Quali sono i benefici climatici dei tetti verdi?

Tetti e pareti verdi (green roof, living walls, green facades), portano benefici sociali, economici e ambientali: mitigazione del microclima, risparmio energetico, riduzione dell’inquinamento atmosferico, dell’inquinamento sonoro, della velocità di deflusso delle acque, crescita della natura e della biodiversità, miglior rendimento dei pannelli fotovoltaici in copertura, creazione di un ambiente curativo, protezione dall’erosione nel tempo.

Le coperture verdi rappresentano un metodo naturale per la mitigazione dei fenomeni climalteranti delle aree urbane per effetto delle molteplici caratteristiche delle superfici vegetate come l’albedo, l’evapotraspirazione, la fotosintesi, l’ombreggiamento.

Il microclima nelle aree urbane ad elevata densità

All'interno di molte aree urbane ad elevata densità spesso si percepisce un microclima di qualche grado più alto, generalmente di 3-5 °C, e per un periodo di tempo più lungo rispetto alle circostanti zone periferiche e rurali, questo fenomeno è noto come “isola di calore” (Figura 1) [1]:  il numero di “notti tropicali”, con temperature minime superiori ai 20°C può essere fino a tre volte superiore rispetto a zone della città più verdi [2].

Figura 1. Isola di calore urbana (UHI – Urban Heat Island): andamento delle temperature estive nelle ore serali in relazione al tipo di soprassuolo. (Fonte Lawrence Berkeley National Laboratory) [2],[3]

Questo accumulo di calore nell’ambiente urbano dipende da molteplici fattori quali: la scarsa ventilazione dovuta alla presenza di tanti edifici, la cementificazione delle superfici, le emissioni di automobili, impianti industriali, sistemi di riscaldamento e di refrigerazione, la scarsità ed esiguità di aree verdi.

L’aumento delle temperature nelle città determina di conseguenza un incremento dei consumi idrici ed energetici, ma anche notevoli problemi nella gestione dei rifiuti che unitamente all’intenso traffico urbano generano un considerevole impatto negativo sull’ecosistema città, diminuendone il comfort abitativo [4]. La problematica diventa sempre più importante se consideriamo che proiezioni del “World Urbanization Prospects 2018” delle Nazioni Unite, prevedono che nel 2050 l’emigrazione da zone rurali a zone urbane porterà in media il 70% della popolazione mondiale a vivere in aree urbane: per l’Italia la percentuale raggiunge l’80% (Figura 2) [5].  

Figura 2. Andamento della popolazione italiana in zona urbana e rurale. (Fonte: sito delle Nazioni Unite)

Punti di forza delle superfici vegetate

La capacità di isolante termico della vegetazione è dovuta principalmente all’evapotraspirazione e l’albedo, ma anche alla fotosintesi clorofilliana e all’ombreggiamento (sviluppo nello spazio) e sono proprietà specie-specifiche.

Con l’evapotraspirazione l’acqua dal substrato di coltura viene rilasciata nell’atmosfera sotto forma di vapore acqueo sia per evaporazione diretta sia per traspirazione attraverso gli stomi (aperture dell’epidermide nella pagina inferiore delle foglie): il vapore acqueo si forma sottraendo calore latente all’aria, determinandone abbassamento di temperatura nella prossimità [6]. Nell’ambito della sperimentazione finanziata dalla Ricerca di Sistema Elettrico (triennio 2019-2021) si è potuto sperimentare la capacità evapotraspirativa di diverse specie orticole in diverse condizioni di microclima locale, Figura 3. 

Figura 3 Elementi della bilancia a celle di carico durante le misure dell’acqua evapotraspirata dalla pianta nel CR Enea Casaccia [7]

L’albedo o riflettività della radiazione solare corrisponde alla frazione di radiazione solare riflessa in tutte le direzioni rispetto a quella incidente (min 0- max 1). Le piante hanno la capacità di assorbire la luce del sole in media per il 50% e di rifletterla per il 30%. La superficie di un tetto e/o di una parete ricoperta di vegetazione presenta un’albedo più alta rispetto ad un tetto tradizionale e ciò corrisponde ad una riduzione dell’accumulo di calore. L’ albedometro utilizzato sul tetto verde ENEA durante il monitoraggio di specie differenti e in diversi momenti dell’anno in figura 4 [7] [8].

Figura 4 Albedometro sul tetto verde ENEA C.R. Casaccia: prato a Graminacee in estate (sx) e Sedum (centro) in inverno con tipica colorazione rossa [7]; valori medi dell’albedo (%) 

Le piante attraverso la fotosintesi assorbono e utilizzano parte della radiazione solare incidente per produrre la loro fonte primaria di energia, fissando la CO2 dall’atmosfera attraverso gli stomi, riducendo l'effetto serra. Gli scambi gassosi coinvolgono tutti i componenti presenti nell’aria tra cui anche gli inquinanti gassosi, che possono essere metabolizzati dalle piante.

L’ombreggiatura naturalmente realizzata dalle piante agisce come barriera fisica al surriscaldamento delle superfici. 

