L’albedo è una misura della riflettività di una superficie. Con albedo quindi si intende il rapporto tra flusso termico solare incidente Fi espresso in W/m2 e il flusso termico riflesso Fr espresso in W/m2. La radiazione solare si concentra nelle bande spettrali dell’ultravioletto, del visibile e dell’infrarosso vicino; la corrispondente intensità dipende dalla latitudine, dal giorno, dall’ora e dalla copertura del cielo. Se il termine albedo viene usato senza ulteriori specifiche si intende la frazione di luce riflessa nell’infrarosso.
L’ effetto albedo applicato sulla Terra è una misura di quanta energia solare viene riflessa verso lo spazio. L’ albedo di una superficie si misura da 0 a 1 (0 = superficie ideale nera senza riflesso; 1 = superficie bianca con riflesso massimo).
Ogni anno l’ albedo raggiunge il picco due volte. Il primo picco si verifica quando il ghiaccio marino antartico è al suo massimo invernale. Il secondo picco, di entità maggiore rispetto al primo, si verifica quando c’è neve su gran parte dell’emisfero settentrionale.
Le modificazioni antropiche interferiscono con l’albedo. Boschi e foreste presentano minor albedo rispetto alla nuda terra quindi la deforestazione in linea generale aumenta l’albedo.
Cambiando l’albedo di un corpo cambia il numero di fotoni assorbiti dallo stesso corpo e quindi cambia la quantità di energia assorbita. La temperatura di equilibrio di un corpo dipende dall’energia assorbita (ovvero dal totale dell’energia in arrivo depurata dalla parte riflessa). Un corpo emette più energia radiativa tanto più è caldo, il corpo diventa più caldo assorbendo più energia. Un corpo quindi non irradia in funzione di quanto riflette ma solo in funzione di quanta energia radiativa possiede.
Una modificazione all’albedo può variare la quantità di energia assorbita senza necessariamente aumentare o diminuire la quantità di energia emessa. Nel caso della Terra il pianeta varia nella temperatura media fino a quando la radiazione in uscita è nuovamente in equilibrio con la radiazione in arrivo.
Secondo la legge di Kirchoff l’emissività di un oggetto a una determinata lunghezza d’onda è uguale al suo assorbimento alla stessa lunghezza d’onda. Cio’ non vuol dire che l’energia emessa da un oggetto ad una determinata lunghezza d’onda deve corrispondere all’energia assorbita alla stessa lunghezza d’onda. La quantità di energia solare assorbita dalla Terra è determinata dal suo albedo ad onde corte e dall’irradiazione solare totale mentre la quantità di energia che la Terra emette è determinata dalla sua emissività a onde lunghe e dalla sua temperatura.
Nel caso del pianeta Terra una modifica dell’albedo a lunghezza d’onda visibile cambia quanta energia assorbe ma senza necessariamente variare l’efficienza con cui vengono emesse radiazioni ad onde lunghe. Secondo la teoria corrente l’aumento dei gas serra influisce poco sulle radiazioni in entrata ma riduce notevolmente le radiazioni in uscita.
Le modificazioni antropiche come coperture chiare, le coperture degli alberi, il rivestimento stradale, la superfici bianche in genere, il ghiaccio, la neve, ecc… attraverso l’albedo possono influenzare la quantità di energia solare ricevuta dalla Terra.
Al netto dell’albedo l’energia in arrivo dal sole è stimata nel valore 4,9×10^9 Joule per anno. 5,4×10^25 Joule è l’energia lorda in arrivo nell’alta atmosfera (corrispondente alla costante solare 1,35 kW/m^2 moltiplicata per l’intera superficie irradiata dai raggi solari).
