Caratterizzazione sperimentale e numerica delle prestazioni energetiche di pareti verdi (green walls)

UNIVERSITA' DI PISA

SCUOLA DI INGEGNERIA

Dipartimento di Ingegneria dell’Energia, dei Sistemi, del Territorio e delle

Costruzioni

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Edile

Tesi di Laurea Magistrale

“CARATTERIZZAZIONE SPERIMENTALE E

NUMERICA DELLE PRESTAZIONI ENERGETICHE DI

PARETI VERDI (GREEN WALLS)”

Relatori: Candidato:

Prof. Giacomo Salvadori Michele Fantozzi

Prof. Carlo Bibbiani

Per sviluppo sostenibile si intende

“il soddisfacimento dei bisogni della generazione presente

senza compromettere la possibilità delle generazioni future

di realizzare i propri”

“Ciò che abbiamo fatto solo per noi stessi

muore con noi.

Ciò che abbiamo fatto per gli altri e per il mondo

resta ed è immortale.”

INDICE

Pag.

1

1.1

SISTEMI A VERDE PER EDIFICI

SCOPO DELLO STUDIO

1

4

1.2 SISTEMI DI FACCIATE VERDI 5

1.2.1 Involucri verdi nel contesto urbano 5 1.2.2 Tipologie

1.2.2.1. Sistemi di inverdimento diretto 1.2.2.2. Sistemi di inverdimento indiretto 1.2.2.3. “Living wall Systems” – (LWS)

8 11 13 19 1.2.3 Benefici 22 1.2.4 Panoramica storica 28

1.2.5 Caratteristiche delle piante 38 1.3 NORMATIVA ESISTENTE PER SISTEMI A VERDE 39

2 LE PARETI VERDI – CASO DI STUDIO

42

2.1 CASO DI STUDIO - Coltri vegetali: edificio dimostrativo F92 presso il Centro Ricerche

Casaccia dell’ENEA 46

2.1.1 Caratteristiche strutturali del prototipo di parete verde (breve descrizione) 49 2.1.2 Disposizione dei sensori sull’edificio 53

3.1 3.2

3.3

SISTEMI A PARAMETRI CONCENTRATI

MATLAB E SIMULINK – software di simulazione di sistemi dinamici

CREAZIONE DEL MODELLO PER IL CASO DI STUDIO

67

68 69 3.3.1 Caratteristiche termiche del componente

edilizio verticale 71

3.3.2 Dati per taratura modello di calcolo 73

3.4

3.3.3 Modello di calcolo

3.3.4 Validazione del modello di calcolo

VALUTAZIONE DELLA COSTANTE VERDE Kv (GREEN FACTOR)

77 85

87

4 STUDIO PRESTAZIONALE DELLE PARETI

VERDI NELLE DIVERSE COLLOCAZIONI

102

4.1

4.2

4.3

DEFINIZIONE DEI PARAMETRI TERMO-FISICI VALUTATI NEL CASO DI STUDIO

GENERALIZZAZIONE DELL’EDIFICIO CASO DI STUDIO 4.2.1 Caratteristiche termiche del componente edilizio

VARIAZIONE DEI PARAMETRI NELLE DIVERSE COLLOCAZIONI 103 109 112 116

4.3.2 Bolzano 130

4.4

4.3.3 Palermo

DISCUSSIONE DEI RISULTATI OTTENUTI

143 156

5 CONCLUSIONI

BIBLIOGRAFIA

APPENDICI

160

162

166

1

Nell’Unione Europea, a partire dal 2020, per gli edifici di nuova costruzione dovranno essere applicate norme e criteri costruttivi rigorosi nei confronti dell’efficienza energetica del fabbricato. In particolare, gli Stati Membri dovranno impegnarsi ad elaborare piani nazionali destinati ad aumentare il numero degli edifici in cui le emissioni di CO2 e il consumo di energia primaria dovranno essere quasi nulli.

Questa esigenza è collegata al maggior problema che affligge oggi la società contemporanea, il riscaldamento globale “global warming”, il quale in un futuro non molto lontano potrebbe causare seri problemi (un fondo intergovernativo, creato dalle Nazioni Unite, chiamato IPCC, prevede un aumento di 6,4 gradi entro il 2099). In aggiunta al surriscaldamento globale vi sono altri problemi che interessano il nostro pianeta.

A causa del crescente livello di popolazione, stiamo sovrasfruttando le terre per la produzione alimentare, con conseguente degrado del suolo, perdita di biodiversità e spreco di acqua (il 70% di tutta l’acqua dolce sottratta è diretta verso l'irrigazione a produrre cibo [1]).

Il riscaldamento globale, insieme ad altri cambiamenti legati al clima, tra cui l’aumento dei livelli del mare, la siccità e l’acidificazione degli oceani, renderanno la produzione di cibo, nel 21° secolo, ancora più difficile [2] e il divario tra il fabbisogno di cibo e la produzione alimentare aumenteranno sempre.

Questa situazione sarà più problematica nelle città urbane dove vive metà della popolazione mondiale; nel 2050 si prevede una popolazione mondiale intorno ai 9 miliardi di persone, che

2

continuerà a crescere fino a raggiungere circa 10 miliardi di persone entro il 2100 [3].

Gli alti livelli di inquinamento nell’atmosfera e l’eccesso di superfici asfaltate stanno causando il fenomeno delle isole di calore urbano (UHI), che si traduce in temperature più alte (circa 2-5 °C) [4] all’interno delle città rispetto alla periferia e alla campagna. Ciò ha evidenti effetti sia sull’ambiente che sul benessere degli abitanti delle città. In Italia, nell’ultimo decennio, la crisi immobiliare ha portato a una diminuzione del 30% degli investimenti nella costruzione di nuovi edifici; allo stesso tempo, la riqualificazione di edifici esistenti è aumentata del 12% [5]. Tenendo conto che il 78% degli edifici è stato costruito antecedentemente alla prima legge sull’efficienza energetica del 1976 (Legge 373), il retrofit energetico appare necessario per ridurre lo spreco di energia e migliorare le condizioni di comfort.

I sistemi a verde sia verticali (green walls) che orizzontali (green roof) possono sicuramente rappresentare una delle migliori soluzioni, in termini anche di sostenibilità, per diversi aspetti:

• il risparmio energetico legato al riscaldamento e al condizionamento,

• la riduzione dell’inquinamento atmosferico,

• la riduzione dell’effetto “isola di calore”,

• il miglioramento della qualità dell’ambiente e della biodiversità.

3

Il secondo aspetto (green roof) è già stato ampiamente preso in considerazione in un recente ambito normativo [6] con la logica dei CAM (Criteri Ambientali Minimi) che costituiscono indicazioni di carattere generale rivolte alle stazioni appaltanti in relazione all'espletamento della relativa gara d'appalto e all’esecuzione del contratto di cui tenere conto. Al punto 2.2.6 (- Riduzione dell'impatto sul microclima e dell'inquinamento atmosferico) del Decreto del 2017 che riguarda i CAM in ambito edilizio si dice testualmente “

Per le

coperture deve essere privilegiato l’impiego di tetti verdi;

in caso di coperture non verdi, i materiali impiegati devono

garantire un indice SRI di almeno 29, nei casi di pendenza

maggiore del 15%, e di almeno 76, per le coperture con pendenza

minore o uguale al 15%.

Vi è inoltre un’importante testimonianza sul territorio italiano, praticata dall’Amministrazione Comunale di Bolzano (Procedura R.I.E. – Riduzione dell’Impatto Edilizio), attraverso la quale si tende a certificare la qualità dell’intervento edilizio rispetto alla permeabilità del suolo e del verde, imponendo l’adozione della suddetta procedura in tutti gli interventi di nuova costruzione e su edifici esistenti, ecc.

In questo quadro, il verde pensile (green roof) viene visto come un importante intervento teso a mitigare il processo di degradazione causato e alimentato dalla sigillatura e impermeabilizzazione dei suoli che induce un riscaldamento della massa d’aria sovrastante. Il calore, poi, del sole accumulato e irradiato ha come conseguenza un aumento delle temperature nelle città che la tecnologia verde tende a mitigare con l’effetto dell’evapotraspirazione della vegetazione.

