Διερεύνηση της επίδρασης των υποστρωμάτων των φυτοκαλυμμένων δωμάτων στην ανάπτυξη των φυτών και στον συντελεστή θερμοπερατότητας αυτών

Abstract

Η φυτική κάλυψη των δωµάτων αποτελεί µια επίκαιρη επιλογή για την εγκατάσταση πρασίνου σε πυκνοδοµηµένους αστικούς χώρους. Ωστόσο υπάρχουν περιορισµένα ερευνητικά δεδοµένα, αφενός για την επιλογή των υποστρωµάτων και αφετέρου για τη διαµόρφωση εγχώριων προδιαγραφών για τα φυτεµένα δώµατα. Επιπλέον, ακόµα µικρότερη είναι η αξιολόγηση της συµβολής τους στην εξοικονόµηση ενέργειας για ψύξη και θέρµανση των κτιρίων. Αντικείµενο της παρούσας διδακτορικής εργασίας είναι η σύνθεση υποστρωµάτων φυτεµένων δωµάτων από εγχώρια αδρανή υλικά διαβαθµισµένης κοκκοµετρίας και η αξιολόγησή τους ως προς τα αγρονοµικά και θερµικά χαρακτηριστικά τους. Επιλεγµένα φυτικά είδη, τα χαρακτηριστικά των οποίων έχουν επαρκώς µελετηθεί για κηποτεχνικές εφαρµογές ή σε καλλιέργειες, εγκαταστάθηκαν σε πειραµατικά φυτοδώµατα προκειµένου να διερευνηθεί η καταλληλότητα των υποστρωµάτων να υποστηρίξουν την επιβίωση και την ανάπτυξη τους. Τα κριτήρια επιλογής των υποστρωµάτων ήταν το µικρό φαινόµενο ειδικό βάρος, το πορώδες, η ικανότητα συγκράτησης υγρασίας, η καλή αποστράγγιση και γενικά η σύγκρισή τους µε υπάρχουσες προδιαγραφές φυτοδωµάτων. Η αξιολόγηση της επίδρασης των υποστρωµάτων στην ανάπτυξη των φυτών, βασίστηκε σε βιοµετρικές και φυσιολογικές µετρήσεις, σε τρία διαφορετικά πειράµατα αγρού ανάλογα µε το είδος της φυτοκάλυψης. Χρησιµοποιήθηκε είτε χλοοτάπητας του είδους Festuca arundinacea, είτε Lavandula angustifolia είτε φυτευτικός συνδυασµός του Pittosporum tobira µε Olea europaea “Koroneiki”. Τα υποστρώµατα δοκιµάσθηκαν στον αγρό µέσα σε θαλαµίσκους 1,2 χ 1,2 m και σε δύο (2) διαφορετικά βάθη για κάθε µία διαφορετική φύτευση. Αυτά µε φύτευση χλοοτάπητα σε βάθη 10 και 20 cm και τα β, µε λεβάντα σε βάθη 20 και 30 cm και µε πιττόσπορο και ελιά σε βάθη 30 και 40 cm. Η ανάπτυξη στα φυτά αξιολογήθηκε υπολογίζοντας στο µεν χλοοτάπητα, το ξηρό βάρος των υπολειµµάτων κοπής, στα δε άλλα το δείκτη ανάπτυξης. Σε όλα τα φυτά υπολογίστηκε η περιεκτικότητα σε χλωρoφύλλες α και β και µετρήθηκε ο δείκτης SPAD. Επιπλέον µετρήθηκε η περίµετρος κορµού στα ελαιόδεντρα και η αντίσταση στοµατίων στα φύλλα της λεβάντας. Οι µελέτες αγρού διήρκεσαν δύο έτη στα εντατικού τύπου πειραµατικά φυτοδώµατα (µεγάλου βάθους µε θάµνους και δένδρα) και ένα έτος στα ηµιεντατικού τύπου (µικρότερου βάθους µε χλοοτάπητα ή λεβάντα). Επιπλέον καταγράφονταν η κατ’ όγκο περιεκτικότητα σε υγρασία των υποστρωµάτων και µετεωρολογικά στοιχεία (θερµοκρασία αέρα σε 0 C και ύψος βροχής σε mm). Σε παράλληλο πείραµα στο Κέντρο Ανανεώσιµων Πηγών Ενέργειας, κατασκευάστηκαν οι ίδιοι τύποι φυτεµένων δωµάτων που αφορούσαν το γρασίδι και τη λεβάντα, για βάθη υποστρώµατος 10 και 20 cm αντίστοιχα, στην οροφή ειδικού Θαλάµου οκιµών (test cell), τυποποιηµένου από το διευρωπαϊκό πρόγραµµα PASLINK, προκειµένου να εκτιµηθεί ο συντελεστής θερµοπερατότητας (U) των συστηµάτων φυτοκάλυψης. Η εκτίµηση του συντελεστή θερµοπερατότητας (U) προέκυψε σε δυναµικά µεταβαλλόµενο περιβάλλον, συνεκτιµώντας ταυτόχρονα διάφορες περιβαλλοντικές παραµέτρους. Ο συντελεστής θερµοπερατότητας (U) που υπολογίζεται µε αυτό τον τρόπο, είναι αφ’ εαυτού κριτήριο για τη θερµική απόδοση των φυτεµένων δωµάτων ως βιοκλιµατικών συστηµάτων, αλλά και εισαγόµενο στοιχείο σε λογισµικά ενεργειακών µελετών, προκειµένου να υπολογισθεί η εξοικονόµηση ενέργειας για ψύξη και θέρµανση σε κάθε συγκεκριµένο κτίριο όπου εγκαθίστανται. Τα υποστρώµατα που δοκιµάσθηκαν ήταν: α) πετροβάµβακας, β) S , γ) Pum 65 :P 30 :Z 5 και δ) Pum 65 :C 30 :Z όπου S: αµµοπηλώδες έδαφος, Pum: κίσσηρη, P: τύρφη, C: κόµποστ και Z: ζεόλιθος σε κατ’ όγκο αναλογίες που υποδεικνύονται από τους δείκτες. Το βάθος του υποστρώµατος δείχθηκε ο επικρατέστερος παράγοντας επηρεασµού της ανάπτυξης όλων των φυτών και στα τρία πειράµατα, µε εξαίρεση το Pittosporum tobira. Όσον αφορά τον τύπο του υποστρώµατος, το υπόστρωµα Pum 5 65 :C 30 :Z το οποίο περιείχε κόµποστ ευνόησε την καλύτερη ανάπτυξη των φυτών σε σύγκριση µε τα δύο άλλα υποστρώµατα, καταρχήν και στα δύο πειράµατα που εφαρµόστηκε, ενώ κατά τη θερινή περίοδο φάνηκε να αποτελεί µειονέκτηµα για τη λεβάντα. 5 Από τις µετρήσεις του συντελεστή θερµοπερατότητας (U), δείχθηκε ότι αυξανοµένου του βάθους του υποστρώµατος επιτυγχάνονται επίσης µειωµένες τιµές και άρα αυξηµένη συµβολή στο θερµικό ισοζύγιο του κτιρίου. είχθηκε επίσης ότι σε συνθήκες επαρκούς άρδευσης, οι τιµές U είναι σε θετική γραµµική συσχέτιση µε την περιεχοµένη κατ’ όγκο υγρασία στο υπόστρωµα. Τέλος το υπόστρωµα µε πετροβάµβακα 8 cm, σε περιεκτικότητα υγρασίας 37,5% v/v, δείχθηκε σε προσοµοιώσεις στο λογισµικό θερµικής εξοικονόµησης κτιρίων (TRNSYS), να εξασφαλίζει τη µεγαλύτερη εξοικονόµηση ενέργειας για ψύξη και θέρµανση. Η εφαρµογή του ωστόσο προϋποθέτει επαρκή άρδευση, ενώ ανταγωνιστική ήταν και η απόδοση των υπολοίπων υποστρωµάτων στο βάθος των 20 cm.