Valori caratteristici di albedo (vedi fonte):
Asfalto fresco: 0,04
Oceano aperto: 0,06
Foreste di conifere (in estate): da 0,09 a 0,15
Latifoglie: da 0,15 a 0,18
Suolo libero: 0,17
Erba verde: 0,25
Sabbia nel deserto: 0,40
Cemento fresco: 0,55
Ghaccio oceanico: da 0,5 a 0,7
Neve fresca: da 0,8 a 0,9
L’albedo di un oceano, grazie al fatto che la luce penetra nell’acqua, può essere circa 0,035 (in ogni caso cambia molto al variare dell’angolo di incidenza della radiazione). I cespugli densi stanno tra il 0,09 e il 0,14. Un prato è attorno a 0,2. Un terreno arido a seconda del colore del suolo varia da 0,09 a 0,4 (con campi coltivati circa 0,15). Un deserto o una spiaggia intorno a 0,25 (comunque sono da preventivare grandi variazioni a seconda dei diversi colori della sabbia). Le strutture urbane in città molto scure presentano un valore 0,07 ma con città molto chiare (ad es. nelle nazioni tropicali) è possibile preventivare un 0,12. Neve fresca su paesaggio uniforme 0,9; distesa compatta come nell’Antartide circa 0,8. Le nuvole presentano un albedo variabile fra 0 e 0,7.
INTEGRAZIONE 21/12/2020
Gisèle Escourrou (1991) segnala che, mediamente, l’albedo delle città è quantitativamente inferiore all’albedo della campagna di circa il 16%.
Il valore di albedo dipende sia da fattori ambientali variabili nel tempo (ad esempio l’altezza del sole sull’orizzonte) sia dalle caratteristiche della superficie raggiunta dai raggi solari. Nel caso delle coperture vegetali (es. foreste) la vegetazione “alta” riflette solitamente una frazione di radiazione inferiore rispetto a quella “bassa”.
Dopo Stull (1988) abbiamo i seguenti valori tipici di albedo in funzione della copertura di terreno:
copertura terreno / albedo estivo / albedo invernale / emissività infrarosso
terreni agricoli / 0,17 / 0,23 / 0,92
terreni erbosi / 0,19 / 0,23 / 0,92
foreste decidue / 0,16 / 0,17 / 0,93
foreste conifere / 0,12 / 0,12 / 0,95
aree umide / 0,14 / 0,14 / 0,95
aree urbane / –,– / –,– / 0,85-0,95
Se la superficie non è perpendicolare al raggio incidente la radiazione specifica E’ che raggiunge tale superficie risulta ridotta secondo quanto previsto dalla legge del seno:
E’=E*sin(ψ)
dove ψ indica l’angolo di elevazione.
Nelle applicazioni pratiche è interessante il rapporto tra la radiazione ad onda corta che complessivamente viene riflessa dal suolo e la radiazione dello stesso tipo che complessivamente raggiunge il suolo, cioè il coefficiente di albedo superficiale o integrale, dato che non distingue tra radiazioni a differenti lunghezze d’onda. I valori assunti dall’albedo, come già precisato, sono differenti a seconda del tipo di suolo considerato: per esempio, l’albedo vale circa 0,95 per una distesa nevosa (che quindi riflette quasi tutta la radiazione incidente) e 0,05 per un suolo scuro ed umido (che quindi trattiene quasi tutta la radiazione incidente). Dall’osservazione sperimentale è noto che il coefficiente di albedo integrale non è una costante, nemmeno per una superficie totalmente uniforme, ma varia con l’angolo di elevazione solare e con l’umidità.
Una relazione analitica che consente di stimare il coefficiente a effettivo di albedo caratteristico di una data superficie, una volta noto il suo valor medio a‘ (come dedotto da tabelle) e l’angolo di elevazione solare ψ (in gradi), è presentata Paltridge e Platt (1976):
a = a’+(1-a’) × exp[-0,1ψ -0,5(1-a’)2] .