4

1.1

Scopo dello studio

Tenendo conto che la logica delle coperture verdi (green roof) è già stata ampiamente presa in considerazione sia in ambito normativo che in letteratura, questo studio vuole mostrare i benefici effettivi di una facciata verde utilizzabile sia in ambito di nuova progettazione che per il retrofit di esistenti edifici.

I diversi sistemi di inverdimento possono essere posti, in verticale, in adiacenza o a distanza dalla parete dell’edificio quale schermatura della stessa; nella presente tesi sono stati studiati quelli a distanza per capirne la loro forza ed efficacia. Sono stati valutati gli effetti della parete verde (“green façade” o “green wall”) sulla prestazione termica di un edificio con un modello matematico che tiene conto di tutti i processi che interessano lo scambio termico alla parete:

- radiazione solare,

- scambio radiativo nell’infrarosso tra la facciata e il cielo, la facciata e il terreno, la facciata e lo strato di vegetazione,

- convezione da e verso la facciata,

- evapotraspirazione dello strato vegetale,

- accumulo di calore nel materiale della facciata - conduzione del calore attraverso la stessa.

Uno specifico caso di studio, costituito da un edificio dell’ENEA, è stato utilizzato come esempio per testare il modello ipotizzato integrandolo con le misure di diversi parametri, effettuate da specifiche sonde di cui è stato corredato.

5

1.2.1. Involucri verdi nel contesto urbano

Non possiamo considerarci solo come parte di un’unità (che potrebbe essere una famiglia, un quartiere, la società ...) perché concentrarsi solo sulla nostra sopravvivenza sta distruggendo il nostro ambiente... questo concetto è emerso in modo chiaro, molti anni fa, nell’ambito della relazione Brundtland (Our Common Future) del WCED (Commissione mondiale delle Nazioni Unite per l’Ambiente e lo Sviluppo) che, nel 1987, ci ha fornito una delle più belle ed efficaci definizioni di sviluppo sostenibile, definito come quello “

sviluppo in

grado di garantire il soddisfacimento dei bisogni attuali senza

compromettere la possibilità delle generazioni future di far

fronte ai loro bisogni

L’Agenda 21, un prodotto del Vertice della Terra di Rio de Janeiro del 1992, ha evidenziato l’urgenza di un profondo cambiamento nei modelli di consumo e di produzione e la responsabilità di adottare un modello di sviluppo sostenibile. La Convenzione di Rio, che aveva adottato la Convenzione quadro delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici (UNFCCC), aveva definito un quadro di azione per la Conferenza annuale delle parti (COP) il cui obiettivo è valutare i progressi della Convenzione L’accordo negoziato alla 21° COP a Parigi, nel 2015, mira a mantenere il riscaldamento globale al di sotto di 2 °C.

A causa di sempre più frequenti crisi energetiche, della scoperta del buco nell’ozono, di disastri ambientali come quello di Chernobyl e degli attualissimi cambiamenti climatici (da cui sembra essere sempre più caratterizzato il nostro

6

Pianeta), l’attenzione per l’ecologia è aumentata significativamente.

Solo di recente abbiamo iniziato a considerare la città come un ecosistema in grado di comprendere l’importanza della relazione tra la progettazione urbana della città e la politica ambientalista, che porta a un equilibrio dell’ambiente urbano.[7]

Dagli anni settanta i ricercatori hanno iniziato a studiare i benefici ottenuti dall’uso della vegetazione in architettura, e il lavoro di molti architetti come il gruppo SITE, Emilio Ambasz, Friedrich Hundertwasser, Mathias Ungers, è andato in quella direzione.

L’inserimento della vegetazione nell’ambiente urbano ha mostrato risultati positivi per lo più in aree urbane densamente popolate con mancanza di spazi verdi, non solo in termini di mitigazione dell'effetto “isola di calore” urbano, ma anche nella riduzione dell’inquinamento atmosferico, del miglioramento della qualità della vita, del miglioramento della biodiversità e della mitigazione del deflusso delle acque piovane. (Concetti già messi in risalto anche dall’esperienza di Bolzano).

Gli approcci tradizionali della vegetazione all’interno delle grandi città è costituita quasi esclusivamente dai parchi pubblici, dai giardini privati di tante abitazioni, dalle alberature lungo le strade ma, molto raramente, questi approcci hanno preso in considerazioni le superfici costruite individuandole come terreno fertile per un’integrazione più stretta tra edifici e piante.

Man mano che le città diventeranno ancora più densamente popolate e la consapevolezza ecologica diventerà ancora più forte (attualissima la testimonianza recentissima delle iniziative in appoggio a Greta Thumberg, la sedicenne svedese

7

che scuote i grandi del mondo), questi ultimi approcci potrebbero giocare un ruolo più importante perché più facilmente percorribili in città con densità abitative crescenti: la pelle della città può diventare un paesaggio vivente.

Mentre i tetti verdi, coperti da strati di vegetazione, sono stati a lungo caratteristiche prominenti di edifici in molte città, anche storicamente, le pareti verdi che integrano le piante negli elementi verticali degli edifici rappresentano ancora aspetti relativamente nuovi nell’architettura contemporanea, seppure se ne trovi esempi nel mondo, fra tutti la città di Chicago.

Gli edifici in tutto il mondo rappresentano il 40% del consumo energetico globale [8], inoltre se consideriamo l’energia consumata (Embodied Energy) nella produzione di acciaio, cemento, alluminio, vetro e qualsiasi materiale utilizzato nella costruzione, questo consumo potrebbe significativamente salire e risultare superiore al 50% (Efficienza energetica negli edifici, 2009). A causa di temperature urbane più elevate, il consumo di energia legato, in fase estiva, all’aria condizionata è fortemente aumentato portando un deciso peggioramento dell'effetto isola di calore urbano (si pensi a realtà come New York, Las Vegas, ecc.).

La prestazione termica dell'involucro esterno dell’edificio è responsabile per una grande porzione del consumo totale di energia per il raffreddamento dell’edificio e l’integrazione di piante nella facciata può essere utilizzata come sistema passivo di raffreddamento, da tenere in attenta considerazione insieme a sfasamento e attenuazione e da utilizzare in modo privilegiato quando questi due aspetti siano particolarmente deficitari.

8

1.2.2. Tipologie

Facciata verde o giardino verticale è un termine che viene usato per riferirsi a tutte le forme di superfici vegetative di parete; esse possono essere classificate dal loro modo di crescere in sistemi “façade greening” and “living wall” [9], fondamentalmente divisi tra sistemi con radici nel terreno o basati sull’idroponica.

Le facciate verdi (green façades) sono generalmente realizzate utilizzando piante rampicanti, che possono essere radicate nel terreno alla base della costruzione, direttamente attaccate alla superficie dell’edificio (sistema di inverdimento diretto, Fig. 1.1a) o sostenute da cavi o tralicci (sistema di inverdimento indiretto, Fig. 1.1b e 1.1c) o disposte anche in vasi situati a diverse altezze della facciata; il verde cresce direttamente sulle pareti o sulle strutture di sostegno.

I limiti di questa tecnologia sono lo spazio limitato a livello del suolo e il potenziale di crescita verticale delle piante; l'altezza massima della maggior parte delle piante rampicanti è 20-25 m (Kohler, 2008).

La crescita delle piante rampicanti direttamente sulle pareti può danneggiare però i muri o creare un ostacolo durante la ristrutturazione edilizia (Kontoleon e Eumorfopoulou, 2010); per questo, come soluzione tecnologica a questo problema, si suggerisce l’uso di grigliati metallici, reti, tralicci modulari, da utilizzare come elementi di supporto per le piante rampicanti (Perez et al, 2011; Kontoleon e Eumorfopoulou, 2010).

9

Questi elementi di supporto possono essere montati direttamente sulla parete verticale o su strutture indipendenti con supporti multipli che permettono il mantenimento e l'integrità della costruzione (Perez et al, 2011; Kontoleon e Eumorfopoulou, 2010).

a) b) c)

Fig. 1.1 - a) sistema a verde diretto; b) sistema a verde indiretto; c) sistema a verde indiretto con fioriera

Il Living Wall System (LWS) (o green walls) sono realizzati con pannelli di vegetazione modulari, talvolta precoltivati (ciascuno con il proprio suolo e i nutrienti per le piante – Fig. 1.2)), che sono fissati ad un supporto verticale o sulla struttura muraria.

Ogni pannello è modulare e può essere unito ad altri per rivestire superfici parietali molto estese.