Vantaggi di tetti e pareti verdi

Un tetto verde presenta molti vantaggi, tanto dal punto di vista economico, quanto ambientale, quanto sociale (figura 5): gli effetti positivi immediati si avvertono sul piano climatico propriamente detto ma è il caso che ci si riferisca anche all’ambiente, nel senso fisico del termine, perché con tetti e pareti verdi si respira un “clima diverso”. 

Figura 5 Benefici dei tetti verdi (Clever Cities, Horizon 2020) [9]

Riduzione delle temperature

Tetti e pareti verdi sono una misura efficace per affrontare in particolare gli effetti delle isole di calore urbano nelle aree urbane ad alta densità: vengono considerati dei veri e propri componenti edilizi - architettura sostenibile, bioedilizia - che mitigano il microclima delle aree urbane.

Lo stesso Ministero della Salute nel Piano Nazionale di Prevenzione degli effetti del caldo sulla salute [4] ha sottolineato l’importanza di disegnare modelli di città adatte agli emergenti disagi climatici riconoscendo che la presenza in città delle aree e spazi verdi diminuisce in maniera importante gli effetti delle isole di calore, soprattutto mediante l’ombreggiamento e l’evapotraspirazione. Le piante, sottraendo calore dall’aria attraverso l’evapotraspirazione, agiscono come isolanti termici degli edifici, riducendo l’energia necessaria sia per il raffrescamento sia per il riscaldamento con conseguente risparmio energetico. La temperatura dei tetti verdi può essere dai 15 ai 25 °C più bassa rispetto ai convenzionali [10], [11] [7]. La figura 6 attesta l’andamento termico di superficie in tetti verdi vs convenzionali in Toronto città [12].

Figura 6 Andamento del flusso medio giornaliero attraverso le coperture (misure effettuate a Toronto)

Copertura di riferimento: rosso; Copertura a verde con 17 cm di terreno: blu; Copertura a verde con 22 cm di terreno: verde. Fonte: K.Liu, CNRC, Canada [13]

Il caso studio di tetti verdi installati in Kansas city nel Missouri (USA) tra il 1999 e il 2020 ha visto una riduzione della building energy dello 0,7% rispetto ai tetti convenzionali, con una sensibile riduzione della domanda dei picchi di elettricità e un risparmio annuo pari a 0,021 $ per m² di superficie di tetto [14]. Non solo, ma anche il clima nelle immediate vicinanze dell’edificio e la temperatura dell’ambiente urbano in generale fruiscono di questo effetto benefico. Nel complesso la riduzione delle temperature nel contesto urbano può arrivare fino a circa 3°C [10], [15], [16], riducendo l’incidenza dello stress da calore associato al fenomeno isola di calore.

Regimentazione dell’acqua piovana 

Un tetto verde ha la capacità di trattenere l'acqua piovana, grazie al naturale assorbimento da parte delle piante e alla ritenzione idrica di substrato e strato drenante in funzione delle caratteristiche e della tipologia dei materiali utilizzati per la stratigrafia, della composizione e profondità del substrato, dei metodi di drenaggio e della capacità delle specie vegetali utilizzate di evapotraspirare e trattenere l’acqua (ampiezza apparato radicale).

Il flusso dell'acqua piovana verso l'impianto di fognatura risulta di conseguenza ritardato. Una parte dell'acqua viene inoltre dispersa dalle piante per evaporazione. Questi meccanismi aiutano a stabilizzare il livello delle acqua di falda, a ridurre l'impatto delle precipitazioni più intense, “bombe d’acqua” [17], sull'impianto di fognatura e a ridurre il rischio di allagamenti.

Da uno studio condotto da Coldiretti, è emerso che nel 2020 lungo la nostra Penisola si sono verificati 71 nubifragi con precipitazioni violente, con un aumento del 31% rispetto allo stesso periodo dall’anno precedente [18]. L’EPA [19] ha quantificato che i tetti verdi nei casi studio statunitensi riescono a ritenere gran parte delle precipitazioni estive con una minore capacità invece per il periodo invernale intorno al 20% in meno. E’ evidente l’influenza anche per questo aspetto della stagione e dell’andamento pluviometrico tipico. L’acqua piovana risulta più pulita poiché’ i tetti verdi filtrano gli inquinanti contenuti nella pioggia.

Purificazione dell’aria

Un tetto verde fornisce quindi un contributo importante alla purificazione dell'aria. Le piante dei tetti verdi intercettano mediante le foglie e i tessuti vegetali il particolato presente nell'aria, PM10 particolarmente e PM2,5, che concretizza in gran parte e quindi non viene rilascio in caso di pioggia [20]. Gli alberi e gli arbusti sono generalmente caratterizzati da maggiore efficacia nella rimozione di contaminanti rispetto alle specie erbacee, soprattutto a causa della maggiore area superficiale del fogliame. Dunque, i tetti verdi intensivi, la cui vegetazione è costituita da alberi e arbusti, sono più efficaci rispetto a quelli estensivi [21]. Il caso studio di Manchester UK [22] con l’esame di una installazione di 325 ettari di tetti verdi per valutare la capacità di cattura di particolato da parte di 4 differenti specie vegetali diffuse nei tetti verdi inglesi: Sedum album, Festuca rubra, Agrostis stolonifera e Plantago lanceolata, figura 7.

