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Come usare il verde verticale per il trattamento naturale dell’aria

Il verde verticale vanta interessanti potenzialità nel trattamento passivo dei fluidi mediante comportamenti di purificazione e condizionamento dipendenti da fisiologia e fisicità vegetale. Il nostro approfondimento tecnico, dalle specie vegetali al 'Biowall'

Diamond and Schmitt Architects, Royal Botanical Gardens, Burlington (Ontario, USA), 2010. Le due pareti verdi sono state eseguite con la tecnica del BioWall. Dall’immagine è comprensibile come seppur tale installazione presenti un’importante valenza funzionale, essa sia del tutto simile, nella sua risultante estetica e di rappresentanza, ad un qualsiasi altro muro vegetale. (Credits: Elizabeth Gyde, Diamond and Schmitt Architects. Fonte: Green Roofs for Healthy Cities – www.greenroofs.org)
Diamond and Schmitt Architects, Royal Botanical Gardens, Burlington (Ontario, USA), 2010. Le due pareti verdi sono state eseguite con la tecnica del BioWall. Dall’immagine è comprensibile come seppur tale installazione presenti un’importante valenza funzionale, essa sia del tutto simile, nella sua risultante estetica e di rappresentanza, ad un qualsiasi altro muro vegetale. (Credits: Elizabeth Gyde, Diamond and Schmitt Architects. Fonte: Green Roofs for Healthy Cities – www.greenroofs.org)
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Le piante dimostrano importanti aspetti di purificazione, umidificazione e filtrazione naturale dell’aria che avvengono, peraltro, senza l’impiego d’energia elettrica o apparati meccanici, quindi con un risparmio sia economico che di emissioni climalteranti in atmosfera. Risulta perciò evidente come l’uso mirato di chiusure a verde verticale per sfruttarne le possibili doti di miglioramento qualitativo dell’aria, assicuri a tali sistemi delle peculiarità che nessun’altra tipologia di parete edilizia può vantare. I benefici in questione si rivelano più efficienti e controllabili nel caso di ambienti confinati, poiché la dimensione contenuta dello spazio d’azione e il limitato volume d’aria su cui i vegetali si trovano ad agire sono maggiormente gestibili se confrontati alle dimensioni potenzialmente illimitate dello spazio aperto – nel caso dell’atmosfera esterna sarà il quantitativo di verde presente in una conurbazione a delinearne l’effettivo comportamento e/o beneficio: ciò non toglie comunque che, anche nel caso degli spazi aperti, una facciata verde si rivelerà spesso più efficiente di una qualsiasi altra chiusura non integrante vegetazione.

Organismi vegetali e qualità atmosferica
Le modalità con cui le piante agiscono sulla qualità dell’aria fanno riferimento a due fattori: umidificazione atmosferica naturale e biofiltraggio degli inquinanti. Alcuni studi (Darlington & Dixon 2001; Tomašević et al. 2005; Shan et al. 2007; Nowak & Crane & Stevens 2006; Baraldi et al. 2009) hanno evidenziato come non siano solo gli apparati fogliari e la fisiologia vegetale a provvedere ad un’azione purificante dell’aria, ma anche i microrganismi che presenziano sui rispettivi apparati radicali: tali ricerche hanno dimostrato come il contatto tra masse d’aria inquinata e le colonie di microrganismi che popolano le radici di alcune specie, possano provocare una depurazione atmosferica naturale derivante dalle attività fisiologiche messe in gioco dai microrganismi stessi; avviene quindi in un vero e proprio biofiltraggio dell’aria, naturale e totalmente passivo, prodotto non tanto dai vegetali quanto piuttosto dagli organismi ivi presenti. Diviene pertanto interessante vagliare le tecnologie del verde verticale anche alla luce di questa loro potenzialità intrinseca, ovvero quella di agire da biofiltro contribuendo alla salubrità ambientale.
Come noto, la qualità dell’aria indoor è generalmente peggiore di quella esterna, fattore dovuto alla presenza di persone, oggetti, macchinari, ecc., in un dato ambiente confinato. Negli spazi chiusi le sostanze in sospensione (composti organici volativi, polveri, particolati ecc.) sono molteplici e di vario genere, e alcune di esse possono rappresentare delle fonti di nocività e/o discomfort per l’uomo. È per tali motivi che può rivelarsi necessaria l’installazione di sistemi per il trattamento e la depurazione dell’aria indoor: impianti finora generalmente eseguiti tramite filtri e sistemi a funzionamento meccanico.