10

L’ancoraggio alla facciata avviene fissando al muro tramite viti una serie di bande metalliche, disposte in successione, in modo che ogni modulo possa poi essere fissato ad esse per mezzo di viti lungo i suoi lati superiori ed inferiori. Ciascun pannello consente una facile circolazione del flusso dell’acqua al suo interno senza trasportare via il terriccio di coltivazione.

d) e) f)

Fig. 1.2 - d) LWS – cont.ri per rampicanti; e) LWS – substrato di resina espansa; f) LWS – strato di feltro

11

Le piante rampicanti radicate nel terreno alla base della facciata rappresentano un sistema verde molto economico che riduce i costi della pittura di facciata.

Tuttavia può avere un impatto negativo sull’involucro che, in caso di manutenzione, richiederebbe la rimozione della vegetazione.

Inoltre, durante l’inverno, l’assenza di una cavità d’aria potrebbe essere responsabile di problemi derivanti dall'impossibilità per i muri di asciugare (per specie sempreverdi) [10].

Quando si pianifica una facciata verde con questo metodo, è importante considerare che alcune piante rampicanti possono crescere in altezza per 5 o 6 metri, altre circa 10 metri e alcune specie raggiungono 25 metri [11].

È possibile impiegare specie sempreverdi o decidue secondo la necessità dell'edificio dovute alle diverse zone climatiche. Le sempreverdi vengono utilizzate quando la vegetazione è fondamentale sia in estate per ombreggiamento e in inverno per ridurre l'impatto del vento sulla facciata e proteggerlo dalla pioggia e dalla neve (specialmente le pareti esposte a Nord), le decidue sono preferite per il clima mediterraneo.

A causa delle condizioni invernali miti, non è necessario proteggersi dalle intemperie è meglio lasciare che il sole colpisca direttamente le pareti per riscaldarle.

Anche l’aspetto estetico deve essere preso in considerazione, una pianta decidua cambia sempre aspetto.

12

Possiamo trovare molti esempi di sistemi a verde diretto nell’architettura tradizionale dal momento che le piante auto-rampicanti non richiedono alcun supporto (Fig. 1.3).

L'edera viene solitamente impiegata perché sopravvive facilmente per decenni e, a causa del fototropismo, ha la tendenza a crescere in altezza (per seguire la luce) coprendo completamente le facciate; all’interno delle impostazioni urbane, l’edera di Boston è la specie vegetale dominante (Kholer, 2008). Tuttavia, l’edera non è adattabile a qualsiasi superficie in quanto le sue radici aeree richiedono una certa rugosità superficiale su cui deve ancorarsi (qualsiasi mattone, pietre e cemento comunque sono adatti).

Fig. 1.3 – Facciata dell’industria Citterio a Rho, direttamente coperta dalla vegetazione

13

Secondo Perez et al. [12] possiamo avere diversi sistemi di supporto: tralicci modulari, strutture a fili e meshate.

• I tralicci modulari sono moduli molto leggeri montati sulla parete dell’edificio o su strutture indipendenti, che diventano il supporto per le piante rampicanti. Queste strutture di supporto possono essere realizzate con materiali differenti come acciaio (acciaio rivestito, acciaio inossidabile, acciaio zincato), legno, plastica, alluminio, ognuno con diverse proprietà estetiche e funzionali dovute al diverso peso, allo spessore del profilo, alla durabilità e al costo [13]. Ad esempio, in un clima piovoso, un traliccio di legno può deteriorarsi più rapidamente se coperto da un denso strato verde mentre, in un clima mediterraneo, un supporto in acciaio può riscaldarsi troppo causando anche danni ai germogli e riduzione della crescita (Dunnett & Kingsbury, 2008) - (Fig. 1.4).

14

Fig. 1.4 – Sistema modulare a tralicci. Il telaio è composto da tubi in acciaio inossidabile montati insieme in una griglia diagonale con una dimensione della maglia di 600x600 mm. Per evitare che le piante rampicanti danneggino l’edificio stesso, viene lasciato uno spazio tra il telaio e la facciata. Con riferimento ai tralicci di legno nei giardini, i telai per l'arrampicata sono piantati con gelsomino stellato dall’odore dolce. "Centro Direzionale Forum "di Rimini, di Mario Cucinella Architects

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• Le strutture con i fili utilizzano un sistema di cavi in tensione, ancoraggi e separatori di acciaio e possono essere combinati con pannelli a tralicci modulari per creare un design di facciata più complesso. (Fig 1.5-1.6)

• La struttura meshata è un tessuto d’acciaio flessibile che può essere ancorato al muro dell’edificio, adattandosi anche a superfici curve o alle strutture dell’edificio. (Fig. 1.7)

Fig. 1.5 - struttura a fili, costituita da una rete di cavi in acciaio inossidabile in tensione fissati sul lato esterno del telaio in acciaio. (MFO Park a Zurigo di Burckhardt + Partner e Raderschall Landschaftsarchitekten ag.)

16

Fig. 1.6 - struttura a fili, con cavi che partono da terra combinati con pannelli modulari di acciaio inossidabile. Questa soluzione consente di avere libero accesso al piano terra, limitato solo da pochi cavi mentre la parte superiore è coperta da vegetazione. (Sede della Swiss Re Monaco, BRT Architects)

Fig. 1.7 - struttura a rete realizzata con cavi in acciaio inox da 3mm che creano una rete flessibile. La rete di cavi è fissata alla soletta tramite un cavo orizzontale di 12 mm di spessore. Fino alla normale altezza del parapetto, la dimensione della maglia è più stretta, allargandosi al di sopra di quella. (Alloggio per studenti a Garching, Fink + Jocher)

17

I sistemi a verde indiretti possono anche essere combinati con le fioriere a diverse altezze della facciata senza bisogno di sostanze nutritive e di sistemi di irrigazione (Fig 1.8 e 1.9), altrimenti può essere definito come sistema a parete vivente.

Fig. 1.8 - Combinazione di traliccio modulare e fioriere; la facciata verde, staccata dall'edificio, è costituito da montanti e traversi in acciaio, con pannelli modulari di metallo stirato come supporto per il gelsomino stellato sempreverde. (Sea Arts Hotel, Camogli, Gosplan Architects)

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Fig. 1.9 - Combinazione di sistemi a filo (con cavi di acciaio come supporto per la vegetazione) e fioriere, (Centro commerciale Stückfärberei Basel, Diener & Diener Architekten)

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Conosciuto anche come “green walls” (pareti verdi), questo sistema è costituito da pannelli modulari ciascuno contenente il proprio terreno o altro mezzo di coltivazione artificiale (coltura idroponico) come schiuma, feltro, perlite e lana minerale, usando una soluzione nutritiva bilanciata per fornire tutto o parte delle richieste di cibo e di acqua della pianta (Dunnet e Kingsbury 2008).

Poter rendere più ecocompatibile l’involucro dell’edificio con un “living wall” potrebbe essere una soluzione adatta sia per i nuovi edifici che per il restauro di quelli vecchi, poiché è così integrato nella facciata stessa, essendo parte di essa, che può essere una protezione per lo strato isolante o contenere lo strato all’interno del suo sistema.

Le piante, in condizioni normali, crescono sul terreno; in questo caso sono addestrate a crescere lateralmente su una facciata. Ci sono comunque molte specie che possono crescere lateralmente dando una vasta gamma di varietà di piante e un design più creativo delle piante rampicanti (Kholer 2008). “Living wall system” consente una rapida copertura di ampie superfici e una crescita più uniforme lungo la superficie verticale, raggiungendo aree più alte e adattandosi a tutti i tipi di edifici. [14]

Negli ultimi anni sono stati sviluppati molti sistemi diversi; secondo Perini et al. (2011) i sistemi più popolari possono essere suddivisi in:

20

• LWS basato su cassette per fioriere in plastica (HDPE) riempite con terriccio per vasi (Fig. 1.2d e 1.10),

• LWS basato su un substrato in schiuma con cestello in acciaio come supporto (Fig. 1.2e),

• LWS basato su strati di feltro, funzionante come substrato supportato da un foglio in PVC (Fig. 1.2f e 1.11).

