ECOSISTEMA UOMO CASA Ripensare le strategie abitative Predappio |
ottobre
ATTI DEL CONVEGNO abstract
Albisani Editore
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Spazi verdi: infrastruttura naturale multifunzionale Federica Rossi, Maria Teresa Salomoni f.rossi@ibimet.cnr.it m.salomoni@ibimet.cnr.it CNR- Istituto di Biometeorologia Via P. Gobetti 101, 40129 Bologna Molti studi hanno analizzato e posto in grande evidenza le significative valenze sullo stato di salute psico-fisica insite nel nesso, all’apparenza puramente romantico, che lega l’uomo al suo territorio e la loro notevole influenza sul senso di benessere/benstare che l’individuo prova nei luoghi in cui vive e in cui lavora. E, infatti, ricerche scientifiche ultra-trentennali hanno fornito dati su “quanto” e “come” l’ambiente naturale – nel senso più ampio del termine - incide sul benessere delle persone, attraverso appaganti esperienze sensibili ingenerate dagli elementi naturali (il succedersi cromatico stagionale della vegetazione, i profumi, il vento e il suo rumore, le alternanze di temperatura, etc.). Da alcuni anni a questa parte, la ricerca sta definendo il quadro quali-quantitativo degli effetti esercitati dalle aree verdi sullo stato di salute dell’uomo, considerando – finalmente – il rapporto uomo/spazi verdi in modo olistico, e quindi come un insieme organico di elementi né frantumati né frantumabili in unità a sé stanti. Le conoscenze raggiunte dalla fisiologia vegetale e dalla fisica dell’atmosfera convergono sulla necessità – nella scelta delle specie più idonee per la città - di considerare della vegetazione non solo le proprietà ecofisiologiche che ne determinano l’adattabilità all’ambiente urbano, ma anche la predisposizione nel rimuovere inquinanti atmosferici e di interferire positivamente con gli elementi del clima. E’ questa la logica che muove IBIMET di Bologna, Istituto del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), a svolgere da anni studi di base e applicati nel settore dell’ecofisiologia delle piante ornamentali e da frutto, i cui risultati sono di supporto a vivaisti, progettisti del verde, agronomi, architetti e ingegneri poiché si traducono in informazioni riguardanti, oltre i requisiti estetici e agronomici delle diverse specie, i loro specifici parametri di compatibilità ambientale. Lo stato dell’arte conferma infatti che nel prossimo futuro sarà opportuno privilegiare, ad esempio, quelle piante che contribuiscano significativamente all’abbattimento della CO2 atmosferica, nonché alla mitigazione dell’inquinamento urbano e al miglioramento delle condizioni di vita nelle città.
EFFETTI DEGLI ALBERI SULLA QUALITA’ QUALITA’ DELL’ DELL’ AMBIENTE progetto
TREE T emperare gli estremi termici R imuovere gli inquinanti atmosferici E mettere composti organici volatili E conomizzare le risorse Fig.1- TREE: per ogni lettera, un elemento da studiare e da comprendere per un verde urbano efficace
E’ ormai imprescindibile, a livello gestionale e decisionale, perseguire il contenimento degli impatti causati dalla crescente antropizzazione del territorio dovuta sia ad attività industriali sia a insediamenti abitativi. L’uso di aree verdi per la mitigazione delle opere ad elevato impatto ambientale è ormai pratica affermata, ma la loro pianificazione prevede al momento soltanto la riduzione degli impatti visivi - limitando quindi la mera l’intrusività nel paesaggio circostante - e acustici. Nuove ottiche, giustificate da solide e recentissime acquisizioni, identificano invece il verde urbano come una sorta di infrastruttura naturale multifunzionale, in grado di svolgere azioni determinanti di attenuazione delle temperature e dell’inquinamento dell’aria, dell’acqua e del suolo. Alla azione di mitigazione dell’impatto visivo e acustico, le zone verdi aggiungono una vera e propria attività di compensazione delle emissioni dell’insediamento stesso, incluse quelle dovute all’ aumento del traffico veicolare. Accrescere il verde in città, privilegiando specie a buon adattamento fisiologico alle peculiarità locali significa quindi modificare l’ immagine estetica, sociale ed ecocompatibile dell’abitato: le inevitabili emissioni di gas e di particolati legate alle attività antropiche sono in qualche modo compensate da un aumento degli assorbimenti naturali da parte delle piante, e l’uso mirato e accorto della vegetazione può contemporaneamente consentire una riduzione dell’energia consumata nel condizionare (raffreddando o riscaldando) la temperatura degli ambienti interni.