Il BioWall
Una possibilità interessante che deriva dalle suddette conoscenze in materia di biofiltraggio vegetale è quella che vede l’impiego del verde verticale come sistema per il trattamento dell’aria: ai tempi del progetto di ricerca che lo concretizzò per la prima volta tale sistema venne denominato BioWall, proprio per enfatizzarne le caratteristiche di biofiltraggio; qualche anno dopo, nel 2004, lo stesso venne brevettato negli USA col nome di NEDLAW Living Wall.
Il principio base di funzionamento del BioWall è semplice, e consiste nel far passare l’aria estratta da un dato ambiente attraverso il substrato in feltro di un muro vegetale: la cooperazione tra l’attività fisiologica delle piante e le azioni messe in gioco dai microrganismi che stanziano sui relativi apparati radicali genera una purificazione passiva dell’aria, la quale, conseguentemente all’azione filtrante descritta al paragrafo precedente, sarà pronta per essere re-immessa nel medesimo locale. Le piante, sfruttando l’energia fornita loro dal sole (o, in alternativa, da specifiche lampade elettriche che riproducono lo spettro solare), metabolizzano e mineralizzano le molecole organiche o inorganiche presenti in atmosfera, mentre l’azione dei batteri contribuisce ad eliminare sia le normali polveri in sospensione che alcuni inquinanti quali formaldeide, benzene, toluene, monossido di carbonio, xilene, tricloroetilene, ossidi di azoto.

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Sistema NEDLAW Living Wall: sezione e schema di funzionamento. L’installazione consta di un normale muro vegetale con substrato in feltro sintetico, mentre l’innovazione consiste nel trasformare l’intercapedine retrostante al substrato in una camera d’estrazione forzata dell’aria; l’intercapedine contiene al proprio interno un sistema di ventilazione meccanica che serve a mantenere in ricircolo il fluido. Il reiterato passaggio dell’aria esausta attraverso l’apparato a verde ne procura una purificazione naturale, così che questa può venire più volte re-immessa nell’ambiente senza essere miscelata con dell’aria esterna più fredda, cosa che comporterebbe un abbassamento di temperatura a cui rimediare tramite apporti energetici ulteriori. (Fonte: Air Quality Solutions)

Dal punto di vista prettamente tecnologico-esecutivo, l’intercapedine presente tra l’apparato vegetale e la frontiera edilizia funge da camera d’estrazione, e ingloba un sistema di ventilazione meccanizzato finalizzato a mantenere in circolo il fluido gassoso da depurare: essendo completamente traforato il supporto rigido a sostegno del feltro, il substrato consente il passaggio dell’aria. Quest’ultima, venendo mantenuta in transito tra l’ambiente designato e la camera d’estrazione del BioWall, verrà reiteratamente interessata dal suddetto processo depurativo naturale, fino a che non risulti eccessivamente caricata di inquinanti: quando le sonde che monitorano il sistema ambientale indoor attesteranno un’eccessiva presenza di inquinanti sospesi, provvederanno a miscelarla con dell’aria pulita proveniente dall’esterno.

Dagli studi di Darlington emerge che tutte le specie vegetali presentano sui propri apparati radicali una certa quantità di microrganismi funzionali al biofiltraggio, ma anche che, però, per i precisi scopi del presente contributo, alcune piante si rivelano più efficienti. Inoltre non tutte le specie sono egualmente efficaci nei confronti dei medesimi inquinanti: in altre parole alcuni vegetali sono più efficienti per determinate sostanze, quindi, a detta dello stesso Darlington, la chiave per l’ottimale riuscita del sistema sarà quella di trovare il giusto bilanciamento biologico per ogni specifica installazione in ambiente. La ricerca del team canadese è tutt’oggi in via d’implementazione, ma è già stata redatta una prima lista di specie utili al biofiltraggio: Aglaonema pictum, Chlorophytum, Codiaeum, Gineceo, Dracaena, Ficus, Hedera, Ficus eleastica, Adiantum capillus-veneris, Philodendron, Sansevieria, Agapanthus praecox orientalis, Tradescantia pallida e alcuni tipi di palme (Dypsis, Howea, Chamaedorea); queste, a seconda delle qualità atmosferiche dell’ambiente in cui andranno sistemate, o in funzione degli effetti che si intenda ottenere, saranno da utilizzare mediante combinazioni e percentuali diverse.