Figura 7 Valori del SIRM (saturazione isoterma di rimanenza) normalizzati sull'area fogliare dai campioni provenienti dal Tetto 1 (Roof 1), Tetto 2 (Roof 2) e dal First botanical garden (Control). [22]

Sulla base dei risultati conseguiti è stata costruita una ipotesi di scenario secondo cui estendendo i tetti verdi all’intera città di Manchester il valore di captazione medio di particolato potrebbe passare dal 2% (tetto estensivi) al 17% (tetti intensivi), tabella 1 [22].

Tabella 1 Stima del quantitativo annuo specifico di PM10 rimosso dalle specie vegetali considerate presso Tetto 2 e del quantitativo assoluto annuo di PM10 rimosso nello Scenario*

 

I tetti verdi purificano l’aria perché’ le piante assorbono attraverso gli stomi gli inquinanti gassosi, trasformando anidride carbonica in ossigeno. Il sistema di monitoraggio ENEA Casaccia (Roma) ha consentito di confermare l’azione positiva delle NBS sul controllo della concentrazione della CO2 nell’ambiente circostante l’edificio ma anche l’influenza delle caratteristiche ambientali locali sulla concentrazione del gas in oggetto, in particolare l’importanza della velocità del vento e della vegetazione circostante. Ma i tessuti vegetali e il suolo sono capaci di degradare alcuni composti organici come gli idrocarburi policiclici aromatici: infatti è stato riscontrato il 20% in meno di concentrazione dei BTEX (benzene, toluene, etilene e xileni), i COV più comuni in ambiente urbano, a livello del tetto verde sperimentale.

Il caso studio di Kansas city [23]  ha permesso di vedere che l’ installazione di 700,000 ft2 di tetti verdi tra il 1999-2020 risulterebbe in una minore emissione di NO, 384 pounds (176 kg), di  734 pounds (332,9 kg) di SO2 e 269 tons di CO2 nel 2020. Riduzione di emissioni corrispondenti a benefici salutari per 35,000-80,000 $. 

Effetto ombreggiatura

Inoltre, diminuendo la temperatura superficiale mediante il raffreddamento tramite traspirazione e fornendo ombra, le specie vegetali limitano in maniera indiretta la concentrazione di alcuni inquinanti secondari, come l’ozono troposferico, riducendo le reazioni fotochimiche che li formano. Per di più, la richiesta di energia dell’edificio ove sono installati, riducendosi il bisogno di aria condizionata, viene diminuita e di conseguenza vengono diminuite le emissioni degli impianti di produzione di energia elettrica, apprezzabilmente se installati a larga scala. 

Maggiore efficienza degli impianti fotovoltaici

Un tetto verde riduce la temperatura del tetto. i valori delle temperature registrati sulle coperture verdi oscillano fra i 25-30 °C, contro le temperature rilevate su materiali artificiali impermeabili che oscillano tra i 50-85 °C (dato che spazia da manti sintetici chiari a manti bituminosi scuri). Su un tetto più fresco, gli impianti fotovoltaici funzionano con maggiore efficienza e la spesa per la fornitura di energia elettrica diminuisce. Uno studio tedesco [24] e ancor prima Hui e Chan [25] hanno approfondito l’interessante legame tra tetti verdi e pannelli fotovoltaici, constatando che in presenza di verde l’impianto fotovoltaico lavora meglio e rende meglio, fino all’8% in più.

Riduzione dell'inquinamento acustico all'interno e all'esterno dell'edificio

Un tetto verde costituisce una vera e propria barriera acustica per l'edificio. È infatti capace di assorbire i rumori e creare così un ambiente più silenzioso, tanto all'interno quanto all'esterno dell'edificio.

Durata prolungata del rivestimento del tetto

Un tetto verde protegge il rivestimento del tetto dai fattori esterni come sole, pioggia, vento ed escursioni termiche. Il risultato è un tetto che dura anche due o tre volte di più, fino a 60 anni e oltre. Per recuperare l'investimento in un tetto verde sono invece sufficienti 8-12 anni.

Maggiore biodiversità

Per realizzare un tetto verde, si utilizzano diverse varietà di Sedum, unite a erbacee, graminacee e piante ospiti. Si viene così a creare l'habitat ideale per uccelli, farfalle e insetti, soprattutto nei contesti urbani, caratterizzati da cemento e asfalto.

Migliore qualità di vita

Un ambiente verde ha un effetto positivo sulla salute fisica e mentale e sulla produttività, riducendo la pressione sanguigna [26] e il periodo di convalescenza dei pazienti, il che si traduce in degenze ospedaliere più brevi. Anche la soglia del dolore risulta più alta in un ambiente più naturale. Tutto questo è noto come "ambiente curativo".

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