T come TEMPERARE GLI ESTREMI TERMICI Gli episodi estivi di ondate di calore, che portano disagi e provocano seri problemi di salute alle fasce più deboli dei cittadini, determinano l’aumento dei consumi di energia per il raffreddamento degli edifici: in città con più di 100.000 abitanti l’energia richiesta durante i picchi di calore aumenta del 2% per incrementi termici di 0,6°C. Diversi studi hanno evidenziato come una oculata scelta e una corretta gestione della vegetazione nelle aree verdi della città migliori nettamente le condizioni microclimatiche, favorendo una sensibile diminuzione delle temperature. La vegetazione può indurre tali variazioni principalmente attraverso l’effetto ombreggiante, che comporta quindi una riduzione della radiazione solare incidente sugli edifici e sul terreno. L’energia solare che giunge su una massa vegetale viene da questa in parte riflessa, assorbita e trasmessa, in parte dissipata nell’atmosfera, come calore latente e calore sensibile, e in parte utilizzata nei processi metabolici. Le piante assorbono o riflettono una percentuale pari al 60 - 90% della radiazione solare, in relazione a una serie di variabili quali il tipo di foglia, la densità della chioma (fitta o rada), la rapidità di accrescimento e la durata della stessa (fogliame sempreverde o deciduo nel periodo di fogliazione), la dimensione e la forma della pianta (altezza massima raggiunta con il suo sviluppo e portamento). Di qui l’importanza della conoscenza delle caratteristiche strutturali, morfologiche e fenologiche di ogni singola specie, per una opportuna selezione delle stesse in fase di progetto di un’area verde. L’ombreggiamento operato dalla vegetazione (oltre che ridurre la componente ultravioletta) può contribuire in modo rilevante al raffrescamento passivo degli edifici, sia diurno per la captazione diretta dei raggi incidenti sia notturno per l’effetto barriera che le chiome degli alberi esercitano verso il calore che dalla terra e dalle superfici pavimentate viene irradiato verso l’alto sotto forma di radiazione infrarosso termica. Con l’impiego della vegetazione in prossimità degli edifici, si contribuisce quindi a moderare l’uso dei condizionatori d’aria, che in Italia ha subito ultimamente un incremento del 20%, con conseguente consumo di energia elettrica in estate ed emissione in atmosfera di grandi quantità di CO2.
Il processo attivo che maggiormente si traduce in un abbassamento della temperatura dell’aria è il processo di evapotraspirazione da parte delle superfici verdi. L’evapotraspirazione è un fenomeno indirettamente legato alla fotosintesi: le piante, per poter assumere l’anidride carbonica dell’atmosfera, devono mantenere gli stomi aperti. Le aperture stomatiche sono la via di uscita del valore acqueo, che si diffonde quindi verso l’atmosfera. Il passaggio dell’acqua dallo stato liquido a quello di vapore comporta un assorbimento di energia termica: per ogni grammo di acqua evaporata occorrono 633 calorie, che vengono perciò sottratte all’aria.
Fig. 2. Rappresentazione trasversale di una foglia: la via di entrata della anidride carbonica e la via di uscita del valore acqueo e lo stoma.
