle finestre per garantire che si aprano e si chiudano correttamente per la ventilazione, e l'incoraggiamento dell'uso dell'aria notturna per espellere il calore. La ricerca sottolinea che il modo più efficace per mantenere fresche queste torri è lavorare con il loro design originale piuttosto che contro di esso. Comprendendo che la forma compatta di tre piani è naturalmente superiore in questo clima, e che l'umidità nelle pareti è un alleato utile, possiamo proteggere questi tesori architettonici garantendo al contempo che rimangano luoghi confortevoli in cui vivere in un mondo che cambia.
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