Dalla relazione precedente risulta che l’albedo integrale è tanto maggiore quanto più basso è il sole sull’orizzonte. Seguono valori tipici del coefficiente di albedo integrale:
SUPERFICIE ALBEDO
neve fresca 0,75-0,95
neve vecchia 0,35-0,75
ghiaccio grigio 0,6
acqua profonda 0,05-0,2
suolo scuro e umido 0,06-0,08
suolo chiaro e secco 0,16-0,18
suolo rosso 0,17
argilla umida 0,16
argilla secca 0,23
terriccio umido 0,16
terriccio secco 0,23
suolo sabbioso 0,20-0,25
suolo di torba 0,05-0,15
calce 0,45
gesso 0,55
lava 0,10
granito 0,12-0,18
sassi 0,20-0,30
tundra 0,15-0,20
dune di sabbia 0,20-0,45
strada asfaltata 0,05-0,15
strada non asfaltata 0,18-0,35
calcestruzzo 0,15-0,37
edifici 0,09
area urbana media 0,15
campo incolto 0,05-0,12
grano 0,10-0,23
riso 0,12
canna da zucchero 0,15
segale invernale 0,18-0,23
mais 0,18
tabacco 0,19
patate 0,19
cotone 0,20-0,22
sorgo 0,20
foreste di conifere 0,05-0,15
foreste decidue 0,10-0,25
prato verde 0,26
pascolo verde 0,10-0,20
savana 0,15
steppa 0,20
deserto 0,20-0,35
Di seguito riassumiamo una delle tabella della UNI 8477 che mostra i valori del coefficiente di riflessione (albedo) per diverse superfici:
Neve (caduta di fresco o con un film di ghiaccio): 0,75
Superfici acquose: 0,07
Suolo (creta, marne): 0,14
Strade sterrate: 0,04
Bosco di conifere d’inverno: 0,04
Bosco in autunno: 0,26
Asfalto invecchiato: 0,10
Calcestruzzo invecchiato: 0,22
Foglie morte: 0,30
Erba secca: 0,20
Erba verde: 0,26
Tetti e terrazze in bitume: 0,13
Pietrisco: 0,20
L’albedo puo essere misurata sia in laboratorio che in opera: le valutazioni di laboratorio esprimono una caratteristica intrinseca del materiale, con valori puntuali per lunghezza d’onda o entro un definito intervallo di lunghezze; quelle in opera definiscono invece l’albedo nell’intero spettro solare.
Operativamente per misurare l’albedo delle coperture si adotta il metodo di Sailor: un sistema di radiometri accoppiati, in modo tale che uno sia rivolto verso il cielo (per captare la radiazione globale incidente) e l’altro verso la superficie (per individuare la quantita riflessa dalla stessa).
In genere una copertura in laterizio presenta un valore di albedo molto elevato rispetto altre coperture (0,31). La copertura verde si caratterizza invece per un valore molto basso (0,13) date le proprieta di raffrescamento che caratterizzano questo tipo di manto. Le potenzialità raffrescanti della vegetazione non sono imputabili tanto all’albedo, quanto ai fenomeni evapo-traspirativi che si verificano e all’ombreggiamento dato dalle foglie. Una copertura in manto in rame presenta in genere un valore di albedo piu basso (0,09)
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Albedo di tetti in tegole di asfalto
(vedi https://heatisland.lbl.gov/resources/asphalt-shingles)
Tegola di asfalto bianca: 0,21
Tegola di asfalto bianco generico: 0,25
Tegola di asfalto grigio generico: 0,22
Tegola di asfalto argento antico: 0,20
Tegola di asfalto grigio oceano: 0,12
Tegola di asfalto grigio: 0,08
Tegola di asfalto marrone chiaro: 0,19
Tegola di asfalto marrone d’autunno: 0,10
Tegola di asfalto marrone scuro: 0,08
Tegola di asfalto verde: 0,19
Tegola di asfalto nero generico: 0,05
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Albedo di tetti in rivestimento bianco
(vedi https://heatisland.lbl.gov/resources/roof-coatings)
Rivestimento bianco (1 mano, 8 mil): 0,80
Rivestimenti triangolari, alta riflettanza; 0,84
Rivestimenti bianco titanio: 0,83
Rivestimento bianco 1 (191 um): 0,72
Rivestimento bianco 1 (356 um): 0,77
Rivestimento bianco 1 (660 um): 0,79
Rivestimento bianco 2 (381 um): 0,81
Rivestimento bianco 2 (889 um): 0,81
Rivestimento bianco 2 (1143 um): 0,82