Fig. 1.10 - scatole per fioriere come sistema per facciate, (Kengo Kuma, Z58, Shanghai)

21

Fig. 1.11 - Muro “vegetateted” opaco - ha 15.000 piante da più di 250 differenti specie e la maggior parte è fiorente. (progettato dal botanico Patrick Blanc, Caixa Forum, Madrid - Herzog & De Meuron)

Nell’esempio di Fig. 1.11, le piante pre-coltivate sono inserite in fori tagliati nel tessuto e le sostanze nutritive sono primariamente distribuite attraverso un sistema di irrigazione che fa scorrere l’acqua dalla parte superiore del sistema verso il basso, o da un sistema a tasca sospesa in cui i contenitori in tessuto a forma di tasca sono pieni di semina e sono attaccati a uno strato rigido di supporto.

I sistemi “living wall” hanno il design più complesso dovuto all'apparecchio richiesto (sistema di supporto, contenitori per piante, sistemi di irrigazione e raccolta acqua, sensori). Pertanto hanno bisogno di più manutenzione e sono i più costosi.

D’altra parte sono anche i più personalizzabili e c’è un ampio margine di ottimizzazione.

22

1.2.3. Benefici

È stato dimostrato che le pareti verdi hanno un impatto positivo su:

•

Qualità dell’aria

Stiamo superando i limiti di concentrazione del particolato negli standard di tutto il mondo. Esso è costituito da particelle, sospese nell’atmosfera, più piccole di 10 micrometri; è uno degli aspetti più dannosi dell’inquinamento atmosferico [15].

Un’elevata concentrazione di polvere fine può portare a rischi per la salute come le malattie cardiovascolari o polmonari [16]. Una facciata verde può bloccare il movimento delle particelle sul lato di un edificio consentendo di filtrarle. [17]

Il biossido di carbonio è un composto gassoso rilasciato principalmente a causa della combustione di combustibili fossili. I suoi livelli stanno aumentando ma questo non è compensato da un uguale assorbimento di piante e alghe. La CO2 non è dannosa per la salute dell’uomo e degli animali ma è responsabile per il riscaldamento della Terra (effetto serra). Durante il processo di fotosintesi, le piante trasformano l’anidride carbonica, l’acqua e la radiazione solare in ossigeno e glucosio.

•

Biodiversità

Uno dei vantaggi più importanti dell’involucro verde è la sua capacità di promuovere la fauna selvatica e la biodiversità nelle aree urbane che sono state largamente rese sterile dall’urbanistica. Gli habitat naturali stanno scomparendo in

23

modo allarmante e la perdita di habitat sono una delle minacce più drammatiche per la fauna selvatica.

Come risultato della diversità delle piante, sarà raggiunta la diversità degli animali. Scegliendo e piantando con cura le specie vegetali, esse potranno attirare uccelli, farfalle, api e altre specie. Uno studio di 17 tetti verdi a Basilea ha individuato 245 coleotteri e 78 specie di ragni nei primi tre anni dopo l’installazione del tetto, oltre il 10% delle specie sono stati elencati come rari o in via di estinzione. [18]

•

Effetto Urban Heat Island

In un limpido pomeriggio estivo, la temperatura dell’aria in una tipica città è di 2,58 C in più rispetto alle aree rurali circostanti [19], questo è segnalato come fenomeno di Urban Heat Island (UHI).

Nelle aree rurali, circa il 20-25% della radiazione short-wave in arrivo è riflessa indietro dall’erba e il 15% dagli alberi [20]. Dell'energia che viene assorbita, più della metà viene spesso utilizzato per far evaporare l’acqua delle foglie, un processo noto come evapotraspirazione [21], che rappresenta 2450 J per ogni grammo di acqua evaporata (Perez et al 2011). Questo processo raffredda la vegetazione.

Nelle città, con cemento e asfalto che funzionano come degli scaldabagno giganti, con veicoli, fabbriche, condizionatori d’aria che producono gas riscaldati, con la grave mancanza di vegetazione e acqua, l’effetto UHI sta diventando sempre più serio.

Uno studio in letteratura condotto da Onishi et al. [22] mostra una riduzione della temperatura di 2-4 °C coprendo le aree con alberi.

24

"I materiali scuri fatti dall'uomo hanno un albedo inferiore alla vegetazione, quindi circa il 15% della radiazione solare viene riflessa, e ancora meno nelle città grattacielo in cui la luce si riflette nei canyon urbani.

Quasi tutta l’energia assorbita viene utilizzata per riscaldare le strade asciutte e i tetti, dove è immagazzinata nei mattoni e nella malta o riscalda l’aria sovrastante, aumentando la superficie diurna e le temperature dell’aria ben al di sopra di quelle della campagna circostante. Di notte la situazione può peggiorare, poiché le città si raffreddano anche più lentamente; c’è più calore immagazzinato dentro gli edifici da dissipare, c’è più inquinamento per intrappolare le radiazioni long-wave, e all’interno dei canyon urbani il cielo freddo è meno visibile, quindi meno radiazioni possono sfuggire." [21]

La vegetazione può giocare un ruolo fondamentale attraverso gli edifici in ombra (le superfici ombreggiate possono essere fino a 20 °C più fredde delle temperature di picco dei materiali non ombreggiati) e il "raffreddamento evaporativo" da evapotraspirazione (Perez et al 2011).

•

Isolamento acustico

Secondo Azkorra et al. [23] la vegetazione può ridurre i livelli sonori in tre modi: il primo suono può essere riflesso e diffratto dagli elementi della pianta (come tronchi, rami, foglie); un secondo meccanismo è l'assorbimento da parte della vegetazione che può essere attribuito a vibrazioni meccaniche di elementi vegetali causate da onde sonore, portando alla dissipazione tramite alla conversione dell’energia sonora in calore; terzo la presenza del suolo può causare interferenze

25

distruttive tra il contributo diretto dalla sorgente al ricevitore e un contributo di riflessione del suolo

La vegetazione negli ambienti urbani può generare piccole riduzioni di rumore da 5 a 10 dB a seconda di molti fattori come la specie della pianta, terreno di coltura, dimensione dello schermo, posizione e distanza dalla fonte del rumore. Uno studio di Azkorra et al. ha mostrato, per il muro verde, un migliore coefficiente di assorbimento acustico rispetto ad altri materiali da costruzione comuni, in particolare alle basse frequenze le sue proprietà erano migliori di quelle di alcuni materiali fonoassorbenti attuali

•

Prestazione termica dell’edificio

I benefici ottenuti da una facciata verde dipendono da molti fattori come la tecnologia impiegata, la posizione del sito, l’orientamento, il tipo di piante, altri materiali degli strati della facciata. Comunque molti studi concordano sul potenziale di risparmio energetico di un muro coperto di piante grazie al suo effetto rinfrescante in estate e alla protezione in inverno. Le piante forniscono ombreggiatura per l’edificio e proteggono le superfici della parete dalla radiazione riflettendo una parte di essa, assorbendo un’altra piccola parte attraverso pigmenti come la clorofilla per le sue funzioni biologiche come il la fotosintesi e usando la maggior parte di essa per l’evapotraspirazione dell’acqua contenuta all’interno della foglia.

Uno studio di Eumorfoupolou et al. [24], condotto in Grecia durante l’estate, riferisce che in una giornata di sole, intorno alle 12, le temperature su una parete nuda sono più alte di 10°-15° rispetto a una parete coperta da piante.

26

L'orientamento dell’edificio può giocare un ruolo significativo nell’effetto raffreddante in estate.

Secondo Kontoleon et al. [25] l’uso di uno strato verde su una parete orientata a Nord, in un clima mediterraneo, causa una diminuzione insignificante (4,65%) del consumo di energia mentre, viceversa, si riduce drasticamente (18,17%) per un muro coperto di piante orientato verso Est.

In inverno l’infiltrazione di aria fredda produce un doppio effetto negativo: esso causa un effetto che aumenta il tasso di perdita di calore e riduce più rapidamente gli oggetti più caldi alla temperatura ambiente e causa condensazione del vapore acqueo, in particolare nelle cavità. La vegetazione, riducendo la velocità del vento sull'edificio, può attenuare tali effetti e portare a un risparmio energetico per il riscaldamento.