In ambiente urbano, la presenza di piante non sottoposte a stress idrico, e quindi a limitazione stomatica (gli stomi tendono a chiudersi anche durante il giorno quando le temperature sono elevate e l’acqua disponibile è scarsa, attivando quindi un processo di economizzazione dell’evapotraspirazione), di conseguenza contribuisce notevolmente a correggere situazioni di surriscaldamento estivo, riducendo localmente le temperature. Gli effetti microclimatici dovuti alla evapotraspirazione sono riscontrabili soprattutto in aree poco ventilate, ma esposte all’incidenza di una forte radiazione solare. Bisogna considerare che l’abbassamento delle temperature per effetto dei processi traspiratori delle piante è minimo in presenza di alberi singoli, mentre diventa decisamente sensibile in caso di ampie zone verdi, nelle quali la superficie evapotraspirante è elevata. Misure sperimentali hanno evidenziato che, sotto un albero la temperatura pomeridiana dell’aria a 1,5 metri da terra è inferiore di 0,7° - 1,3°C risp etto alle zone circostanti, mentre altri studi condotti in Germania hanno determinato che le differenze di temperatura tra l’ interno dei parchi e le aree urbane circostanti possono raggiungere i 7° C. Gli alberi, quindi costituiscono un’importante barriera termica, capace di abbassare la temperatura e dare refrigerio alle zone vicine. La vegetazione, inoltre, se intesa come sistema di verde “tecnologico”, è in grado di esercitare un’azione contraria a quanto espresso fino ad ora: mantenere il calore all’interno degli edifici. Il riferimento è al verde pensile – sia di tipo intensivo o estensivo – che attenua la curva degli andamenti dei flussi termici giornalieri, aumentando il coefficiente di resistenza termica degli edifici. Anche durante il periodo invernale, la copertura degli edifici con sistemi di verde pensile determina una migliore conservazione della temperature interne, limitando la dispersione del calore e contribuendo a diminuire sia i consumi energetici per il riscaldamento degli appartamenti sia le conseguenti emissioni in atmosfera degli agenti inquinanti che derivano dalla combustione.
R come RIMUOVERE GLI INQUINANTI ATMOSFERICI Alla vegetazione viene delegato, anche all’interno del protocollo di Kyoto, un importante ruolo nel contenimento della quota di CO2 in atmosfera, il cui progressivo aumento è ritenuto tra le principali cause dell’effetto serra, e quindi del riscaldamento globale.
Il disagio per la popolazione che vive in ambienti urbani e peri-urbani deriva non solo dal surriscaldamento dell’aria, ma anche dalla presenza nell’aria stessa di polveri e di inquinanti in traccia prodotti dalle attività antropogeniche. L‘incremento di aree dedicate a verde diviene quindi sempre più importante e strategico anche per le politiche di mitigazione climatica a livello globale, e per il miglioramento della qualità dell’aria a livello locale. Una corretta progettazione delle coperture verdi presuppone comunque un’opportuna scelta delle essenze vegetali, che richiede sia una esame attento della situazione ambientale e microclimatica locale, sia la conoscenza delle proprietà agronomiche e fisiologiche delle specie prescelte. Il link delle informazioni necessarie a ricostruire le proprietà attive della vegetazione è complesso, richiede una conoscenza approfondita delle diverse componenti e del loro grado di interazione (Fig. 3)
Fig. 3 Schema generalizzato di alcune interazioni necessarie alla determinazione dell’attività fotosintetica e evapotraspiratoria della vegetazione.
