Caratterizzazione sperimentale della prestazione termica e acustica di un living wall

La realizzazione di facciate verdi è una pratica nota fin dall’antichità: piante rampicanti quali edera, vite, glicine e molte altre specie, venivano lasciate crescere sulle facciate, dove potevano espandersi fino a ricoprirle completamente. Si trattava di piante radicate nel terreno, che utilizzavano la superficie verticale degli edifici come sostegno per la loro crescita. Il concetto di verde verticale è stato poi rielaborato in anni più recenti (in particolare nell’ultimo decennio) mettendo a punto dei veri e propri sistemi tecnologici attraverso i quali rivestire gli edifici con una pelle verde. Tali apparati, che prendono il nome di living walls, sono dei sistemi modulari verticali realizzati con pannelli contenenti un substrato che ospita diverse specie di piante. I pannelli, precoltivati in vivaio, vengono montati come rivestimento sulle facciate opache attraverso un apposito telaio. L’inverdimento delle facciate ha assunto dunque dignità progettuale, configurandosi come elemento integrato con la facciata piuttosto che mera decorazione. È quindi una scelta effettuata a monte nella progettazione di un organismo edilizio, che necessita di uno studio tecnologico e compositivo specifico. La quasi totalità dei living walls realizzati, trova le sue ragioni in questioni che afferiscono alla sfera formale ed estetica della composizione architettonica, tuttavia limitarsi a considerare il verde verticale solo per l’aspetto compositivo sarebbe alquanto riduttivo. Numerosi studi effettuati soprattutto in questi ultimi anni hanno infatti evidenziato i benefici che un living wall può apportare, sia a scala di edificio che a scala urbana: miglioramento delle prestazioni dell’involucro (isolamento termico), ombreggiamento sulle facciate, controllo microclimatico, diminuzione dell’effetto isola di calore, miglioramento della qualità dell’aria, aumento della biodiversità, trasformazione del paesaggio urbano. Benché la ricerca sia in linea generale concorde sull’utilità del verde verticale e sui vantaggi che ne derivano a livello qualitativo, pochi sono gli studi che hanno cercato di concretizzarne i benefici esprimendone il carattere quantitativo. Un primo obbiettivo di questa ricerca è quindi quello di superare il concetto di verde verticale come elemento teso unicamente alla definizione formale della facciata, analizzandone gli aspetti fisico-tecnici attraverso un’analisi quantitativa delle proprietà termiche e acustiche. Rispetto a tali proprietà, infatti, la letteratura risulta essere piuttosto carente di dati numerici che possano essere utilizzati nel calcolo delle prestazioni dell’involucro. Dal punto di vista normativo i living walls in Italia trovano scarsa considerazione. Ad eccezione di un vago accenno nella Legge n.10 del 14/01/2013 “Norme per lo sviluppo degli spazi verdi urbani”, dove si invitano gli enti locali a promuovere l’incremento degli spazi verdi urbani anche tramite tecniche di inverdimento verticale delle pareti, non si trovano riferimenti a tale tecnologia né tanto meno alle questioni di natura fisico tecnica ad essi connesse, contrariamente a quanto invece accade per le coperture verdi. La conseguenza diretta di tale lacuna legislativa è l’assenza di indicazioni relative alle metodologie di calcolo per stimare le prestazioni termiche e acustiche del verde verticale. Tale questione si rivela particolarmente complessa in quanto, pur partendo dagli standard delle normative UNI EN ISO, non si può prescindere dal fatto che un living wall è un sistema complesso e multivariato in perenne mutamento: il verde, elemento vivo e dinamico, si sottrae alle regole di un’analisi prestazionale pensata e normalizzata per involucri tradizionali. Parametri quali massa, spessore, resistenza termica, densità, eccetera, variano a seconda delle stagioni, dello sviluppo della pianta, della quantità di substrato utilizzato, e di molteplici altri fattori. La metodologia di analisi e di calcolo delle prestazioni deve comunque essere corretta dal punto di vista scientifico, replicabile