Per LWS è stata osservata una riduzione della velocità del vento fino a 0,46 m/s, sia per il sistema a verde diretto che per LWS questa diminuzione porta a valori di velocità del vento < 0,2 m/s quindi approssimata a zero, per il sistema a verde indiretto la riduzione rilevata all’interno del fogliame era 0,55 m/s ma poi, nelle cavità, la velocità del vento è aumentata di nuovo. [26]

Uno studio condotto da Cameron et al. [27] in un clima temperato, in condizioni climatiche invernali, ha mostrato l’influenza positiva di uno strato verde riducendo l’effetto negativo della temperatura percepita; un fogliame più denso è più efficace e le pareti di fronte al freddo prevalente o ai venti forti sono probabilmente idonee ad ottenere il massimo risparmio energetico.

27

D’altro lato, se non è progettata correttamente, una facciata verde può essere svantaggiosa. Nel caso di sistemi a verde diretto, con piante che salgono direttamente contro la facciata, possiamo avere problemi di umidità; infatti se bagnata, la superficie si asciugherà più lentamente.

Anche se le piante proteggono la superficie dalle radiazioni ultraviolette, la pioggia battente e le differenze di temperatura, dove il danno si è già manifestato, possono accelerare il processo di deterioramento. La manutenzione deve essere organizzata con cura in quanto è una delle più alte voci di spesa; essa consiste soprattutto in potatura e reimpianto della vegetazione e manutenzione del sistema di irrigazione.

• Estetica

Il verde urbano è considerata una strategia efficace per abbellire l’ambiente costruito: usare diversi tipi di piante può rappresentare una realtà che cambia il suo aspetto in base alle stagioni. L’influenza positiva della natura sulla salute fisica e mentale delle persone, sulle loro prestazioni e sul loro benessere, sono stati investigati in molti studi.

In uno di questi è stato analizzato quanto possano influenzare positivamente i pazienti di una divisione chirurgica di un ospedale in Pennsylvania la vista da una finestra [28] di paesaggi di verde esterno. È stato trovato che i pazienti in una stanza con vista sugli alberi, in confronto con un paziente con una "vista su edifici", avevano un decorso ospedaliero postoperatorio più corto, prendevano dosi analgesiche meno forti e incorrevano meno in complicazioni post-operatorie. Tutto ciò, oltre ad avere una positiva influenza terapeutica sui malati, riduce il costo della medicina e l’attenzione infermieristica.

28

1.2.4. Panoramica storica

Possiamo trovare tracce dell’uso della vegetazione nel contesto urbano fin dall'antichità.

I giardini pensili di Babilonia (Fig. 1.12) sarebbero stati costruiti dal Re Nabucodonosor II nel 600 a.C. per alleviare la depressione di sua moglie Amyitis, nostalgica della sua patria verde. Il geografo greco Strabone, che descrisse i giardini nel primo secolo a.C., scrisse: “Consistono in terrazze a volta una sopra l’altra e appoggiate su pilastri cubici. Questi sono vuoti e pieni di terra per consentire agli alberi di più grandi dimensioni di essere piantati. I pilastri, le volte e le terrazze sono costruite in mattoni e asfalto”. Inoltre, per l’irrigazione di ogni livello, avrebbe dovuto essere progettato un sistema ingegneristico per sollevare l'acqua dal fiume Eufrate.

Fig. 1.12 – I Giardini pensili di Babilonia. - Incisione colorata a mano del XVI secolo di un artista olandese Maarten von Heenskerk

29

I Greci e i Romani, risalenti al terzo secolo a.C., sono noti coltivare le viti lungo il perimetro e sopra gli atri degli edifici. “Ciò forniva ombra per le facciate, raffreddamento per evapotraspirazione ed aveva un valore economico in virtù dei frutti che potevano essere usati "(Kholer 2008).

Nel Medioevo i muri di frutta divennero popolari; i proprietari di case crescevano piante da frutto esotiche sulle pareti dei loro cortili interni.

Il primo uso conosciuto del termine pergola risale al 1640 da Giovanni Evelyn nel chiostro di Trinità dei Monti a Roma, preso in prestito dal termine latino.

Il grande Rinascimento italiano nel 17° secolo ha portato nuovo vita alla pergola: oltre al suo valore estetico, aveva una dimensione sociale e culturale, lo spazio decorato è diventato spesso una sede di intrattenimento, ricreazione e mostra. La natura chiaramente artificiale della pergola l’ha poi fatta cadere dal favore negli stili di giardinaggio naturalistico dei secoli XVIII e XIX, insieme al gazebo che furono usati come elementi strutturali di supporto per rampicanti.

In Islanda, i Vichinghi utilizzavano la vegetazione come protezione, coprendo le facciate e i tetti delle loro case con erba, uno strato superiore di terreno costituito da piante e radici, per resistere a condizioni climatiche avverse (Fig. 1.13).

30

Fig. 1.13: ricostruzione di una casa di torba a Eiríksstaðir in Haukadalur, Islanda

Una tipologia simile di costruzione è rappresentata dalle case di zolla erbosa costruite dai pionieri americani, poiché la prateria mancava di materiali da costruzione standard come il legno o la pietra mentre la zolla, ricavata dall’erba della prateria fitta di radici, era abbondante.

Le case di zolla erbosa erano ben isolate, ma erano spesso soggette a essere danneggiate dall’acqua della pioggia; per questo motivo è molto difficile trovarne un esempio che sia stato tramandato ad oggi.

Alla fine del 19° secolo, il giardiniere irlandese William Robinson, abbracciando lo stile vernacolare del movimento “The Arts and Crafts”, aveva sviluppato un 'giardinaggio selvaggio', dove la vegetazione cresceva, come un elemento naturale, anche sulle facciate ma solo come ornamento.

31

Secondo Kohler (2008), tra il 1880 e il 1940, quasi 200 articoli sono documentati sotto le parole chiave "facciate verdi" nelle riviste più importanti di quel tempo mentre solo 19 articoli sui tetti verdi sono stati pubblicati Il focus era sulle nuove specie (specialmente fiori decorativi) per residenze della classe media per la copertura delle ordinarie facciate del cortile.

A partire dagli anni’70, a causa del crescente interesse per le questioni ambientali, la sostenibilità è diventata un argomento cruciale.

In quegli anni Ian McHarg stava pubblicando "Progettare con la Natura", incentrata sulla pianificazione ecologica e sul progetto bioclimatico mentre James Wines fondava lo studio di architettura SITE (Scultura nell’Ambiente), pioniere nel dare importanza all’ambiente.

Tre degli showroom di SITE progettati per il BEST (Board of European Students of Technology), tra il 1978 e il 1980, il ‘Terrarium’ (non realizzato), la ‘Rainforest’ e la ‘Forest’ sono esemplari nel loro uso della vegetazione come mezzo di comunicazione ambientale.

Lo Hialeah Showroom del BEST (noto come Rainforest Showroom, Fig. 1.14), dove "gli oggetti del costruito sono trattati come un’estensione del paesaggio circostante: l’edificio non integra più la natura, ma piuttosto la natura integra l’edificio " [29], fu detto essere, da Wines stesso (2005), un esempio iniziale di architettura verde che utilizza la vegetazione e l’acqua come elementi raffreddanti.

32

Fig. 1.14: sono state installate piante tropicali tra la facciata di vetro e il muro interno, Showroom Rainforest del BEST a Hialeah (studioSITE)

Negli showroom ‘Terrarium’ e ‘Rainforest’, la vegetazione è stata integrata nelle facciate come un’"applique"; nello showroom ‘Forest’ (Fig. 1.15), in Virginia, la facciata consente alla foresta di penetrare nell’involucro attraverso un muro fessurato a mattoni, in questo caso il paesaggio diventa un’estensione dell’architettura.

Figura 1.15: vegetazione che invade l’edificio, Showroom Forest, studioSITE

33

L’artista Friedrich Hundertwasser ha indagato sulla relazione umana con la natura affermando che dovremmo rispettarlo religiosamente, imparare come comunicare con la natura per vivere in armonia con le sue leggi e noi dovrebbe tollerare la vegetazione spontanea. [30]

La perdita di connessione tra l’uomo e la natura dovrebbe essere ripristinata, questo ha portato Hundertwasser al rifiuto di linee rette preferendo organico forme (che evocano l'architettura di Gaudì) e un uso massiccio della vegetazione in Italia i suoi progetti tra il 1980 e il 1990 come la Hundertwasser House di Wien (Fig. 1.16).

