Une étude expérimentale du biofiltre à mur végétal vis-à-vis des variations de température et d'humidité de l'air

Une étude expérimentale du biofiltre à mur végétal vis-à-vis des variations de température et d'humidité de l'air

Résumé:

Les murs végétalisés sont prometteurs en termes de confort thermique. Leurs avantages incluent la réduction de la température des couches d'air qui les entourent. Ils sont classés en systèmes passifs et actifs. 
Les systèmes actifs sont conçus avec des ventilateurs qui forcent l'air à travers le substrat et le système racinaire des plantes du mur végétal. Avec un système passif, l'air est simplement diffusé à travers le substrat du mur végétal et le feuillage des plantes. 

 

Les travaux en cours étudient l'effet des murs végétaux sur la température et l'humidité de l'air. La température et l'humidité sont mesurées à différents endroits à l'intérieur d'une chambre en acrylique où sont placés différents modules avec différentes espèces de plantes. 

 

L'effet de la modification des conditions ambiantes environnantes est également étudié. Les expériences ont duré au moins 24 h pour couvrir les conditions diurnes et nocturnes. Pour les modules actifs, des températures plus basses dans la plage de 1 à 3 ° C, ainsi qu'une augmentation des niveaux d'humidité ont été observées lorsque les modules sont saturés d'humidité. 

 

Les modules passifs ont également fourni des températures plus basses dans la plage de 0,5 à 2 °C. Aucune des espèces végétales étudiées n'a montré de préférence, ce qui indique que la teneur en humidité du substrat joue le rôle majeur affectant les variations de température et d'humidité.

Introduction:

La majorité de la population mondiale vit désormais dans les villes, et les zones urbaines se développent plus rapidement que tout autre type d'utilisation des terres. L'urbanisation a été associée à plusieurs impacts environnementaux négatifs, tels que l'augmentation de la pollution de l'air, l'augmentation du ruissellement des eaux pluviales, l'augmentation de l'effet d'îlot de chaleur urbain et la réduction de la biodiversité.

Ces impacts ont également des effets secondaires, tels qu'une augmentation de l'inconfort physique et des problèmes de santé, ainsi qu'une plus grande demande de refroidissement des bâtiments, entraînant une augmentation de la consommation d'énergie. Par conséquent, il est nécessaire d'intégrer des pratiques durables dans les développements nouveaux et existants pour atténuer les effets néfastes de l'urbanisation.

L'infrastructure verte intégrée à la conception des bâtiments gagne en popularité en tant que moyen non seulement d'améliorer les problèmes liés à l'expansion urbaine, mais aussi d'éviter la nécessité de réaffecter des terres rares à d'autres développements urbains, comme c'est le cas avec la foresterie urbaine ou espace vert dédié. 

Des recherches sont donc nécessaires pour quantifier comment les villes peuvent être améliorées en augmentant leur contenu végétal, en particulier dans les façades des bâtiments, et pour déterminer si l'utilisation de systèmes de murs végétaux pour réduire la consommation d'énergie et améliorer la qualité de l'air et le bien-être des personnes est plausible.

Divers avantages ont été associés aux murs verts, notamment une réduction de l'effet d'îlot de chaleur urbain des réductions de la consommation d'énergie des bâtiments, une meilleure qualité de l'air, et une meilleure gestion des eaux pluviales. 

Nonobstant ces avantages, la plupart des travaux actuels documentant les avantages des infrastructures vertes et des murs verts ont été évalués sur ce que l'on appelle la biofiltration « passive » . L'utilisation de processus biologiques pour nettoyer l'air contaminé qui est activement forcé à travers une matrice bioactive est appelée « biofiltration active » . Les systèmes botaniques actifs (murs respiratoires) utilisent des formes de ventilation mécaniques ou autres pour forcer l'air à travers un substrat ou un lit de plantation, le système racinaire, la rhizosphère et le feuillage des plantes, filtrant et purifiant l'air et agissant comme un système de refroidissement naturel. 

La biofiltration passive, en revanche, se produit par la simple diffusion d'air pollué vers les composants du mur végétal, et est la méthode utilisée dans les toits verts, les plantes en pot et les bio-couvertures. Il est bien entendu que les plantes et leurs micro-organismes associés peuvent purifier l'air via une filtration biologique passive, agissant comme un puits de polluants atmosphériques, piégeant et convertissant divers polluants en formes non toxiques , cependant l'efficacité, les avantages et les inconvénients de la biofiltration active ne sont pas encore bien comprises.

La Fig. 1 montre un module de mur végétalisé, et est la méthode utilisée dans les toits verts, les plantes en pot et les bio-couvertures. Il est bien entendu que les plantes et leurs micro-organismes associés peuvent purifier l'air via une filtration biologique passive, agissant comme un puits de polluants atmosphériques, piégeant et convertissant divers polluants en formes non toxiques, cependant l'efficacité, les avantages et les inconvénients de la biofiltration active ne sont pas encore bien comprises.

La Fig. 1 montre un module de mur végétalisé, et est la méthode utilisée dans les toits verts, les plantes en pot et les bio-couvertures. Il est bien entendu que les plantes et leurs micro-organismes associés peuvent purifier l'air via une filtration biologique passive, agissant comme un puits de polluants atmosphériques, piégeant et convertissant divers polluants en formes non toxiques , cependant l'efficacité, les avantages et les inconvénients de la biofiltration active ne sont pas encore bien comprises. La Fig. 1 montre un module de mur végétaliséSchefflera arboricole .

Les modules de murs végétaux utilisés dans cette étude sont développés pour une utilisation à la fois à l'intérieur des bâtiments et à l'extérieur. L'ajout d'une aération assistée à travers le substrat de croissance de la plante a été réalisé avec la fonction principale de filtrer les particules et d'augmenter l'élimination des composés organiques volatils (COV). 

