La scienza emergente degli orizzonti urbani

A New York, circa due terzi del consumo energetico della città va al raffreddamento, al riscaldamento e all'illuminazione degli edifici. È simile in altre città nordamericane.

Le forme di questi edifici determinano in gran parte come questa energia si irradia nell'ambiente. In altre parole, lo skyline di una città è un fattore importante nella sua impronta di carbonio.

Ciò solleva una serie interessante di domande. In che modo le forme degli edifici variano da una città all'altra, in particolare con le dimensioni della città? E questo potrebbe portare a una comprensione più generale di come cambia il consumo di energia man mano che le città crescono o si restringono?

Oggi riceviamo una risposta grazie al lavoro di Markus Schlapfer del Santa Fe Institute e dei suoi amici, che hanno analizzato la forma di quasi cinque milioni di edifici in città di varie dimensioni in tutto il Nord America. Questi ragazzi affermano che esiste una semplice relazione tra l'altezza media dell'edificio e le dimensioni della città e che ciò ha importanti implicazioni per il modo in cui le città consumano energia.

Questo tipo di lavoro è diventato possibile perché gli scienziati urbani sono in grado di misurare le dimensioni degli edifici in modo relativamente semplice utilizzando tecniche come il laser range. Questi dati vengono sempre più resi di dominio pubblico dalle città stesse o da progetti open source come OpenStreetMap.

Schlapfer e compagni hanno semplicemente scaricato queste informazioni da circa cinque milioni di edifici di 12 città nordamericane. Questi andavano dalle più grandi, New York e Los Angeles (con una popolazione rispettivamente di 20 milioni e 13 milioni), a città di medie dimensioni come San Francisco e Austin (con una popolazione rispettivamente di quattro milioni e due milioni) a piccole città come Ann Arbor e Santa Fe (con una popolazione rispettivamente di 300.000 e 100.000).

La distribuzione delle taglie mostra un modello chiaro. Schlapfer e colleghi affermano che a prima vista i dati corrispondono all'aspettativa generale che l'altezza media degli edifici aumenta con la dimensione della città e che all'interno di una città, gli edifici diventano più alti avvicinandosi al centro.

Ma uno sguardo più attento ai dati rivela alcuni schemi più dettagliati. Per cominciare, al centro delle città, la dimensione media degli edifici aumenta con la popolazione oltre i due ordini di grandezza. E questo riflette un cambiamento nella forma degli edifici da strutture più grandi e piatte nelle città più piccole a strutture più alte e più strette nelle città più grandi.

Il motivo di questa tendenza è semplice da modellare. Con l'aumento della popolazione di una città, la terra diventa più costosa. In effetti, il prezzo dei terreni aumenta più rapidamente del reddito personale. Quindi l'unico modo per renderlo accessibile è ridurre la quantità di spazio che le persone usano, una tendenza che alla fine si traduce in baraccopoli, o aumentare i volumi degli edifici rendendoli più alti.

Poiché la terra è più costosa nei centri urbani, anche lì gli edifici dovrebbero essere più alti.

In teoria, questa tendenza dovrebbe essere positiva per l'efficienza energetica. Gli edifici più alti diventano più simili a cubi e quindi generalmente hanno un rapporto minore tra superficie e volume. Questo aiuta a rendere gli edifici più efficienti dal punto di vista energetico. Vediamo che le dimensioni degli edifici aumentano con le dimensioni della città, creando le condizioni per una maggiore efficienza energetica in termini di controllo del clima, affermano Schlapfer e co.

Fino a un certo punto. In città come New York e Boston questa tendenza ha portato alla costruzione di grattacieli molto più alti in cui sono meno efficienti dal punto di vista energetico. Il rapporto superficie-volume aumenta di nuovo nei centri cittadini delle grandi città, a causa della proliferazione di edifici alti e aghiformi, dicono.

Tuttavia, esiste un limite pratico all'altezza degli edifici che è imposto dal volume dell'edificio che deve essere destinato ad ascensori, vani scala e così via. Molti architetti vedono come regola pratica che con la tecnologia attuale un edificio più alto di circa 100 piani non è economicamente sostenibile, afferma il team.

Concludono che, in media, le forme degli edifici nelle città nordamericane convergono su una forma a cubo man mano che le città diventano più grandi: questa è la forma più efficiente dal punto di vista energetico.

Ciò dovrebbe avere importanti implicazioni per l'uso dell'energia nelle future megalopoli. In tutto il mondo, le popolazioni stanno convergendo verso le città a un ritmo che sta guidando il più grande e rapido periodo di costruzione di città nella storia.

Gli urbanisti si aspettano che il tessuto urbano nelle città in via di sviluppo superi tutto ciò che è stato costruito finora. La Cina, ad esempio, ha versato più cemento tra il 2011 e il 2013 di quanto gli Stati Uniti abbiano utilizzato nell'intero 20° secolo.

Ciò avrà conseguenze significative poiché l'energia utilizzata in queste città aumenterà inevitabilmente.

La nuova scienza degli skyline dovrebbe aiutare gli scienziati urbani a comprendere i processi coinvolti. Ma non è chiaro in che misura possano contribuire a mitigare le conseguenze per l'ambiente.

Rif: arxiv.org/abs/1512.00946 : Skylines urbani: altezze e forme degli edifici come misure delle dimensioni della città

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