Come funzionano le serre per la coltivazione da un punto di vista ingegneristico

Una serra è una struttura appositamente progettata e realizzata in vetro, plastica o policarbonato per creare condizioni climatiche favorevoli alla crescita di colture che, altrimenti, non riuscirebbero a svilupparsi in un certo ambiente. In altre parole, è uno spazio "controllato" dove si possono variare le condizioni ambientali di ciò che è racchiuso dentro, regolando temperatura, umidità e ventilazione. La regolazione di questi parametri fisici permette l'ottimizzazione delle coltivazioni, rendendo le stesse più efficaci e continuative nella crescita e produzione di differenti tipologie di colture.

La fisica dietro le serre: come vengono riscaldate

Le serre funzionano principalmente grazie a un noto fenomeno fisico, che eredita tra l'altro il nome proprio da queste: l’effetto serra. Questo fenomeno è lo stesso che rende la Terra abitabile, perché garantisce che sulla stessa ci siano determinate temperature ideali allo sviluppo della vita. Ma cosa succede esattamente? Il Sole emette radiazioni che raggiungono la superficie terrestre (quindi anche le parti interne a una serra). Il risultato è il riscaldamento di tutte le superfici esposte. Nella verità, non tutta la radiazione solare arriva fino sulla terra, ma è in parte limitata da uno scudo fornito proprio dall'atmosfera. Ciò che rimane, trapassa l'atmosfera e raggiunge la superficie terrestre. A questo punto:

• Nell’atmosfera terrestre, alcuni gas (come l’anidride carbonica) trattengono parte di questa energia ed evitano la diffusione della stessa nello spazio. Questo assicura ridotti sbalzi termici tra il giorno e la notte e una temperatura media adatta alla vita.
• All’interno di una serra, il meccanismo è simile: il calore viene trattenuto non da gas, ma dal rivestimento trasparente della struttura, che blocca parte della radiazione riemessa e tendente a uscire. Ne risulta un ambiente all'occorrenza caldo e umido, perfetto per la crescita delle colture di cui si necessita. Si crea cioè uno specifico microclima, adattabile alle esigenze del caso.

Come sono fatte le serre

La serra è nei fatti delimitata da una struttura di perimetrazione, sia dal punto di vista planimetrico che altimetrico. La perimetrazione in pianta dipende dalla superficie da coltivare, mentre l'altezza della serra viene progettata in base al microclima desiderato: più spazio può significare più controllo sulla circolazione dell’aria e sull’umidità. La struttura può essere assemblata tramite elementi metallici o lignei ed è solitamente uno scheletro leggero, in quanto non ha necessità strutturali sufficientemente vincolanti. Esistono vari tipi di serre, ma quelle più comuni sono:

• Le serre verticali – più dispendiose in quanto utilizzano specifiche tecniche per garantire lo sviluppo in verticale delle colture.
• Le serre a tunnel – hanno costi di realizzazione e manutenzione decisamente minori, ma di contro non garantiscono completamente il controllo e la gestione del microclima.

Molte serre possono poi essere riscaldate e ventilate, eliminando anche dipendenze parziali dal clima e dalle condizioni meteorologiche del posto.

La struttura di chiusura, invece, richiede una riflessione di carattere tecnico, in quanto la stessa rappresenta il punto cruciale nel funzionamento del sistema. In fase di progettazione, la scelta del materiale di copertura deve quindi bilanciare trasparenza, isolamento, durabilità e costi: solitamente, si utilizzano materiali come il vetro, la plastica o il policarbonato. Il vetro ha il vantaggio di essere eccellente dal punto di vista della trasparenza alla luce solare. Tuttavia, ha il contro di essere un materiale fragile e continuamente esposto a possibili eventi estremi, quali grandine, che ne comprometterebbero la sua funzionalità. Il policarbonato può essere una buona alternativa, sebbene questo abbia una trasparenza leggermente inferiore. La plastica invece ha lo svantaggio di avere scarsa durabilità, ma può essere una valida alternativa in contesti meno professionali.

Le serre rappresentano una delle soluzioni più efficaci per affrontare le sfide dell’agricoltura moderna. In un’epoca segnata dal cambiamento climatico, dalla scarsità d’acqua e dalla necessità di produzioni sostenibili, coltivare in ambiente controllato permette di ottimizzare le risorse a disposizione e limitare i costi. Non è un caso che le serre siano al centro di innovazioni come l’agricoltura verticale, le fattorie urbane e i sistemi automatizzati di coltivazione.

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