I risultati della ricerca di Darlington sono interessanti perché rivelano come semplicemente grazie all’impiego di organismi vegetali, e quindi senza particolari macchinari o sistemi sofisticati, si possa svolgere la medesima funzione che da anni viene demandata alle macchine. Inoltre questo sistema consente degli indiscutibili vantaggi: il fatto di poter re-impiegare più volte lo stesso volume d’aria permette l’utilizzo in ambiente di quantitativi di fluido a temperature più vicine ai livelli di comfort – fluido che non dovrà quindi essere pre-riscaldato o pre-raffrescato a seconda delle stagioni, con ovvi risparmi a livello economico e di emissioni in atmosfera. Il team di ricerca ha stimato che tale sistema abbia una resa di 1 m2 su ogni 100 m2 di pavimento: ciò significa che per ogni 100 m2 di superficie utile sarà necessario un solo metro quadro di BioWall per garantire una purificazione dell’aria che assolva i limiti di Legge.

Approfondisci: Tecniche di raffrescamento passivo per respingere e dissipare il calore

Verde verticale e condizionamento ambientale passivo
Ulteriore possibilità che lega condizionamento atmosferico passivo e proprietà delle chiusure a verde verticale è inerente al raffrescamento indoor. Il principio fondante è che il passaggio di stato da liquido a gassoso dell’acqua (imputabile alla traspirazione dei tessuti vegetali) produce un abbassamento di temperatura. Sembra infatti che ogni litro d’acqua evaporato attraverso la vegetazione comporti 0,64 kWh di raffreddamento della temperatura dell’aria (fonte del dato: http://www.urbanarbolismo.es): tale principio, legato all’evaporazione, è quello che consente alle piante di dissipare calore mantenendo la propria temperatura superficiale a livelli sempre prossimi o inferiori a quella dell’aria esterna. Ne deriva quindi la possibilità di considerare la parete verde come un sistema utile al trattamento dell’aria negli spazi confinati, sia sotto l’aspetto dell’umidità relativa che della temperatura percepita dall’uomo.

Pareti verdi per il raffrescamento indoor
Esistono alcune sperimentazioni che utilizzano le chiusure vegetate come elemento di condizionamento, impiegando le superfici a verde in sostituzione dei tradizionali sistemi di climatizzazione indoor.

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Indoorlandscaping, Art Aqua: GrüneWand. Chiusura verticale vegetata per il condizionamento microclimatico indoor: sezione schematica di funzionamento. Il sistema è composto da pannelli modulari delle dimensioni di 40x60x5 cm, che presentano un substrato in schiuma di resina fenolica collocato su uno strato rigido in polistirene; l’inverdimento prevegetato che trova alloggio sulla resina fenolica è composto da piante di Ficus pumila e Philodendron scadens. La composizione sintetica del substrato agevola la non prolificazione (e conseguente diffusione in ambiente) di funghi e batteri, poiché si rivela inerte agli attacchi biologici indesiderati. Il sistema presenta una capacità di raffreddamento passivo per evaporazione compresa tra i 50 e i 110 W/m² (variabili cioè in funzione delle stagioni) ed una evaporazione giornaliera compresa tra 1,8 e 3,8 l/giorno per ogni m² di superficie a verde. Legenda dello schema: a. Sistema di supporto in tubolare metallico; b. Fertirrigazione; c. Pacchetto a verde; d. Canalina di recupero idrico. (Fonte: F. Kaltenbach, “Living Walls, Vertical Gardens”, p.1464)

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Indoorlandscaping, Art Aqua: GrüneWand. Esempio di applicazione presso l’edificio ffn GmbH & Co. KG di Hannover (Germania). L’apparato vegetale viene costantemente mantenuto ad uno spessore di 5-7 cm tramite potature che avvengono trimestralmente, al fine di ottimizzare non solo l’aspetto estetico ma anche il rendimento del sistema; con la stessa cadenza avviene anche il monitoraggio delle tubature d’irrigazione: l’impianto irriguo si rivela fondamentale quando si adotti una parete verde per sfruttarne le doti di umidificazione ambientale. (Credits: Michaela Preusser. Fonte: Art Aqua)

