Influenze microclimatiche del verde in area urbana
(L'impatto del verde sull'ambiente costruito)
A cura di Dott. Agr. Riccardo Rigolli
PREMESSA
Con il presente contributo si vogliono analizzare, all'interno di un sistema fortemente antropizzato come l'area urbana, gli effetti della vegetazione sul microclima sia a livello energetico che in relazione alla presenza degli edifici e di superfici impermeabilizzate nel soprassuolo.
Naturalmente questa breve introduzione all'argomento, non potrà entrare direttamente in un'analisi approfondita delle diverse componenti che si vogliono trattare, ma perlopiù identificare almeno le interazioni che esistono tra queste componenti ambientali e le piante.
L'elemento che più contraddistingue, dal nostro punto di vista, un ambiente è il Clima. Ora, questo clima ha diverse definizioni poiché noi lo “analizziamo” sotto diversi aspetti. Così distinguiamo:
§ un macroclima , che rappresenta la specificazione degli elementi caratterizzanti la circolazione generale dell'atmosfera alla scala continentale e oceanica, per un'ampiezza verticale di circa 12 km (ad esempio, il sistema eurasiatico dominato dagli anticicloni delle Azzorre);
§ un topoclima , che rappresenta la caratterizzazione climatica a scala locale, per un'estensione orizzontale dell'ordine delle decine di chilometri e verticale di 1 km; ad esempio, il clima urbano;
§ un microclima , che rappresenta il clima tipico dell'intorno edilizio, per un'estensione orizzontale di qualche centinaio di metri, e verticale corrispondente all'altezza media delle piante, in zone extra-urbane, e degli edifici, in zone urbane.
La definizione che interessa il nostro tema è quella di microclima e i fattori che lo influenzano sono essenzialmente riassumibili in:
§ Radiazione solare (irraggiamento)
§ Temperatura (a livello di topoclima e microclima)
§ tipo o distribuzione di Idrometeore
§ Vento (direzione e intensità)
§ Umidità atmosferica
§ tipo, quantità e distribuzione della Vegetazione
§ presenza di Edifici
§ caratteristiche del Suolo
§ rapporto suolo permeabile/superfici impermeabili
Ora analizziamo le influenze di questi fattori sul microclima.
Il flusso di radiazione solare per unità di superficie è detto irradianza solare ed è composto da una componente diretta, da una componente diffusa e da una componente riflessa dalla superficie terrestre; esiste inoltre una radiazione atmosferica che risulta insignificante nel bilancio radiativo della Terra (come pianeta); tale radiazione, infatti, è indicata come inferiore al 5%, ma non lo è se facciamo riferimento alla superficie terrestre locale. Questa radiazione, inoltre, insieme alla componente riflessa, è modificata dalla presenza di vegetazione poiché in questo caso essa modifica sensibilmente la radiazione solare incidente al suolo. Il grado di attenuazione della radiazione, ad esempio in un prato polifita, arriva fino all'80%, mentre la radiazione netta incidente, cioè il flusso di calore al suolo, si attesta intorno al 5%.
In sintesi, la radiazione solare al suolo è composta dal flusso di calore assorbito dal terreno, dai moti convettivi e dall'evaporazione (o condensazione di acqua al suolo): da questo risulta l'energia totale trasmessa dal sole.