La vegetazione nelle città, quando accuratamente scelta, svolge un importante ruolo di controllo ambientale, come quello di arginare attivamente il problema dell’inquinamento dell’aria, fungendo da vero e proprio filtro purificatore, in grado di contrastare lo smog atmosferico dovuto al traffico veicolare, al riscaldamento degli edifici e ai processi industriali. Alcune specie, in particolare, rappresentano un elemento particolarmente attivo nella riduzione degli inquinanti presenti in traccia in ambiente urbano, in quanto esse sono particolarmente in grado di eliminarli tramite assorbimento e successiva metabolizzazione. Durante il giorno le foglie, con un meccanismo simile a quello con cui assorbono anidride carbonica, e quindi per diffusione tramite le aperture stomatiche, sottraggono all’atmosfera gas inquinanti come ozono, monossido di carbonio, biossido d’azoto e anidride solforosa. Tale rimozione avviene a livello della superficie delle foglie e nei tessuti vegetali, per assorbimento dei composti tossici (NO2, SO2, CO, O3), successivo trasporto attraverso il tessuto fogliare, fino a una loro metabolizzazione. I processi di deposizione dei gas in traccia avvengono per lo più in fase secca, cioè durante le giornate senza pioggia, in cui i diversi gas, trasportati dal vento e dalla turbolenza atmosferica, vengono a contatto con la superficie della terra attraverso i
normali processi regolati dalla micrometeorologia locale, dall’attrito esercitato dalla superficie stessa, e dalla componenti dovute alla resistenza stomatica. La forma della chioma, le dimensioni dell’area fogliare, e quindi la morfologia delle piante, assieme alle componenti fisiologiche (attività stomatica in particolare) regolano quindi la predisposizione delle diverse specie ad agire più o meno efficacemente sull’ assorbimento degli inquinanti in fase di deposizione. Le piante, poi, sono preziosi filtri biologici anche per la capacità di trattenere sui peli o sulle rugosità della superficie fogliare le tanto citate e dannose polveri ultrafini (PM 10, 5, 2,5), la cui presenza sopra i livelli di soglia prestabiliti provoca allarmi tali da indurre interventi anche severi di limitazione del traffico nelle grandi città. L’azione "filtro" è proporzionale al diametro delle particelle e risulta più efficace in foglie spesse, di grandi dimensioni e piuttosto piatte, e in quelle dotate di epidermide rugosa. I contaminanti solidi, che si muovono per gravità oltre che per diffusione, possono depositarsi ed essere trattenuti sulle foglie dai peli o dalle cere o essere disciolti successivamente, specialmente in condizioni di umidità.
E come EMETTERE COMPOSTI ORGANICI VOLATILI Un’altra non secondaria azione delle piante in città, spesso poco conosciuta, è legata alla capacità da parte di alcune di esse di emettere composti organici volatili (VOC) quali gli isoprenoidi (isoprene e monoterpeni) e altri composti come alcani, alcheni, alcoli, esteri, chetoni, acidi etc. L’isoprene e i monoterpeni sono gli idrocarburi biogenici emessi in maggiore quantità nell’atmosfera da parte del mondo vegetale. L’emissione globale stimata di questi composti varia da 800 a 1500 Tg di C per anno, una quantità di gran lunga superiore a quella degli idrocarburi di origine antropogenica. Queste sostanze, che vengono sintetizzate a partire dal carbonio fissato con la fotosintesi, rivestono un ruolo ecofisiologico estremamente importante nell’ecosistema. Infatti le piante possono utilizzarle funzionalmente per attrarre gli insetti impollinatori o per difendersi da quelli patogeni. L’importanza pratica di queste sostanze subentra quando le piante che le emettono si trovano in ambienti in cui la qualità dell’aria, in termini di presenza di inquinanti gassosi è scarsa, come in genere, nelle città. Questi composti volatili sono infatti coinvolti nei processi chimici in quanto sia la loro forma base sia i loro prodotti di decomposizione sono estremamente reattivi con i radicali OH e con i composti antropogenici (NOx): in un ambiente urbanizzato essi reagiscono rapidamente con i comuni agenti inquinanti antropogenici prodotti dalla combustione di carburante fossile, formando gas tossici e gas a effetto serra come l’ozono, il monossido di carbonio e il metano (Tab.1). Al contrario, è stato dimostrato che nelle zone con basse concentrazioni di NOx (zone rurali) i VOC invece esercitano l’azione contraria, addirittura rimuovendo ozono.