Des travaux préliminaires ont démontré que le système est capable de réduire considérablement les PM 10 , les PM 2,5 (matières particulaires de 10 μm et 2,5 μm de diamètre et moins respectivement) [29] et les COV dans un environnement clos [30]. L'efficacité d'élimination des PM 10 est de 53,5 ± 16,0 % et de 48,2 ± 14,7 % pour les PM 2,5. Les murs respirants sont capables de nettoyer les villes polluées car l'air filtré contiendra efficacement des concentrations de polluants et de particules plus faibles que l'air extérieur.

Le mécanisme de filtrage des murs durerait pendant toute la durée de vie des bâtiments, offrant des économies d'énergie et une filtration de l'air pendant plus de 60 ans sans nécessiter de remplacement. Les activités biologiques combinées de la plante et du substrat se sont avérées capables de réduire de nombreux types de polluants atmosphériques urbains, notamment les composés organiques volatils , le dioxyde de carbone et les particules. Il y a eu un petit nombre d'études liées à l'élimination des COV par les systèmes de murs verts. Darlington et al. et Wang et al. ont tous deux détecté l'élimination des COV de leurs systèmes de murs verts.

Les murs végétaux peuvent produire des changements de température ambiante et d'humidité de l'air ambiant , créant ainsi un effet d'isolation intéressant. Blanco et al. ont développé un modèle prédictif pour l'estimation de la différence de température entre un mur non couvert et un mur végétalisé. Leurs recherches ont conclu que les murs végétalisés enregistraient des températures de surface inférieures à celles du mur non couvert jusqu'à 7,7 °C en été. Perez-Urrestarazu et al. ont étudié les performances d'un mur vivant actif sur la température et l'humidité de l'air intérieur, démontrant également la capacité des murs végétaux à contribuer à la climatisation intérieure.

Les plantes sont capables d'absorber une quantité précieuse d'énergie acoustique, cet effet étant particulièrement associé au substrat du sol, qui est capable d'absorber jusqu'à 80 % de l'énergie acoustique incidente. Les murs verts présentent des coefficients d'absorption acoustique équivalents ou meilleurs par rapport aux autres matériaux de construction courants , avec des effets particuliers sur les basses fréquences. Davis et al. (2017) ont testé les propriétés d'absorption acoustique d'un jardin vertical en concluant que des substrats plus épais fournissent des coefficients d'absorption acoustique plus élevés dans les basses fréquences. 

Un substrat plus fin peut être utilisé si les basses fréquences ne sont pas importantes ; en général, ils ont constaté qu'une épaisseur de substrat de 8 à 10 cm se traduirait par un bon spectre d'absorption acoustique. Leur étude a également révélé que l'incidence aléatoire pondérée et le coefficient d'absorption des modules densément plantés de fougères sont égaux à 1,00 pour les fréquences moyennes et élevées et à 0,59–0,80 pour les basses fréquences. Cela rend ce type de substrat parfaitement adapté aux applications nécessitant une atténuation acoustique, ouvrant la voie à l'application de systèmes de jardins verticaux pour améliorer l'acoustique des espaces intérieurs ou des espaces publics.

La chute de pression et le débit d'air à travers les modules de murs verts ont été obtenus dans un travail antérieur , et la distribution du débit d'air a été étudiée pour améliorer la conception du module et obtenir un débit et un débit plus appropriés. répartition des flux.

Le but de cette étude expérimentale est d'étudier l'effet des modules de murs végétaux sur la température et l'humidité de l'air ambiant. Une chambre fermée constituée de feuilles d'acrylique est utilisée pour surveiller la variation de température et d'humidité causée par un module de mur végétalisé placé en son centre. L'effet des murs végétaux passifs et des modules muraux actifs (respirants) sur la température et l'humidité est étudié pour différentes espèces végétales et dans des conditions ambiantes variées.

Extraits de section:

Conception de biofiltre à mur végétal actif:

Les modules de mur végétal testés (Fig. 1) étaient composés d'une boîte en plastique rectangulaire (500 mm × 500 mm x 130 mm) contenant un sac en polyéthylène perméable contenant un milieu de culture végétal composé de coques de noix de coco grossières (~25 mm de granulométrie). et fibres. La face avant du module comporte 16 ouvertures pour les plantes, qui dépassent du sac à l'intérieur. Les racines des plantes sont incrustées dans le milieu. Un ventilateur mécanique (ventilateur axial en ligne FANTECH TEF-100 16 W à vitesse constante) positionné à une ouverture centrale sur le

Résultats et discussion:

Pour les espèces végétales étudiées, la température et l'humidité en fonction du temps à l'intérieur de la chambre acrylique ont été surveillées et enregistrées. De même, les conditions ambiantes (température et humidité) ont également été enregistrées. Les expériences ont eu lieu pendant la journée et pendant la nuit. Diverses moyennes ont également été obtenues telles que les moyennes de tous les capteurs à l'intérieur de la chambre acrylique à un moment donné et la moyenne d'un capteur particulier sur une période de temps (jour ou nuit). Les comparaisons ont

Conclusion:

L'effet des biofiltres actifs et passifs des murs végétaux sur la température et l'humidité de l'air a été étudié. Des cas de modules non plantés secs et humides (saturés), ainsi que des modules plantés saturés avec différentes espèces végétales ont été considérés. L'effet de différentes conditions ambiantes environnantes est également étudié. La figure 10 montre un mur vert vertical composé de modules testés dans l'étude actuelle.

Voici les conclusions relevées dans cette étude pour le mur végétal actif

 

"Source: ScienceDirect"