Green roofs have recently received increased interest due to their environmental, social, and economic benefits. The present study aims to evaluate suitable, lightweight substrates for the installation of semi-intensive and intensive type green roofs and their effect on Festuca arundinacea, Lavandula angustifolia, Pittosporum tobira and Olea europaea ‘Koroneiki’, growth and physiological status under Mediterranean climatic conditions. Three experiments were conducted in field containers (1.2 × 1.2 m), and treatments included the use of two depths, 10 cm or 20 cm for F. arundinacea, 20 and 30 cm for L. angustifolia and 30 and 40 cm for the common planting of P. tobira and O. europaea var. Koroneiki. Four different substrates were tested: a) pumice (Pum) mixed with peat (P) and zeolite (Z) in a volumetric proportion of 65:30:5 (Pum 65 :P 30 :Z ), b) pumice mixed with compost (C) and zeolite in a volumetric proportion of 65:30:5 (Pum 5 65 :C ), c) sandy loam soil (S) mixed with perlite (Per) and zeolite in a volumetric proportion of 30:65:5 (S 30 :Per 65 :Z ), and d) rockwool boards. A forth experiment was conducted on a test-cell of the Center for Renewable Energy 5 Sources and Saving (CRES), including: a) rockwool boards of 8 cm depth, b) Pum and S 30 :Per 65 :Z 5 substrates of 10 cm depth, and c) Pum 65 :P 30 :Z 5 and S 30 :Per substrates of 20 cm depth. The aim of the last test was to evaluate the thermal performance of substrates in terms of the thermal transmittance coefficient. Substrate depth was the most influential factor therefore the deeper substrates provided higher growth to all plants, in all experiments, with the exception of P. tobira. Differences between substrate types were smaller compared to those of substrate depth. Nevertheless, in comparison with the other two substrates, Pum substrate improved spring growth of lavender plants planted in the plots, whereas during the summer stressful period it restricted lavender growth. 65 It was found that the green roof with rock wool substrate had a very low U-value. For a similar level of substrate moisture content, the other two green roof systems made from 8 cm deep coarse aggregate substrates provided higher U-values. In contrast, the same substrates with increased depth (20 cm) reduced the U-value. The relation between the estimated thermal transmittance and the substrate moisture content was found to be linear. The green roof systems were also simulated for a single-storey residential building in order to quantify their possible energy savings. The results showed that shallow substrates conserve building energy mainly during the hot period of the year, while rockwool and the deeper substrates (20 cm) exhibited significant cooling and thermal insulating capacity.