VOC biogenici
OH
NO3
O3
isoprene canfene ∆3-carene limonene β-mircene α-pinene β-pinene
1.4 h 2.6 h 1.6 h 50 min 40 min 2.6 h 1.8 h
50 min 50 min 4 min 3 min 3 min 5 min 13 min
1.3 giorni 18 giorni 11 h 2.0 h 50 min 4.6 h 1.1 giorni
sabinene β-cariofillene linalolo
1.2 h 40 min 50 min
3 min 2 min 3 min
4.6 h 2 min 55 min
Tab. 1 Tempo di vita medio in troposfera di diversi VOC biogenici calcolato rispetto alla reazione in fase gassosa con radicali OH, NO3 e O3
Fig. 4. Schema delle emissioni gassose da parte di una pianta arborea “modello”.
Occorre aggiungere a queste considerazioni anche il fatto, ormai noto dalla letteratura scientifica, che il tipo e la quantità delle emissioni sono dipendenti dalla specie, ma anche legati a fattori esterni, per lo più di tipo ambientale, come la temperatura dell’aria, l’eventuale stress idrico, lo stato di salute delle piante. Nell’ambiente urbano i vegetali vivono in condizioni molto diverse da quelle naturali, essendo esposte a stress biotici (patogeni) e abiotici (potature, irrigazione, concimazione, temperatura, inquinamento atmosferico, ecc). Ecco perché è estremamente importante valutare le emissioni di VOC dalle piante utilizzabili per i progetti di pianificazione del verde in area urbana, di vasta o limitata estensione che siano. Recenti studi effettuati sull’impatto delle emissioni da foreste urbane sulla formazione di ozono in città europee hanno evidenziato che in alcune città le emissioni biogeniche sono risultate irrilevanti per la formazione di O3, mentre in altri casi hanno contribuito ad aumentare fino al 10% i livelli di O3. Alcuni aceri, frassini, pini e betulle, che rilasciano nell’aria una quantità relativamente bassa di sostanze volatili e contemporaneamente hanno un’ampia superficie fogliare, arginano utilmente l’inquinamento fungendo nel contempo da filtri per polveri e gas. Sulla base delle informazioni acquisite attraverso il monitoraggio delle emissione dei VOC, delle condizioni micrometeorologiche e della qualità dell’aria, e fornendo quindi informazioni a disposizione di diverse discipline scientifiche, si può procedere alla creazione di modelli specifici per ambienti urbani in cui sarà possibile prevedere gli scenari legati al contributo delle emissioni biogeniche sulla qualità dell’aria in ogni specifico caso.
E come ECONOMIZZARE LE RISORSE
500
5
400
0 H0 LE Rn G Fc
300 200
-1
10
-2
600
Fc (µ µ moli m s )
Wm
-2
L’ambiente urbano è un sistema complesso, nel quale gli scambi energetici sono governati dalla radiazione incidente e dalle proprietà ottiche-geometriche delle superfici e dalla conduzione termica dei materiali. L’entità degli scambi e la partizione dell’energia influenzano anche le proprietà locali della turbolenza e, conseguentemente, anche lo strato atmosferico superficiale che si trova sulla città, con le caratteristiche del quale la popolazione della città quotidianamente si confronta. Per sua natura l’architettura dell’ambiente urbano è complessa e gli scambi energetici hanno andamenti regolati dalla ‘tessitura’, e quindi da tutte le caratteristiche chimico-fisiche-funzionali quali morfologia, proprietà superficiali dei palazzi e delle strade, topografia e uso del territorio.
-5 -10
100
-15
0
-20
-100
-25 0:00
4:00
8:00
12:00
16:00
20:00
0:00
Hour Fig. 5. Bilancio energetico e flusso di CO2 in una giornata tipica estiva per una superficie vegetata: il flusso della radiazione netta viene ripartito in flusso di calore sensibile (termico), flusso di calore latente (di evapotraspirazione), e in flusso di calore nel terreno.