Rivestimento bianco 3 (152 um): 0,68
Rivestimento bianco 3 (254 um): 0,75
Rivestimento bianco 3 (381 um): 0,77
Rivestimento bianco 3 (686 um): 0,80
Rivestimento bianco 3 (1143 um): 0,80
Rivestimento bianco 4 (279 um): 0,78
Rivestimento bianco 4 (508 um): 0,80
Rivestimento bianco 4 (1143 um): 0,80
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Albedo di tetti con rivestimenti colorati
(vedi https://heatisland.lbl.gov/resources/roof-coatings)
Rivestimento colorato bianco (1 mano, 8 mil): 0,80
Rivestimento colorato bianco (2 mani, 20 mil): 0,85
Nessun pigmento (1 mani, 18 mil): 0,36
Nessun pigmento (2 mani, 36 mil): 0,54
Raw Cotton (2 mani, 26 mil): 0,79
Grey Goods (1 mani, 8 mil): 0,40
Grey Goods (2 mani, 18 mil): 0,40
Desert Ridge (1 mani, 14 mil): 0,36
Desert Ridge (2 mani, 30 mil): 0,36
Red Pot (1 mani, 10 mil) 0,16
Red Pot (2 mani, 22 mil) 0,17
Green Gate (2 mani, 16 mil): 0,16
Charcoal Blue (1 mani, 16 mil): 0,12
White Stucco (1 mani, 36 mil): 0,60
White Stucco (2 mani, 86 mil); 0,67
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Albedo di tetti con rivestimento in alluminio
(vedi https://heatisland.lbl.gov/resources/roof-coatings)
Alluminio: 0,61
Premium non fibrato su una superficie ruvida: 0,55
Non fibroso su nero: 0,52
Fibra premium su una superficie ruvida: 0,37
Emulsione su una superficie ruvida: 0,30
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Albedo di tetti dotati di membrane per coperture
(vedi https://heatisland.lbl.gov/resources/roof-coatings)
EPDM grigio: 0,23
EPDM bianco: 0,69
EPDM nero: 0,06
Bitume liscio: 0,06
Bitume superficiale granulare bianco: 0,26
Ghiaia scura sul tetto BUR: 0,12
Ghiaia leggera sul tetto BUR: 0,34
Ghiaia rivestita di bianco su BUR: 0,65
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Albedo di tetti con coperture metalliche
(vedi https://heatisland.lbl.gov/resources/metal-roofing)
Nuovo acciaio zincato nudo: 0,61
Alluminio: 0,61
MBCI poliestere siliconato bianco: 0,59
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Albedo di tetti con coperture in piastrelle
(vedi https://heatisland.lbl.gov/resources/metal-roofing)
tegole argilla rossa: 0,33
tegole cemento rosso: 0,18
tegole di cemento non verniciate; 0,25
Tegole di cemento bianco: 0,73
Tegola in cemento, rivestimento beige chiaro: 0,63
Tegola in cemento, rivestimento marrone chiaro:0,42
Tegola in cemento, viola bluastro chiaro (malva): 0,41
Tegola di cemento, rivestimento rosa e grigio: 0,53
Tegola di cemento, rivestimento bianco sporco: 0,74
Tegola di fibrocemento, colore marrone terra: 0,26
Tegola di fibrocemento, colore grigio peltro: 0,25
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La misura delle proprieta radiative (assorbanza, riflettanza ed emissivita) dei materiali da costruzione e definita da diversi standard (es. ASTM negli USA). L’albedo puo essere misurata sia in laboratorio che in opera. Il valore combinato di riflettanza solare ed emittanza porta all’indice di riflettanza solare (SRI). Se, per esempio, la riflettanza della tegola in laterizio rosso sia molto prossima a quella dell’acciaio galvanizzato (0,6–0,65), l’acciaio raggiunge però temperature piu elevate e il suo SRI è di conseguenza inferiore. Quindi materiali con elevata albedo ed emissivita raggiungono temperature piu modeste se esposti alla radiazione solare, riducendo il trasferimento di calore all’aria adiacente.
Occorre fare attenzione al fatto che proprietà radiative di alcuni materiali da costruzione sono instabili nel tempo (variano notevolmente a causa di agenti atmosferici e invecchiamento). Ad esempio l’esposizione all’atmosfera tende a diminuire la riflettanza nei materiali piu chiari e ad aumentarla nei materiali piu scuri.
