Il contributo verde alla temperatura

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Un prato naturale senza dubbio contribuisce al mantenimento di una temperatura più bassa rispetto ad un prato sintetico. Esercitando gli insegnamenti della fisica è possibile fare una stima approssimativa di un contributo fino a circa 8⁰C per merito della evapotraspirazione che contribuisce a mantenere spenti i nostri condizionatori!

La risposta a questa domanda richiede di affrontarla partendo da un approccio di bilancio energetico superficiale, in cui si considera come l'energia solare in ingresso venga suddivisa in varie componenti nel sistema composto dal prato naturale o dal tappeto sintetico. In altre parole, bisogna confrontare la capacità di raffreddamento—detta evapotraspirazione nel caso del prato—con quella di una superficie sintetica che, al contrario, dissipa a maggior ragione l'energia solare in forma di calore sensibile.

Di seguito una panoramica degli step per arrivare a una stima semplificata:

1. **Bilancio dell'energia superficiale:**  
   L'equazione base è:
   \[
   R_n = H + LE + G
   \]
   dove:  
   - \(R_n\) è la radiazione netta assorbita (ossia l'energia solare in ingresso meno quella riflessa),  
   - \(H\) è il flusso di calore sensibile (la parte di energia che va ad aumentare la temperatura dell'aria in prossimità della superficie),  
   - \(LE\) è il flusso di calore latente (l'energia utilizzata per evaporare l'acqua, il che comporta un raffreddamento),  
   - \(G\) è il flusso conduttivo verso il suolo.  

   Il prato a coltivazione intensiva, essendo in grado di evapotraspirare, utilizza una consistente parte di \(R_n\) per il processo \(LE\), mentre il tappeto sintetico, che non evapora acqua in modo significativo, canalizza quasi tutto \(R_n\) nel flusso sensibile \(H\).  

2. **Calcolo della radiazione netta (\(R_n\)):**  
   In un giorno soleggiato a 30°C si può stimare l'irradiamento solare \(I\) intorno a 800–1000 W/m². L'energia effettivamente assorbita dipenderà dall'albedo \(\alpha\) della superficie:  
   \[
   R_n = (1 - \alpha) \cdot I
   \]
   In generale, il prato (spesso con \(\alpha\) intorno a 0.2–0.25) assorbe una frazione maggiore rispetto a superfici che invece hanno materiali “raffreddanti” o riflettenti.  

3. **Contributo dell'evapotraspirazione (\(LE\)):**  
   Per un prato, il raffreddamento dovuto all’evaporazione dell’acqua si calcola come:
   \[
   LE = \lambda \cdot E
   \]
   dove:  
   - \(\lambda\) è il calore latente di vaporizzazione (circa 2.45 × 10⁶ J/kg a temperature intorno a 30°C),  
   - \(E\) è il tasso di evapotraspirazione (in kg/m²·s).  

   In sintesi, maggiore è l’evapotraspirazione, maggiore sarà il flusso \(LE\) che sottrae energia al sistema, abbassando la temperatura superficiale.  

4. **Relazione tra flusso sensibile e differenza di temperatura:**  
   Il flusso di calore sensibile \(H\) può essere espresso come:
   \[
   H = \rho_a\, c_p\, \frac{(T_{\text{surface}} - T_{\text{aria}})}{r_a}
   \]
   dove:  
   - \(\rho_a\) è la densità dell’aria (circa 1.2 kg/m³),  
   - \(c_p\) è il calore specifico dell’aria (circa 1005 J/kg·K),  
   - \(r_a\) è la resistenza aerodinamica (in s/m),  
   - \(T_{\text{surface}}\) e \(T_{\text{aria}}\) sono le temperature della superficie e dell’aria, rispettivamente.  

   In un tappeto sintetico, quasi tutta l’energia \(R_n\) andrà in \(H\) (poiché \(LE\) è trascurabile), portando a temperature superficiali notevolmente superiori rispetto al prato naturale.  

5. **Stima semplificata della riduzione della temperatura:**  
   Se volessimo isolare l’effetto raffreddante dovuto all’evapotraspirazione del prato, possiamo approssimare la riduzione della temperatura (\(\Delta T\)) dovuta a \(LE\) come:
   \[
   \Delta T \approx \frac{LE \cdot r_a}{\rho_a \, c_p}
   \]
   Ad esempio, se in una specifica situazione il prato genera un flusso latente \(LE\) pari a circa 200 W/m² e supponendo una resistenza aerodinamica \(r_a\) di circa 50 s/m, si ha:
   \[
   \Delta T \approx \frac{200\, \mathrm{W/m^2} \times 50\, \mathrm{s/m}}{1.2\, \mathrm{kg/m^3} \times 1005\, \mathrm{J/(kg\cdot K)}} \approx 8.3\, \mathrm{°C}
   \]
   Questa stima indica come, in condizioni ideali e semplificate, il prato potrebbe risultare fino a circa 8 °C più fresco, rispetto ad una superficie sintetica in cui questo effetto non è presente.  

È importante evidenziare che questo calcolo è fortemente semplificato: nella realtà, il bilancio energetico dipende anche da ulteriori fattori quali le caratteristiche specifiche del suolo, il regime orario della radiazione, il tasso effettivo di evapotraspirazione che a sua volta dipende dalla disponibilità d’acqua, dallo stato fenologico della pianta, e anche da microclimi locali. Inoltre, il tappeto sintetico potrà avere delle sue particolari proprietà riflettenti o isolanti che ne incidono la temperatura superficiale.

Quindi, per calcolare il "contributo" alla riduzione della temperatura di un prato naturale rispetto a un tappeto sintetico, si parte dalla misurazione (o stima) di:
- L’irraggiamento solare incidente e la sua conversione in radiazione netta (tenendo conto dell’albedo),
- La capacità del prato di evaporare acqua (misurata in termini di \(E\) o dedotta sperimentalmente),
- Le proprietà dell’aria circostante (densità, calore specifico, resistenza aerodinamica).  

Infine, si applica l’equazione che mette in relazione il flusso latente con la differenza di temperatura che si sarebbe altrimenti registrata se tutta l’energia fosse terminata in calore sensibile.

Questa analisi energetica è parte integrante delle indagini su mitigazione delle isole di calore in ambito urbano, proprio in quanto le superfici vegetali, grazie all’evapotraspirazione, giocano un ruolo fondamentale nel raffreddare l’aria rispetto a superfici artificiali. Se desideri approfondire l’argomento, potremmo esaminare in dettaglio come varino i parametri in base a differenti condizioni atmosferiche o come vengano condotti gli studi sperimentali in questo ambito.