e attendibile nei risultati. Uno dei principali challenges di questa ricerca è stato, dunque, quello di stimare dei valori numerici atti a descrivere il comportamento termico e acustico di un living wall, a fronte di una difficoltà metodologica e metrologica. È stato quindi messo a punto un metodo di analisi e valutazione a partire da dati sperimentali, ottenuti attraverso monitoraggi in campo e misure di laboratorio. Nell’ottica di una progettazione integrata, che considera quale fattore imprescindibile la compartecipazione di tutte le discipline interessate (composizione, tecnologia, fisica tecnica, ecc.) alla definizione dell’involucro edilizio, questa ricerca ha un duplice obbiettivo: a partire dagli output delle misure sperimentali, fornire dati numerici che possano essere usati come riferimento dai progettisti al fine di stimare le reali prestazioni di un edificio che vede il living wall quale tecnologia di involucro; stabilire quali relazioni intercorrono tra i diversi parametri termici, acustici, agronomici e tecnologici al fine di poter ottimizzare il sistema. La ricerca è stata in parte sviluppata all’interno di un progetto Polight, “GRE_EN_S - GREen ENvelope System”, finanziato dal Polo Innovazione della Regione Piemonte; tale progetto è stato svolto in cooperazione con due dipartimenti del Politecnico di Torino, un dipartimento dell’Università di Torino e alcune aziende locali. L’analisi sperimentale ha riguardato il sistema tecnologico messo a punto all’interno del progetto GRE_EN_S, del quale sono state misurate le prestazioni termiche, acustiche, meccaniche e agronomiche. Tale scelta è dovuta alla necessità di circoscrivere la sperimentazione a una tecnologia specifica al fine di evitare generalizzazioni che, allo stato dell’arte attuale, potrebbero risultare fuorvianti e comporterebbero un grado di incertezza non accettabile ai fini di una corretta valutazione prestazionale. I moduli che costituiscono il sistema GRE_EN_S si compongono come segue: feltro esterno, substrato, feltro interno, geogriglia, substrato, geogriglia, feltro interno, feltro esterno; su questi ultimi due strati vengono effettuati sei tagli orizzontali per permettere l’alloggiamento delle piante. Il modulo, così composto, viene incluso all’interno di una cornice metallica che sarà a sua volta inserita in un sistema di montanti verticali e orizzontali fissati alla parete retrostante. La dimensione dei moduli è di 40x60 cm o 50x50 cm. Al fine di ampliare l’indagine sperimentale, valutare i contributi dei singoli componenti in termini di prestazioni e raccogliere elementi utili all’ottimizzazione del sistema, durante i monitoraggi sono stati variati alcuni elementi: le specie di piante, la composizione del substrato, il materiale dei feltri. Una volta definito il sistema tecnologico su cui effettuare le misure, il lavoro si è articolato in varie fasi. Una prima campagna di monitoraggi termici è stata condotta su un dimostratore realizzato presso il Politecnico di Torino e ha permesso di evidenziare le principali potenzialità e criticità del living wall in regime dinamico, a fronte delle variazioni nictemerali e stagionali, oltre che di mettere a punto la metodologia di misura e analisi dei dati. Sono quindi stati raccolti dati relativi a temperature e flussi termici e solari, da cui è stato possibile calcolare resistenze termiche, conduttanze ed energie giornaliere. Una campagna di monitoraggio analoga è stata in seguito condotta su un modello insediativo a scala reale realizzato presso il centro di ricerca “Environment Park”. I dati ottenuti sono stati quindi confrontati con un modello insediativo equivalente ma con un rivestimento tradizionale. La caratterizzazione energetica è consistita nella valutazione dell’influenza del living wall sull’isolamento termico e sul controllo delle temperature superficiali esterne, nonché sullo scambio convettivo con l’ambiente esterno. Il living wall è stato caratterizzato dal punto di vista acustico innanzitutto mediante la misura del coefficiente di assorbimento. Data la complessità del sistema, è stato necessario mettere a punto una