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

Abstract

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 (Pum65:P30:Z5), b) pumice mixed with compost (C) and zeolite in a volumetric proportion of 65:30:5 (Pum65:C30:Z5), c) sandy loam soil (S) mixed with perlite (Per) and zeolite in a volumetric proportion of 30:65:5 (S30:Per65:Z5), and d) rockwool boards. A forth experiment was conducted on a test-cell of the Center for Renewable Energy Sources and Saving (CRES), including: a) rockwool boards of 8 cm depth, b) Pum65:P30:Z5 and S30:Per65:Z5 substrates of 10 cm depth, and c) Pum65:P30:Z5 and S30:Per65:Z5 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, Pum65:C30:Z5 substrate improved spring growth of lavender plants planted in the plots, whereas during the summer stressful period it restricted lavender growth. 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.

Η φυτική κάλυψη των δωμάτων αποτελεί μια επίκαιρη επιλογή για την εγκατάσταση πρασίνου σε πυκνοδομημένους αστικούς χώρους. *στόσο 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 0C 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 βάθηυποστρώματος 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) S30:Per65:Z5, γ) Pum65:P30:Z5 και δ) Pum65:C30:Z5 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 Pum65:C30:Z5 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. 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.