Assessment and optimization of felt living walls in terms of water retention performance and artificial lighting

• Autores: Maria Pinelopi Kaltsidi
• Directores de la Tesis: Rafael Fernández Cañero (dir. tes.), L. Pérez Urrestarazu (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Sevilla ( España ) en 2021
• Idioma: inglés
• Número de páginas: 101
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Idus
• Resumen
  • español

    Los jardines verticales, también denominados fachadas ajardinadas o muros verdes, se están convirtiendo en una nueva realidad en todo el mundo, principalmente en áreas urbanas donde la necesidad de aumentar y mejorar los espacios verdes es de vital importancia. Las infraestructuras verdes, como los sistemas de jardines verticales, pueden actuar como herramientas adicionales o incluso como una opción única para mejorar la sostenibilidad de las ciudades densamente construidas, también en combinación con la tecnología de techos verdes, en el caso de la ausencia total de superficie disponible donde poder instalar jardines comunitarios, parques, bosques urbanos y prados naturales. En consecuencia, existen varios sistemas comerciales de jardines verticales y departamentos de I+D de empresas que promueven varias tecnologías innovadoras. Uno de sus objetivos es posibilitar un adecuado desarrollo de la cubierta vegetal de los jardines verticales con bajo coste y reducidas necesidades de mantenimiento, asegurando un desarrollo adecuado de la vegetación a largo plazo. En la actual tesis doctoral se estudió el Fytotextile®, un sistema patentado a base de fieltro, y sus evoluciones, para evaluar y optimizar su rendimiento en instalaciones de jardines verticales interiores y exteriores. Por lo tanto, se llevaron a cabo dos estudios con el fin de evaluar el comportamiento en la gestión del agua de cuatro sistemas de jardines verticales de fieltro, y optimizar los sistemas de los jardines verticales en términos de necesidades de iluminación auxiliar. El primer estudio, titulado “Improving the performance of felt- based living wall systems in terms of irrigation management” y publicado en la revista Urban Forestry & Urban Greening, se centró en llenar un vacío de conocimiento sobre el rendimiento de los sistemas de riego de jardines verticales comerciales de fieltro en términos de gestión del agua. Por lo tanto, se evaluó el comportamiento del sistema de jardín vertical comercial Fytotextile®, y de tres nuevas evoluciones de éste, con respecto a la capacidad de retención de agua, velocidad de secado y volumen de drenaje, así como el desarrollo de la planta. Los resultados del presente estudio destacan (a) el potencial de los materiales utilizados en los sistemas de muros vegetales basados en fieltro para contribuir a la mejora de la gestión del agua con un enfoque sostenible, (b) la importancia de la implementación de programas de riego adecuados y (c) la limitada investigación desarrollada en este campo específico. Específicamente, el sistema Fytotextile con una manta de fibra de polímero muy absorbente (Fytotextile 4) y un geotextil de 4 mm de espesor, demostró una mayor capacidad para almacenar agua de riego en comparación con los otros tres sistemas Fytotextile. El Fytotextile con geotextil de 4 mm de espesor (Fytotextile 2) produjo el menor volumen de drenaje para todas las programaciones de riego. Por otro lado, las tres especies testadas (Erodium x variabile 'Roseum', Carex oshimensis 'Evergold', Lavandula dentata) funcionaron correctamente en todos los tipos de Fytotextiles, manteniendo un resultado estético elevado a corto plazo. Erodium x variabile 'Roseum' presentó el comportamiento más satisfactorio en todos los sistemas de Fytotextile mientras que para Lavandula dentata fue más deficiente. Finalmente, se sugiere la construcción de jardines verticales con materiales adecuados y testados, que puedan constituir sistemas de larga duración, que minimicen el uso de agua y materiales (por ejemplo, vegetación, geotextiles) para que sean eficientes en la obtención de los resultados deseados. En el segundo estudio, titulado “Assessment of different LED lighting systems for indoor living walls” y publicado en la revista Scientia Horticulturae, seis lámparas comerciales de diodos emisores de luz (LED) (Aster y Dahlia de Ignia Green, Logar CMH, CLH y Forum de Lledó, CF- UT01 de Panda Grow), comúnmente usadas para instalaciones interiores, fueron evaluadas para determinar su idoneidad y eficiencia en el comportamiento de los sistemas de jardinería vertical. CF- UT01 fue el único proyector específicamente diseñado para el crecimiento de plantas. La evaluación de la iluminación se basó en el patrón de iluminación, el consumo de agua, la temperatura generada y el efecto sobre el comportamiento de la vegetación, junto con la percepción de los observadores de la calidad visual de la luz. Específicamente, se llevaron a cabo dos estudios en interiores, completamente protegidos de la exposición al sol, utilizando el sistema Fytotextile®, y dos tipos de plantas de uso común en interiores (Soleirolia soleirolii y Spathiphyllum wallisii). De acuerdo con los resultados de este estudio, se pudo determinar que la iluminancia (como flujo luminoso por unidad de área) y el PPFD estaban correlacionados positivamente con la altura del módulo para cada bolsillo. La lámpara Logar CLH Superflood presentó el valor más alto para ambos rasgos, mientras que los valores más bajos se atribuyeron a la lámpara CF- UT01. El jardín vertical que recibió la iluminación de Dahlia exhibió el consumo de agua medio diario más elevado, y Logar CMH Superflood el más bajo. El proyector CF- UT01 fue el único que demostró no ser adecuado para jardines interiores. Aster y Logar CMH Superflood tuvieron un comportamiento deficiente cuando se colocaron más lejos del módulo, y Dahlia fue la que recibió una mayor calificación entre los encuestados. Finalmente, se puede destacar que parámetros como la distancia del proyector a la infraestructura del jardín vertical, su orientación, ángulo de haz, consumo de energía y la calidad visual también deben tenerse en cuenta al evaluar la eficiencia de los sistemas de iluminación.