Fig. 6. Convivenza di aree verdi e di edificato in una grande città: il bilanciamento tra le diverse componenti è strategico nel determinare una partizione dell’energia favorevole al benessere.
Il bilancio dell’energia su una superficie complessa come la chioma urbana è quindi dovuto alla molteplicità delle componenti che formano la città. Tutte le principali caratteristiche che influiscono sull’ambiente igro-termico (riflessione da parte degli elementi costruiti, emissione di radiazione infrarossa, inerzia termica dei materiali, processi di evapotraspirazione da parte della vegetazione e di superfici liquide) non andrebbero trascurate in fase di progettazione, dato il loro peso sul bilancio energetico complessivo dell’edificato. .
Fig. 7. L’adozione di piante caducifolie in prossimità delle case può influire positivamente sul bilancio energetico nelle diverse stagioni, limitando eccessi termici e riducendo indirettamente costi e impatti di riscaldamento e raffreddamento domestico.
L’esito favorevole di tali processi deve necessariamente derivare da una catena di approcci, che vanno da quello macroscopico di pianificazione territoriale (che affronta, considerando la forzante macroclimatica, fattori morfologici, fattori naturalistici, fattori antropici), all’approccio meso della pianificazione urbana (che si occupa della qualità ambientale outdoor e del controllo delle forzanti sul costruito), all’approccio micro della progettazione edilizia (qualità ambientale dello spazio confinato, modello di funzionamento energetico dell’organismo edilizio, correlazione edificio-ambiente, impiego della vegetazione come elemento integrante della costruzione urbana). In conclusione, un’efficiente qualità ambientale deriva dal compendio bilanciato tra interventi edificatori e azioni sul verde, conseguendo numerosi benefici ed economie quali: - energetiche: la mitigazione degli estremi termici consente una diminuzione dei consumi legati al condizionamento indoor; - idriche: la presenza di aree a verde determina una minore immissione di acqua nelle reti cittadine di raccolta con due importanti conseguenze: l’aumento del corpo idrico delle falde acquifere e la diminuzione del volume di acqua che affluisce nei fiumi, aspetto di particolare rilievo nella prevenzione delle alluvioni; - dei materiali: le superfici variamente lastricate beneficiano dell’ombreggiamento derivante dalle alberature in termini di durata; - delle spese sanitarie: adottando specie i cui pollini non determinano allergie, la presenza di alberi diminuisce il particolato atmosferico migliorando la qualità dell’aria.
Bibliografia essenziale Baldini E., Facini O., Nerozzi F., Rossi F., Rotondi A. ,1997. Leaf characteristics and optical properties of different woody species. Trees. Structure and Function. 12, 73-81 Baraldi R., Rapparini F., Rossi F., Latella A., Ciccioli P., 1999. Volatile organic compound emissions from flowers of the most occurring and economically important species of fruit trees. Phys. Chem. Earth (B), 24, 6, 729-732. Emillson T., 2008. Vegetation development on extensive vegetated green roofs: Influence of substrate composition, establishment method and species mix.Ecological Engeneering, 33, 3-4, 265-277. Georgiadis T., Rossi F., 1989. Dry deposition of pollutants and effects on vegetation. Aerobiologia. The European Journal of Aerobiology., 5, 2, 111-121. Grant et al., 2003 UV leaf reflectance of common urban trees and prediction of reflectance from leaf surface characteristics. Agr. Forest Met., 120, 2003, 127-139 Loram A, Warren PH, Gaston KJ. 2008. Urban domestic gardens (XIV): The characteristics of gardens. ENVIRONMENTAL MANAGEMENT 42, 3, 361-376 . Oke T.R., 2001- Boundary layer climates. Taylor and Francis Eds., 435 pp. Rossi F., Nerozzi F., Facini O., Georgiadis T., 1996. Orchard-atmosphere physical exchanges: modelling the thermal canopy regime for the determination of sensible and latent heat fluxes. Acta Hortic., .416, 169-176.