Conoscendo le modalità di trasferimento del calore nell'atmosfera:
§ Conduzione (trasferimento di calore mediante collisione molecolare),
§ Convezione (trasferimento di calore mediante trasporto di massa),
§ Calore latente (trasferimento di calore senza variazioni di temperatura),
§ Irraggiamento (trasferimento di calore mediante onde elettromagnetiche)
possiamo formulare un bilancio energetico relativo al nostro caso microclimatico e valutare - in base alla legge di conservazione dell'energia - i fattori che lo compongono:
irraggiamento , fattore di maggiore influenza e inteso come bilancio netto tra irradianza solare, irradianza dalla atmosfera e reirradianza terrestre;
± il flusso di calore dal terreno ( conduzione ) o dalla massa d'acqua ( convezione ) sottostanti la superficie terrestre;
± il flusso di calore (per conduzione o convezione a diffusione verticale turbolenta) proveniente dallo strato d'aria sovrastante il terreno;
± il flusso di calore determinato dall'evaporazione o dalla condensazione dell'acqua contenuta nell'atmosfera che sovrasta la superficie del terreno,
± lo scambio di calore dovuto ai movimenti orizzontali dell'aria (vento), detto avvezione
± lo scambio di calore dovuto all'effetto delle precipitazioni ( idrometeore ) sullo stato del terreno.
La maggior parte del calore ricevuto dalla superficie terrestre sotto forma di radiazione viene perso per evaporazione(!) e non per reirraggiamento. Di tale flusso radiativo positivo, l'86% è utilizzato per l'evaporazione e il 14% per riscaldare l'aria.
A livello del microclima le radiazioni (ad onde corte) incidenti le pareti edilizie vengono quasi totalmente assorbite e ritrasmesse con lunghezza d'onda degli infrarossi (onde lunghe) che in ambiente urbano provocano un innalzamento medio della temperatura di 4-6°C causato quindi da una forte riduzione del moto evaporativi.
Influenze positive sul microclima si ottengono essenzialmente dai moti convettivi di calore orizzontali e dalle precipitazioni ricevute nell'ambiente urbano.
INFLUENZE MICROCLIMATICHE DEL VERDE IN AREA URBANA
Una componente essenziale alla “mitigazione” del microclima è la vegetazione , le cui principali proprietà sono:
§ l'assorbimento della radiazione solare, principalmente da parte delle foglie – o per meglio dire dagli organi fotosinteticamente attivi - il cui effetto principale è la riduzione della componente riflessa (albedo);
§ la traspirazione stomatica e cuticolare con conseguente emissione di acqua nell'ambiente sotto forma di vapore;
§ l'assorbimento dell'energia cinetica del vento, con conseguente modificazione dei relativi campi di velocità e di pressione, più graduale rispetto alle barriere solide;
§ il filtraggio della radiazione solare diretta che raggiunge il suolo o altre superfici, in funzione della copertura di foglie ( Leaf Area Index );
§ il filtraggio delle polveri sospese in funzione di L.A.I.;
Alcuni effetti di quanto sopra esposto sono:
§ effetti diretti sull'umidità dell'aria;
la traspirazione delle piante favorisce l'aumento dell'U.R., e di conseguenza del comfort termico locale;
§ effetti indiretti sulla temperatura dell'aria;
l'evapo-traspirazione, assorbendo energia per il passaggio di stato dell'acqua, provoca il “raffrescamento” delle foglie e dell'aria che viene a contatto con esse, riducendo la temperatura ambientale locale, in misura proporzionale ai moti convettivi orizzontali di aria;
§ effetti sugli scambi termici tra suolo o altre superfici (tetti o facciate di edifici) ed atmosfera;
le foglie delle piante assorbono gran parte della radiazione solare ricevuta ma solamente in minima parte questa è trasformata in energia chimica (1-2%). Tale processo non incide in modo significativo sugli scambi termici terreno-atmosfera;
L'introduzione di una “copertura” verde sia essa al suolo che su superfici impermeabili (in qualità di verde pensile) favorisce il raffrescamento passivo dell'ambiente. E in particolare:
o la copertura fogliare e la copertura verde al suolo, essendo ad una temperatura inferiore di quella delle superfici circostanti, riduce il reirraggiamento e l'emissione di radiazioni all'infrarosso, riducendo la temperatura radiante media dell'ambiente;
o la copertura verde sopra agli edifici, in funzione della loro progettazione integrata globale, favorisce il raffrescamento passivo dell'edificio con un minor consumo energetico per il condizionamento ed il riscaldamento.