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Urbanarbolismo, sistema Aire Acondicionado Vegetal: dettaglio costruttivo e schema di funzionamento. Questo sistema assomma le caratteristiche funzionali e gli obiettivi dei due visti in precedenza: viene infatti impiegato sia con lo scopo della purificazione naturale dell’aria, sia per l’umidificazione ambientale passiva. Si noti, rispetto al sistema NEDLAW Living Wall, la direzione inversa del flusso dell’aria, che viene aspirata nella parte alta della stanza per essere re-immessa in ambiente dalla parte retrostante alla vegetazione. (Credits: catalogo Urbanarbolismo. Fonte: http://www.urbanarbolismo.es/blog/?page_id=500#aire)

Ciò avviene sfruttando le caratteristiche traspirative dei tessuti vegetali e/o quelle evaporative dei relativi substrati di coltivo, con la conseguenza che, nel caso specifico, sarà proprio il carico idrico necessitato dal sistema a tramutarsi nel fattore che incide sulla maggiore o minore umidificazione di un dato ambiente. Questo comportamento dipende specificamente dalla fisiologia della vegetazione: le piante, alla stregua di un qualsiasi altro organismo vivente, sono un sistema autoregolante avente una richiesta idrica variabile a seconda della temperatura ambientale, con una conseguente immissione d’umidità in atmosfera. Il quantitativo idrico re-immesso in ambiente mediante l’evapotrasporazione (che sarà maggiore nel caso di alte temperature dell’aria e minore nel caso di temperature più contenute), contribuisce alla climatizzazione naturale, con l’ulteriore vantaggio di mantenere costantemente l’umidità relativa a livelli prossimi a quelli di comfort per l’essere umano.
L’aspetto fondamentale è quindi che tali installazioni a verde potranno influire sensibilmente sulle condizioni ambientali di un dato luogo in modo totalmente passivo, ed impiegando solo dell’acqua come fattore energetico di base. Oltre a ciò, il fatto che l’umidità relativa indoor venga naturalmente modificata attraverso la presenza delle piante permette di eliminare le problematicità generalmente legate ai condotti d’aerazione meccanici, ove possono prolificare batteri o inquinanti.

Conclusioni
Dalle considerazioni fin qui introdotte – che, come detto, si basano su conoscenze relativamente giovani e in via d’implementazione – ne derivano altre degne di nota: il poter contare in futuro su degli strumenti che consentono un dimensionamento di massima del verde in funzione degli obiettivi di purificazione naturale o condizionamento microclimatico dei luoghi potrebbe rappresentarne un elemento altamente caratterizzante, e che declinerebbe le chiusure vegetate come una tecnologia molto diversa dalle altre oggi presenti sul mercato (Fig. 6 e Fig. 7). Per di più, la possibilità di considerare i sistemi d’inverdimento come delle tecniche ad integrazione o addirittura sostitutive degli impianti (attivi e convenzionali) di un edificio si rivela una via inedita e assolutamente degna d’essere perseguita.

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Canevaflor, inverdimento delle chiusure esterne presso i quattro autosilo della stazione Perrache di Lione (Francia), 2008. Trattasi di un caso di chiusura vegetata impiegata all’esterno con l’obiettivo dell’abbattimento degli inquinanti. L’inverdimento presenta una superficie complessiva di 400 m² e contiene 9.000 piante di 19 specie diverse. Proprio per contrastare l’inquinamento atmosferico sono stati selezionati dei vegetali particolarmente indicati per agire sui metalli pesanti dei gas di scarico, come Cornus (per l’abbattimento del rame), Stachis (nichel) e Arabis (cadmio, piombo, rame). La struttura presenta una commistione di chiusure vegetate e rivestimenti vegetali, quindi è prevedibile che con l’andare del tempo il silo venga completamente invaso dalle piante. (Fonte: catalogo Canevaflor)

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Canevaflor, assonometria del modulo impiegato per l’inverdimento della stazione Perrache. La struttura è composta da gabbioni metallici zincati a caldo; questi contengono un substrato misto (fibra di cocco, perlite, fertilizzanti a rilascio controllato) inserito in appositi sacchi di tessuto non tessuto imputrescibile. Alcuni test eseguiti sul sistema Canevaflor hanno dimostrato un sensibile contributo all’abbattimento degli inquinanti: tali sperimentazioni, consistite nel far passare attraverso il substrato dell’aria fortemente inquinata, hanno dimostrato un abbattimento delle sostanze sospese quantificabile nell’80% degli idrocarburi e fino al 50% degli ossidi di azoto. (Fonte: catalogo Canevaflor)

Dello stesso autore, leggi: Quando il verde verticale serve alla riqualificazione edilizia

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