34

Negli anni ’90 Ken Yeang, un architetto malese che si definisce il primo ecologista, ha introdotto il grattacielo bioclimatico, usando una varietà di strategie ecologiche che includono la geometria dell’edificio pensata in riferimento al clima, tecniche passive di illuminazione e ventilazione, e vegetazione integrata con la costruzione. "

Progettiamo di

creare nuovi habitat nel nostro ambiente del costruito e questo

habitat deve corrispondere con i discorsi sulla natura per

creare ciò che chiamiamo obiettivo di biodiversità in modo che

l’intero ambiente del costruito diventi un sistema vivente

totale

Impostando i "Principi di Progettazione" in una serie di diagrammi simili a fumetti nel suo libro ‘

Grattacieli

bioclimatici

la tecnologia può giocare con l’architettura e l’ambiente sottolineando l'importanza dei dispositivi a parete e della climatologia.

L’edificio ACROS di Emilio Ambasz a Fukuoka (Fig. 1.17) è un chiaro esempio della sua affermazione "il verde sopra il grigio" o "il paesaggio sopra l’edificio".

Il suo scopo era quello di conciliare il desiderio dell’imprenditore di organizzare lo spazio in un modo redditizio e la necessità delle persone di avere uno spazio pubblico verde.

I confini del parco esistente sono stati ampliati creando una potente e innovativa sinergia tra il paesaggio e le forme urbane: Ambasz ha coperto le 15 terrazze della facciata esposta a Sud con un parco di 100.000 metri quadrati che restituisce ai cittadini la terra che era stata loro sottratta per la costruzione dell’edificio.

35

Fig. 1.17: Edificio ACROS, Fukuoka (Giappone), Emilio Ambasz

"

So che può sembrare presuntuoso, ma pretendo di essere il

precursore dell’attuale produzione architettonica interessata

a problemi ambientali. [...] Mi ci sono voluti trenta anni per

dimostrare i vantaggi pratici della mia idee. [...] Vedere

Renzo Piano, Jean Nouvel, Tadao Ando e molti altri utilizzare

la materia vegetale nei loro progetti mi fa sentire che la mia

missione sta iniziando a dare i suoi frutti

Anche Jean Nouvel ha imparato la lezione di Ambasz: la sua collaborazione con il botanico Patrick Blanc, iniziata con un’installazione presso la Fondazione Cartier a Parigi, poi proseguita per la facciata del Museo Quai Branly (Fig. 1.18), è ancora fondamentale nei suoi progetti.

36

Il 'mur vegetal' di Blanc è un sistema idroponico con feltro che consente la crescita delle pennellate di diverse specie che combinano la gradazione cromatica e effetti visivi eterogenei.

Fig. 1.18 - facciata del Museo di Quai Branly, Jean Nouvel e Patrick Blanc

Il loro ultimo ambizioso progetto è One Central Park a Sidney (Fig. 1.19), il muro vivente più alto del mondo: un parco con piante e viti che so arrampicano sulla torre di vetro di 166 metri. Utilizzando 250 specie di fiori e piante australiani, i boccioli e le fioriture della vegetazione formano un composizione musicale sulla facciata.

37

Blanc ha detto "L’edificio, insieme al mio giardino verticale, sarà un’opera architettonica fluttuante nell’aria, con le piante che crescono sui muri. "

Fig. 19 - combinazioni di fioriere, rampicanti e sistemi “Living Walls” per la facciata di One Central Park a Sidney, Jean Nouvel e Patrick Blanc

38

1.2.5. Caratteristiche delle piante

L’involucro verde per gli edifici potrebbe essere vista come una "tecnologia ibrida" che combina elementi di costruzione con la vegetazione in un mix di potenziale enorme. Il concetto architettonico dell’"involucro" incorpora i meccanismi complessi che regolano il funzionamento delle piante, quindi l’involucro non è più considerato come un confine tra l’interno e l’esterno, tra uomo e ambiente, ma come un’interfaccia interattiva in grado di reagire a differenti sistemi ambientali.

È dunque di fondamentale importanza analizzare e comprendere il comportamento e i limiti delle piante e delle tecnologie necessarie per la loro sopravvivenza in simbiosi con l’edificio, considerando le piante come componenti tecnologiche per la facciata.

Diversi tipi di piante possono quindi essere messi in gioco tenendo conto delle loro caratteristiche, tipo:

- origine e distribuzione geografica, - forma e abitudini,

- crescita,

- caratteristiche superficiali delle foglie, - fototropismo,

39

La tecnologia dei moderni tetti verdi ha avuto origine e si è sviluppata soprattutto nei paesi del Nord Europa caratterizzati da un clima a piovosità costante mentre non è ancora molto diffusa nell’area mediterranea.

L’utilizzo di specie autoctone adattate a condizioni climatiche mediterranee (elevata temperatura e siccità estiva, piovosità invernale, vento) potrebbe essere una soluzione sostenibile per la realizzazione di tetti verdi in ambiente mediterraneo, oltre a contribuire alla tutela della biodiversità locale.

La regione climatica mediterranea, con la sua eccezionale diversità di specie, contiene diversi habitat che possono rappresentare “modelli” per una copertura a verde; soprattutto rispetto alle essenze autoctone che dal punto di vista ecologico e per l’aspetto manutentivo, presentano le migliori caratteristiche biologiche ed agronomiche per la realizzazione di sistemi vegetali sulle superfici orizzontali e/o verticali degli edifici.

La costruzione di tetti verdi e pareti verdi sebbene possano variare nei diversi paesi, in linea generale, si possono applicare a:

- aree industriali,

- centri-semi-periferie delle città,

- edifici residenziali (quartieri nuovi) e comunali (soprattutto scuole).

L’uso delle piante in funzione di copertura di superfici costruite (edifici), ai fini del miglioramento ambientale e delle prestazioni energetiche dell’edificio, risulta ancora scarsamente definita ed articolata.

40

Per quanto riguarda i sistemi per il verde verticale, soltanto alcune norme locali e regionali contribuiscono a regolare tecnicamente l’impiego di coperture con vegetazione collocate in modo da svilupparsi verticalmente sulle facciate degli edifici con funzione di schermatura della radiazione solare o per migliorare il microclima dell’aria (diminuzione della temperatura dell’aria attraverso il fenomeno bio-fisico della traspirazione delle piante) che circoscrive l’edificio.

Attualmente, l’integrazione del verde nelle strutture edilizie delle aree urbane del nostro Paese, risulta regolata da una normativa di riferimento specifica solamente per le tipologie di coperture vegetali “tetto verde”.

Tale normativa ha come riferimento la norma UNI 11235:2007 “Istruzioni per la progettazione, l’esecuzione, il controllo e la manutenzione di coperture a verde”, recentemente aggiornata dalla norma 11235:2015, che, sebbene non sia una legge, costituisce tuttavia un riferimento essenziale per la tematica del verde pensile.

Tale norma oltre ad indicare le “regole dell’arte” per quanto riguarda la progettazione, l’esecuzione e il controllo delle coperture a verde riporta anche le indicazioni necessarie per la manutenzione dei sistemi vegetali. Particolare attenzione viene posta per quanto riguarda il sistema colturale realizzato su substrato e le indicazioni dei parametri biologici che determinano le tecnologie e la gestione agronomica delle essenze vegetali quando utilizzate per le coperture verdi sugli edifici, come ad esempio: pH, conducibilità elettrica, permeabilità, capacità e controllo della ritenzione idrica dei substrati.

41

La Tabella 5 elenca le principali norme attualmente in vigore in Italia.

NORME NAZIONALI ED EUROPEE

Legge n. 10 del 14 giugno 2013 Norme per lo sviluppo degli spazi verdi

urbani che riconosce l’importanza della vegetazione per l’ambiente.

D.P.R. 59/09 (abrogato) L’articolo 4 riporta che il progettista al

fine di limitare i fabbisogni energetici per la climatizzazione estiva e di contenere la temperatura interna degli ambienti, nel caso di edifici di nuova costruzione e nel caso di ristrutturazioni di edifici esistenti….può utilizzare “tecniche e materiali, anche innovativi, ovvero coperture a verde……..

UNI 11235:2015 “Istruzioni per la progettazione,

l'esecuzione, il controllo e la

manutenzione di coperture a verde”. La

norma definisce i criteri di

progettazione, esecuzione, controllo e manutenzione di coperture continue a verde, in funzione delle particolari situazioni di contesto climatico, di contesto edilizio e di destinazione d'impiego.