§ effetti sulla dinamica dei venti;
se viene impedita la circolazione del vento, si provoca la conservazione della condensa sulle superfici e l'aumento della temperatura (1-2°C). Inoltre la profondità della zona di calma non varia al variare della lunghezza di un eventuale filare di alberi, ma si mantiene proporzionale alla sua altezza.
§ effetti sulla qualità dell'aria;
la filtrazione delle polveri sospese è il più evidente contributo della vegetazione sotto quest'aspetto.
L'IMPATTO DEL VERDE SULL'AMBIENTE COSTRUITO
In letteratura, la cupola d'aria urbana, con le sue caratteristiche termofisiche è denominato isola urbana di calore .
L'introduzione di nuovi edifici o la creazione di agglomerati edilizi in un ambiente urbano modifica lo scambio radiativo (onde corte e infrarosso) preesistente le costruzioni, comportando una variazione nello scambio di calore latente prodotto per evaporazione dal terreno, oltre a modificare il flusso dei venti. In altri termini si modificano le caratteristiche dell'isola urbana di calore cioè del microclima così come definito.
Al fine di garantire un miglioramento del microclima (o vogliamo dire la conservazione dello status preesistente le costruzioni?) l'introduzione della vegetazione risulta indispensabile, intesa come elemento integrante ed integrato nel progetto stesso edificatorio.
Gli edifici una volta costruiti rimangono in sito immobili e le loro proprietà termofisiche perdurano immutate. Mentre le “capacità” della vegetazione di assorbimento e riemissione della radiazione solare, variano in modo dinamico nel tempo e nello spazio, in funzione dei cicli stagionali ed in seguito alla crescita ed alla flessibilità strutturale e possono essere sfruttate, o meglio, impiegate per riequilibrare le modificazioni microclimatiche che si generano nell'introduzione di corpi edilizi importanti, quali le espansioni periferiche adiacenti il nucleo urbano esistente, oppure le ricostruzioni o i recuperi edilizi di strutture dimesse.
Gli obiettivi che ci proponiamo, con la pianificazione urbanistica integrata alla progettazione del verde, si possono riassumere nei seguenti punti:
a) raffrescamento passivo;
b) risparmio energetico;
c) riduzione di CO 2 ;
d) risparmio idrico.
Il raffrescamento passivo è ottenuto con l'introduzione delle piante, per le ragioni già menzionate, e indirettamente per il favore indotto dall'evaporazione d'acqua dal suolo e dall'evapotraspirazione stomatica.
Occorre tenere presente che il riscaldamento registrato nel microclima urbano deriva dal fatto che solamente una piccola parte della radiazione che colpisce le pareti degli edifici di una città densamente costruita viene riflessa contro il cielo, poiché la maggior parte di questa viene riassorbita dalle pareti stesse, a prescindere dal loro colore, per essere poi rilasciata nelle ore notturne sotto forma di onde lunghe (infrarosso) – da cui il fenomeno di massimo incremento urbano delle temperature nelle notti serene, con rialzi anche di 8-10°C; mentre in campagna lo stesso fenomeno provoca rialzi non superiori a 1-2°C – E' trascurabile e non significativo in termini di comfort termico, l'effetto di raffrescamento dell'aria vicina al suolo, dovuto al riassorbimento delle radiazioni da parte delle pareti.
Dagli studi in merito alla pianificazione urbanistica, risulta inoltre che se gli edifici sono posti in parallelo, la variazione della distanza tra gli edifici e della densità planimetrica dell'area non ha significativi effetti sulla riduzione delle velocità dell'aria negli spazi interstiziali. Da alcune sperimentazioni si ricavano considerazioni in controtendenza alla linea di sviluppo urbano orizzontale: un incremento di densità urbana può produrre effetti benefici sul raffrescamento complessivo delle città diminuendo gli effetti dell'isola di calore urbana, purché si sviluppi in altezza e non planimetricamente.