metodologia di indagine rigorosa e che, al contempo, permettesse tempi di misura e costi contenuti; una campagna di misure preliminari effettuate in tubo di Kundt e confrontate con la misura, stante il medesimo misurando, in camera riverberante, ha permesso di validare la correttezza metrologica della metodologia utilizzata. Le misure sono state effettuate presso l’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica. È stata inoltre valutata la prestazione fonoisolante di una parete tipo rivestita con un living wall confrontandola con una parete analoga rivestita in legno: tale misura è stata condotta sui modelli insediativi a scala reale utilizzando sia il metodo intensimetrico che il metodo tradizionale. La caratterizzazione meccanica è stata condotta relativamente ai supporti tecnologici mediante prove di resistenza meccanica a trazione e di permeabilità intrinseca. È stata inoltre svolta una valutazione agronomica al fine di determinare il comportamento di specie diverse e la capacità di accrescimento all’interno del sistema analizzato. I risultati ottenuti con questo lavoro di ricerca hanno evidenziato l’elevato potenziale del living wall. Dal punto di vista energetico si può affermare che in condizioni invernali il sistema è in grado di ridurre la trasmissione di energia, mentre in condizioni estive se ne evidenzia l’efficacia nel ridurre le temperature superficiali esterne. Un ruolo importante è svolto dall’intercapedine che si viene a creare tra i pannelli vegetati e la parete retrostante, all’interno della quale si inserisce il telaio strutturale del living wall. Questa intercapedine durante la stagione invernale funziona come strato isolante, aumentando la resistenza termica totale dell’involucro. È tuttavia necessario evitare di avere un analogo effetto durante la stagione estiva, assicurando la microventilazione dell’intercapedine. Il pannello vegetato ha inoltre effetto sulle resistenze liminari: la presenza delle foglie riduce la velocità del vento con una conseguente diminuzione dello scambio convettivo tra la parete stessa e l’ambiente esterno. Dal punto di vista acustico le misure effettuate hanno evidenziato un’ottima prestazione in termini di assorbimento, dovuta principalmente alla presenza del substrato, che si comporta come adattatore di impedenza tra il mezzo esterno (l’aria) e il sistema stesso. La miscela utilizzata per il substrato è caratterizzata da un’elevata capacità di ritenzione idrica, necessaria alla sopravvivenza delle piante; quando l’irrigazione bagna la miscela la presenza di acqua aumenta in modo considerevole la densità totale e, contemporaneamente, occlude un’elevata percentuale di porosità aperta, determinando una perdita di prestazione acustica. La caratterizzazione delle proprietà meccaniche, effettuata su alcune tipologie di supporti, ha permesso di ottenere dati utili per valutazioni comparative in termini di tenuta al carico, da cui dipende la deformazione della tasca contenente la pianta, di permeabilità e di conduttività idraulica, parametri fondamentali in relazione agli aspetti agronomici. In conclusione, mettendo in relazione i risultati ottenuti al fine di ottimizzare l’intero sistema living wall, si evince l’importanza di un approccio multidisciplinare fin dalle prime fasi della progettazione dell’involucro. Il ruolo della componente vegetale sembra apportare i maggiori benefici a livello energetico, mentre a livello acustico la discriminante è data piuttosto dalla presenza del substrato. La necessità di irrigazione, se da un lato concorre al raffrescamento della parete durante la stagione estiva, ha effetti negativi sulla performance energetica invernale (riduce la resistenza termica dei moduli) e sulla rilavante soprattutto in relazione al loro fabbisogno idrico. La performance di un involucro con il living wall può essere rapportata, oltre che alla scala dell’edificio, anche a scala urbana, dove tale tecnologia può contribuire a mitigare l’effetto isola di calore nonché ad attenuare significativamente gli effetti di riverberazione del rumore da traffico sulle facciate degli edifici (effetto canyon).