Legge 14 gennaio 2013, n. 10, “Norme per lo sviluppo degli spazi verdi urbani. (13G00031), (GU n.27 del 1-2-2013). Vigente al: 1-2-2013.

Prende in considerazione il verde

pubblico, nelle sue diverse possibili declinazioni.

Legge 83/2012 per interventi volti al recupero e alla ristrutturazione degli edifici.

Prevede sgravi fiscali in funzione del tipo di interventi

Bruxelles, 16.2.2016, COM(2016) 51

final COMUNICAZIONE PARLAMENTO EUROPEO, AL CONSIGLIO, AL DELLA COMMISSIONE AL

COMITATO ECONOMICO E SOCIALE EUROPEO E AL COMITATO DELLE REGIONI. Una strategia dell'UE in materia di riscaldamento e raffreddamento.

Tabella 5. Legislazione sulle coperture verdi

A quanto indicato in tabella, si aggiungono poi specifiche indicazioni o raccomandazioni contenute in Norme prodotte da Enti locali e Regioni nonché NEI PRINICPALI Protocolli di sostenibilità.

42

2.

LE PARETI VERDI – CASO DI STUDIO

Il verde è da sempre un elemento di progetto nell’architettura ma, fino a poco tempo fa, il suo utilizzo era soltanto a scopo decorativo. Oggi, invece, il verde viene considerato un vero e proprio componente edilizio e l’intento del presente lavoro è di dimostrarne l’efficacia, soprattutto in fase estiva, nello specifico caso di pareti verdi (Green Walls - GW) non addossate alla parete ma poste ad una certa distanza (bordo esterno dei balconi di un edificio) su una specifica struttura realizzata per il suddetto scopo.

Come si è visto nel Cap. 1, per parete verde (Vertical Greeney System - VGS) si intende genericamente un fronte edilizio ricoperto da specie vegetali, aventi caratteristiche rampicanti e/o ricadenti, aggrappate direttamente o indirettamente, tramite supporti verticali di sostegno alla muratura, mentre la realizzazione di coperture vegetali o di giardini, con lo scopo di creare una barriera isolante tra il solaio esterno e lo spazio circostante, oltre che con funzione decorativa e di miglioramento estetico dell’architettura, rappresenta quelli che vengono definiti tetti verdi (Green Roof - GF).

Sia le pareti verdi che i tetti verdi attenuano l’incidenza della radiazione solare sul costruito, evitando il surriscaldamento degli edifici e, pertanto, determinano anche una riduzione dei carichi di condizionamento estivo per il comfort termo-igrometrico dell’ambiente interno degli edifici e dell’area circostante il costruito.

Ambedue sono dunque in grado di mitigare i picchi di temperatura estivi grazie, da un lato, all'ombreggiamento nei confronti della radiazione diretta che, dopo essere stata assorbita da parte degli edifici e dei materiali da costruzione

43

verrebbe successivamente ri-irradiata nell'ambiente circostante oltre che trasmessa negli ambienti interni, dall’altro, per l'evapotraspirazione delle piante. Si riesce così a consentire un comfort maggiore degli edifici stessi durante i periodi più caldi.

L’ambiente esterno in ambito urbano, inoltre, è caratterizzato inoltre dalla presenza di molte sostanze inquinanti, derivanti dalle attività industriali, dai gas di scarico delle automobili, dal riscaldamento degli edifici e dallo squilibrio termico generato dalla sostituzione del tessuto naturale con quello costruito, che possono determinare la formazione di vere e proprie “isole di calore” (“Urban Heat Island” (UHI)) in virtù della sinergia con gli aspetti precedentemente descritti e, tenendo conto che la rapida urbanizzazione delle nostre comunità ha comportato la realizzazione di estese superfici in cemento che, oltre alla modificazione spesso negativa dell’ambiente urbano in termini sia di visione sia di vivibilità, creano incrementi della temperatura nei centri cittadini, soprattutto se si tiene conto anche delle notevoli quantità di calore scaricate dalle macchine frigorifere utilizzate per soddisfare una climatizzazione estiva sempre più spinta e praticata.

Questo aumento della temperatura nelle città, associato alla presenza di inquinanti atmosferici e alla scarsa circolazione dell’aria, può provocare l'accumulo di smog, danni all'ambiente e alla salute dei cittadini oltre all’aumento del consumo di energia per raffreddare ancor di più gli edifici nei periodi caldi oltre che a garantirne il riscaldamento nei periodi freddi.

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I sistemi VGS-GR-GW dovrebbero pertanto contribuire a ridurre il fenomeno delle isole di calore nonché essere sicuramente funzionali per il miglioramento della qualità dell’aria in quanto possono fungere, senza ombra di dubbio, da elemento filtrante per polveri e gas [33].

I rivestimenti vegetali posti davanti a pareti in muratura, possono inoltre contribuire alla loro protezione (contro gli agenti atmosferici) e quindi aumentarne la durata nel tempo [34].

Generalmente i benefici derivanti dalle pareti verdi vengono suddivisi in due grandi categorie: pubblici e privati, visto che alcuni riguardano esclusivamente gli abitanti degli edifici interessati, mentre altri riguardano l’intera comunità dei cittadini (Tab.2.1).

Tab.2.1. Benefici associati alle pareti verdi

Benefici pubblici

Riduzione del fenomeno delle isole di calore (la vegetazione raffredda gli edifici e i dintorni attraverso processi di ombreggiatura,

riducendo il calore riflesso, e tramite l'evapotraspirazione). Miglioramento della qualità dell’aria (assorbimento delle polveri sottili e di sostanze nocive presenti nell'aria).

Produzione di ossigeno - assorbimento di CO2.

Miglioramento dell’ambiente dal punto di vista estetico (riqualificazione degli edifici).

Benefici privati

Efficienza energetica (miglioramento della capacità di isolamento termico attraverso la regolazione della temperatura esterna e schermatura della radiazione solare; questo può incidere sia sul raffreddamento che sul riscaldamento).

Protezione degli edifici dall'erosione dovuta ai fenomeni climatici. Miglioramento della qualità dell’aria interna (acquisisce inquinanti nell'aria come polvere e polline ed altri composti organici volatili provenienti dai mobili presenti all’interno dell’edificio).

Isolamento/assorbimento acustico.

Possibilità di acquisizione dei certificati bianchi (TEE: titoli di efficienza energetica).

Il miglioramento dell'estetica può aiutare a far aumentare il valore dell’edificio.

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Per l’oggettiva valutazione degli effetti del verde parietale sui carichi termici delle pareti sono tuttavia essenziali delle analisi di tipo quantitativo che ci permettano di valutare il risparmio energetico attribuibile a questo particolare tipo di architettura.

A questo scopo, si è cercato di sviluppare un modello

matematico

entrante nell’edificio su cui sia stata volutamente inserita una parete verde.

L’applicazione dei sistemi a verde in un edificio si inserisce dunque in una strategia progettuale che si pone l’obiettivo di diminuire l’impatto ambientale dell’edificio rispetto allo spazio circostante. In altri termini, l’edificio viene valutato rispetto alle sue caratteristiche sia energetiche che ambientali. In generale, sono attivi diversi protocolli nazionali e internazionali che si riferiscono alle caratteristiche di sostenibilità di un edificio [35].

La Commissione Europea ha sottolineato l’importanza di soluzioni basate sulle infrastrutture verdi, quali coltri vegetali sugli edifici nelle aree urbane, giardini pensili, corridoi verdi, piantumazioni nelle città di siepi ed alberi, ai fini del miglioramento dell’efficienza energetica e della diminuzione delle emissioni di gas a effetto serra nelle città.

46

2.1

CASO DI STUDIO – Coltri vegetali: edificio

dimostrativo F92 presso il Centro Ricerche

Casaccia dell’ENEA

L’ENEA ha avviato da tempo un programma di ricerca e sperimentazione per valutare gli effetti delle coltri vegetali sugli edifici, ai fini del miglioramento dell’efficienza energetica e del comfort microclimatico interno ed esterno.