Gli obiettivi proposti sono verosimilmente ottenibili anche con l'introduzione degli spazi verdi in ambito di espansione urbana, sia in funzione del migliorato microclima, e quindi con minore consumo energetico per il raffrescamento forzato, che in funzione dell'accumulo di Carbonio (CO 2 ) nel medio-lungo periodo sotto forma di biomassa vegetale.
Per quanto concerne il risparmio idrico, questo viene inteso come aumento della velocità del ciclo dell'acqua e come minore dispersione dell'acqua nelle canalizzazioni superficiali.
Premesso che negli ultimi 40 anni le superfici impermeabilizzate sono all'incirca decuplicate, sono sorti innumerevoli problemi legati alla gestione urbana dello smaltimento e della raccolta delle acque provenienti da queste superfici.
Per quanto concerne le valutazioni in merito all'introduzione di coperture verdi pensili in Italia, cioè l'inverdimento di superfici impermeabilizzate, i nostri studi hanno rilevato risultati interessanti sia in relazione alle temperature raggiunte sulle coperture sia in relazione alla gestione delle acque meteoriche.
Generalmente in coperture piane impermeabilizzate prive di inverdimento si verificano assorbimenti della radiazione solare dal 20% (copertura bianca) all'80% (copertura bituminosa) in funzione al colore della copertura.
In Italia, le temperature sulle coperture di colore scuro, nei mesi estivi, mediamente si aggirano intorno ai 60°C con picchi superiori agli 80°C. Tale condizione rappresenta uno dei fattori influenti il consumo energetico nel caso di raffrescamento forzato dell'edificio.
Sperimentalmente, nel caso di coperture piane impermeabili rivestite a verde pensile, a partire da spessori minimi di cm.14, abbiamo riscontrato forti riduzioni delle temperature sia a livello del substrato sia a livello del manto sottostante.
Il grafico mostra i dati aggregati delle temperature rilevate dal giugno al settembre 1998 (nell'estate più calda del secolo) nella Provincia di Bologna.
Come si evince chiaramente, le temperature sull'inverdimento pensile sono, per la temperatura superficiale del terreno, pari a quelle esterne (con picchi di 50°C), mentre a livello del manto impermeabile non hanno superato i 39°C con una riduzione superiore al 20%.
Occorre sottolineare che questi dati corrispondono al caso sperimentale più estremo relativamente ad uno spessore dell'inverdimento pari a cm.14, in assenza di falda idrica nel substrato, in mancanza di irrigazione artificiale di soccorso, e con la presenza di sole specie vegetali xerofite (Sedum spp., Sempervivum, Festuca, Duchesnea, Campanula spp. Thymus spp., ecc.).
A livello del manto si passa da temperature medie di 60°C con picchi superiori a 80°C a temperature massime, che non superano i 39°C, con medie che si assestano nello stesso periodo intorno ai 27.5°C.
Questi dati ci conducono ad un evidente raffrescamento passivo della copertura con effettivi vantaggi dal punto di vista energetico nonché economico nel caso di un raffrescamento forzato dell'edificio.
La stessa copertura inverdita, nei mesi invernali, svolge un'azione protettiva del manto e della struttura portante, consentendo di ridurre notevolmente le escursioni termiche sotto il punto di congelamento.
Dati precedenti ai nostri studi avevano già confermato che l'utilizzo di soli materiali inerti, a protezione del manto impermeabile, non induceva affatto ad un miglioramento della temperatura sulla copertura, ma al contrario, in taluni casi, ha condotto ad un aumento della temperatura superficiale esterna durante i periodi estivi. Questo concorre a sottolineare l'importanza dell'impiego di specie vegetali opportunamente sperimentate e di un “sistema verde” che riproduce, per quanto possibile, le condizioni preesistenti di permeabilità, ricircolo dell'acqua, scambio termico e rigenerazione del manto vegetale.