  • English

    Living walls, also referred as green walls or vertical gardens, are becoming a new reality worldwide, mainly in urban areas where the need to increase and enhance green spaces is of vital importance. Green infrastructures, such as living wall systems, can act as additional tools for improving the densely built cities' sustainability or even as a unique choice, in combination with green roof technology, in the case of the complete absence of appropriate terrestrial open spaces where community gardens, parks, urban forests and natural meadows could be installed. Thus, there are various commercial living wall systems and companies R&D departments promoting several innovative technologies. One of their objectives is to enable an adequate development of the living wall vegetation cover with low cost and maintenance needs, ensuring an aesthetically successful and high quality performance in the long term. During the current doctoral thesis, Fytotextile®, a patented felt- based system, and its evolutions were studied in order to assess and optimize their performance in indoor and outdoor living wall installations. Therefore, two studies were conducted in order to evaluate the water management performance of four felt- based living wall systems and to optimize the living wall systems in terms of auxiliary illumination needs. The first study, entitled “Improving the performance of felt- based living wall systems in terms of irrigation management” and published in the journal Urban Forestry & Urban Greening, focused on filling the knowledge gap on the performance of the commercial felt- based living wall system´s irrigation in terms of water management. Hence, the performance of the Fytotextile® commercial living wall system and of three new evolutions based on it was assessed based on the water retention capacity, drying speed and drainage rate, as well as plant performance. The results of the present study highlight (a) the potential of the materials used on felt- based living wall systems to contribute to the improvement of water management with a sustainable approach, (b) the importance of the implementation of the appropriate irrigation schedules and (c) the limited research on the specific field. Specifically, the Fytotextile system with a very highly absorbent engineered polymer fibre blanket (Fytotextile 4) and 4 mm thick geotextile, revealed the most increased capacity to store irrigation water compared to the other three Fytotextile systems. Fytotextile with 4mm thick geotextile (Fytotextile 2) produced the smallest drainage volume in all irrigation schedules. However, all Fytotextile types seemed to be adequate to house the three different vegetation types used (Erodium x variabile 'Roseum', Carex oshimensis 'Evergold', Lavandula dentata), maintaining an elevated aesthetically result in the short term. Erodium x variabile 'Roseum' presented the most satisfactory performance in all Fytotextile systems while Lavandula dentata the least robust. Finally, it is suggested the construction of living walls with suitable and tested materials that can support long life systems with the minimum losses in terms of water and materials (e.g. vegetation, geotextiles) in order to be effective in delivering the desired results. During the second study, entitled “Assessment of different LED lighting systems for indoor living walls” and published in the journal Scientia Horticulturae, six commercial light- emitting diode (LED) lamps (Aster and Dahlia of Ignia Green, Logar CMH, CLH and Forum of Lledó, CF- UT01 of Panda Grow) for indoor installations were evaluated to determine their suitability and efficiency in the performance of living wall systems. CF- UT01 was the only projector designed for plant growth. The evaluation of the illumination was based on lighting pattern, temperature/ water consumption and effect on vegetation performance, along with the observers’ perception for the visual quality of the light. Specifically, two indoor studies were carried out using the Fytotextile® system completely sheltered from sun exposure and two commonly used plant types in indoor living walls (Soleirolia soleirolii and Spathiphyllum wallisii). According to the findings of this study, Illuminance (as luminous flux per unit area) and PPFD were found to be positively correlated to the height of the module for each pocket. Logar CLH Superflood lamp presented the highest value for both traits, while the lowest values were attributed to CF- UT01 lamp. The living wall receiving the Dahlia illumination exhibited the most elevated average daily water consumption and Logar CMH Superflood the lowest. CF- UT01 projector was the only one not characterized as suitable for indoor living walls. Aster and Logar CMH Superflood performed poorly when placed farther from the module and Dahlia was the one that received the highest preference among questionees. Finally, it is highlighted that parameters such as the projector distance from the living wall infrastructure, its orientation, beam angle, energy consumption and the preferable visual quality of the light by the public should also be taken into consideration when evaluating the efficiency of lighting systems.