Il ‘

sistema di piante

è risultato in grado di creare una vera e propria schermatura intorno a case e condomìni. In questo modo la vegetazione era stata pensata con il compito di mitigare i picchi di temperatura durante l’estate, ‘catturando’ gran parte dell’energia solare che così non colpisce più direttamente la superficie dell’edificio; inoltre aveva il compito di dissipare attraverso l’evapotraspirazione delle piante (fino a 1 litro di acqua al giorno per metro quadrato) una grande quantità di energia termica, che altrimenti verrebbe assorbita dall’edificio e rilasciata sotto forma di calore all’interno dell’abitazione. Nell’intenzione di ENEA: “D’estate questo sistema di vegetazione dovrebbe permettere di ridurre fino al 15% di energia per il raffrescamento”.

Lo scopo di questa tesi è stato quello di anticipare alcune di queste previsioni, con una simulazione numerica che si avvalesse dei dati acquisiti con un apposito sistema di sperimentazione installato e che permettesse di poter ottimizzare la progettazione di pareti verdi in situazioni diverse dal caso analizzato. Sono riportate di seguito delle immagini (Fig. 2.1, 2.2 e 2.3) relative all’ edificio dimostrativo, presso il Centro Ricerche Casaccia, su cui è stato basato il modello numerico.

47

Fig. 2.1 - Edificio inizialmente privo di inverdimento

48

Fig. 2.3 - edificio dimostrativo ENEA (con struttura per inverdimento) In Fig. 2.4 sono riportati alcuni dettagli riguardanti gli ingombri della parete verticale.

Fig. 2.4

49

verde (breve descrizione)

La struttura portante della parete verde, analizzata nel presente lavoro di tesi, è composta interamente in acciaio tipo S235JRH UNI EN 10219-1 zincato a caldo e verniciato a fuoco con vernici epossidiche colore RAL 1004 giallo opaco; essa è realizzata in 10 profili scatolari con sezione 60x120x3 completi di piastra di appoggio e ancoraggio piatto da 200x200x10 con fori di fissaggio di diametro 12mm per alloggio di tasselli BERNER Simplex anchor BA ETA-10/0456.

I montanti sono composti da 2 elementi, uniti tra loro da sotto giunto per consentire eventuali dilatazioni.

Ai montanti verticali sono collegate delle staffe di sostegno composte da 2 angolari 40x40x4 uniti tra loro da un profilo IPE 40x50x6, ancorato ai montanti mediante viti MA10x100 e dadi antisvito. Sono presenti n. 30 staffe di ancoraggio telescopiche realizzate con scatolare in acciaio tipo S235JRH UNI EN 10219-1 60x60x3 larghezza 600mm saldate all’interno del montante mente all’altra parte mobile di compensazione, è saldata ad un piatto 70x120x10 completo di fori di fissaggio diametro 12mm per alloggio di tasselli BERNER Simplex anchor BA ETA-10/0456.

Il calcolo della staticità della struttura è stato condotto considerando l'ipotesi, cautelativa, che questa venga completamente rivestita con piante e vasi con il massimo peso (terra e acqua). La struttura è controventata orizzontalmente oltre che dalle staffe porta vaso anche mediante rete metallica, realizzata con tondino diametro 6mm (maglia 100x100) e fissata alla struttura mediante tondino da 6mm sagomato ad “U” filettato alle due estremità inserito in un piatto da 30x100x4 e bloccato mediante dadi.

50

La struttura è vincolata al fabbricato mediante delle piastre tassellate sul cordolo esistente e sulle quali sono collegate staffe telescopiche 60x60x3 di larghezza 600mm alla quota dei solai dei piani (terra, 1° e 2°).

I pianerottoli sono realizzati mediante un grigliato metallico (rete keller) con maglia 15x75 mm e piatto portante 25x3 mm. Nelle Fig. 2.5 e 2.6 sono rappresentati i dettagli costruttivi e il layout della struttura descritta e in Fig. 2.7 il layout della fertirrigazione.

51

Fig. 2.6 - Layout della struttura realizzata per sorreggere la parete verde

Fig. 2.7 - Layout del sistema di fertirrigazione installato alla parete verde

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In aggiunta alla parete verde (il cui sistema di coltivazione e visibile alla Fig.2.8) su struttura autoportante posizionata a 50 cm dalla parete dell’edificio della Scuola delle Energie, dove ENEA svolge i suoi corsi di formazione, è stata pure realizzata una copertura verde, basata su un sistema estensivo di tetto-giardino, che è già stata oggetto di alcuni riscontri. (Fig. 2.9)

Fig. 2.8 - Dettagli del sistema di coltivazione in parete

53

La parete verde con struttura metallica è stata installata sull’angolo Sud dell’edificio F92 nel corso dell’anno 2017, ma il completamento dello sviluppo fogliare della coltre vegetale si è completato solo nella stagione 2018 (Tab.2.2).

A partire dall’ottobre 2017, sono stati installati, in serie successive, numerosi sensori per la misurazione dei parametri termoigrometrici.

Tab.2.1 - Evoluzione della coltre vegetale da ottobre 2017 a settembre 2018 Ottobre 2017 Novembre 2017 Gennaio 2018 Inizio Marzo 2018 Fine Marzo 2018 Aprile 2018

Maggio 2018 Giugno - Luglio – Agosto – Settembre 2018

Giugno Luglio

Agosto Settembre

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Il numero e la tipologia di sensori installati è cresciuto quindi progressivamente a partire dall’autunno 2017, periodo della prima installazione ed inizio della prima campagna di monitoraggio, al settembre 2018, periodo di conclusione della terza fase di monitoraggio (Tab.2.3).

Tab.2.3:suddivisione dei periodi PRIMA CONFIGURAZIONE SECONDA CONFIGURAZIONE TERZA CONFIGURAZIONE dal 01/10/17 al 24/04/18 dal 24/04/18 al 19/06/18 dal 19/06/18 al 30/09/18

I periodi di cui alla Tab.2.3 si riferiscono all’avanzamento della stazione meteo in base ai sensori che, di volta in volta, sono stati aggiunti fino ad ottenere la configurazione finale (ultimo periodo), nel quale si ha la piattaforma di sperimentazione necessaria all’attività di ricerca.

I sensori complessivamente installati nell’edificio sono numerosi, come di seguito elencati:

sulla parete SUD-OVEST

− temperatura dell’aria e dell’umidità relativa (AT02/RH02)

− temperatura dell’aria e dell’umidità relativa (AT03/RH03)

− temperatura fogliare (TF01)

− temperatura superficiale esterna (TS03, TS05)

− radiazione fogliare per fotosintesi (PAR02/03)

− radiazione solare globale sulla superficie esterna della parete verde(GR02)

− radiazione solare globale sulla superficie esterna della parete schermata (GR03)

− velocità del vento (WS02/WS03) e della direzione del vento (WD02/WD03)

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sulla parete SUD-EST

− radiazione fogliare per fotosintesi (PAR04)

− radiazione solare globale (GR04)

− umidità relativa (AT04/RH04)

− radiazione fogliare per fotosintesi (PAR05)

− radiazione solare globale (GR05)

− temperatura dell’aria e umidità relativa (AT05/RH05 e AT06/RH06)

− della temperatura superficiale esterna (TS02, TS06, TS04)

− velocità del vento (WS04/WS05) e della direzione del vento (WD04/WD05)

in copertura sul tetto verde

− temperatura dell’aria e umidità relativa (AT01/RH01)

− radiazione fogliare per fotosintesi (PAR01)

− radiazione solare globale (GR01)

− velocità del vento (WS01) e direzione del vento (WD01)

negli ambienti interni

− Temperatura radiante (TaG01, TaG02)

− temperatura dell’aria e umidità relativa (AT07/RH07 e AT08/RH08)

− temperatura superficiale interna (TS01, TS07, TS08, TS09)

La disposizione dei diversi sensori è rappresentata alle Fig. 2.10 – 2.18.

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Fig. 2.11 - disposizione dei sensori all’interno dell’intercapedine verde della parete Sud-Ovest

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Fig. 2.12 - disposizione dei sensori all’interno dell’intercapedine verde della parete Sud-Ovest – piano secondo

Fig. 2.13 - disposizione dei sensori all’interno dell’intercapedine verde della parete Sud-Est

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Fig. 2.14 - disposizione dei sensori all’interno dell’intercapedine verde della parete Sud-Est

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Fig. 2.15 - disposizione dei sensori all’interno dell’intercapedine verde della parete Sud-Ovest – piano secondo

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Fig. 2.16 - disposizione dei sensori interni Parete Sud-Ovest

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