Casa con cappotto: finestre solari 1)

Tutti gli italiani usano una grande quantità di energia solare, ignorata dai diretti interessati e dai bilanci energetici nazionali.

Il motivo di questo disinteresse è banale: l'uso di questa fonte di energia è, per il momento, gratuito.
Stiamo parlando dell'energia solare che, ogni giorno illumina le facciate delle nostre case e che ogni giorno, attraverso le finestre, entra nelle nostre abitazioni.

Dalle mie parti, vicino a Genova, a Dicembre, il mese più sfavorevole dal punto di vista dell'apporto di energia solare, su un metro quadrato di una facciata rivolta a sud, ogni giorno, mediamente il Sole, per irraggiamento, ci regala 2,71 chilowattore di energia luminosa.

Si tratta di un valore medio, calcolato in base a misure reali di irraggiamento solare effettuate tra il 1995 e 1999.

In questa stima si comprende sia l'irradiazione diretta, quella che ci arriva direttamente dal Sole, in una giornata serena, sia quella diffusa dalle nuvole, dal terreno circostante e, nel caso di Genova, dalla superfice del mare, su cui il Sole decembrino si riflette.

Questa informazione è stato fornita dall'Atlante Italiano della radiazione solare, a cura dell'ENEA.

Con questo strumento è possibile calcolare l'energia solare incidente su tutto il territorio nazionale, su tutte le superfici comunque orientate. Basta farsi una ripassata di geografia, a meno che non foste distratti quando il vostro insegnante vi spiegava come si misura l'azimut e che cosa è la latitudine e la longitudine di una località.

L'energia raggiante che il Sole ci invia, assorbita in parte dai muri li riscalda e, entrata in casa attraverso i vetri delle finestre, illumina gli interni ed interagendo con le molecole di pavimenti, muri, suppellettili, riscalda anche loro, come abbiamo gia visto per l'energia raggiante dei caloriferi.
2,71 chilowattore non sono per niente pochi.

Trasformati in energia elettrica, potrebbero tenere accesa una vecchia lampadina a filamento da 100 watt (0,1 chilowatt) per oltre 27 ore (sic).

Non deve quindi stupire che, grazie ad una finestra ben esposta (1, 2 metri quadrati di vetro rivolti a Sud)), in pieno inverno, nella propria cameretta si possa leggere il giornale senza accendere lampadine, anche quando il cielo è nuvoloso.

Tutte le puntate di Casa con Cappotto:

- Che classe energetica sei?
- Stare in mutande: quanto mi costa?
- Misuriamo gli sprechi evitabili
- Vasi "termici" comunicanti
- Sangue caliente 
- Muffe e condense
- Punti freddi
- Barriere frangivento
- Via col vento
- Finestre solari 3
- Finestre solari 2
- Finestre solari 1
- Occhio ai cassonetti
- Riflettori sui caloriferi
- Liberiamo i caloriferi
- La Fisica che serve 3
- La Fisica che serve 2
- La Fisica che serve 1
- Casa con cappotto

Compostare o biogasare? Cosa è meglio per la Svezia?

Tutta la materia organica vivente, vegetale e animale, alla fine del proprio ciclo di vita diventa cibo per una folla di microorganismi. Simile destino, da vivi, per i loro scarti (foglie secche, deiezioni, scarti di cibo...).
Alla fine di questo banchetto finale, grazie all'attività metabolica di questi nostri microscopici compagni di viaggio, tutto il carbonio organico (muscoli, organi, foglie, frutti...) si trasforma in carbonio inorganico, sotto forma di anidride carbonica ( CO2) e metano (CH4).
Il primo processo, quello che porta alla formazione di anidride carbonica, è quello che, ad esempio,  si verifica ogni anno nei boschi di piante che d'inverno perdono le foglie. In presenza di ossigeno, batteri e funghi trasformano, in pochi mesi, i mucchi di foglie morte nel terriccio scuro del sottobosco.
Il secondo processo, quello che porta alla formazione di metano, avviene ad opera di altri tipi di batteri che vivono in ambienti poveri di ossigeno, ad esempio nei fanghi di laghi.
La nostra specie, da tempo ha imparato ad utilizzare entrambi i metodi per trasformare in risorsa i suoi scarti alimentari e agricoli.
Utilizzando i microorganismi che amano l'ossigeno, con gli scarti di frutta, ortaggi e potature, produciamo compost, terriccio ricco di carbonio organico, con un discreto potere fertilizzare da usare per la produzione agricola.
Sfruttando i batteri che odiamo l'ossigeno, con un procedimento che si chiama digestione anaerobica, riusciamo a produrre dalle deiezioni di maiali, vacche e  polli, un gas ricco di metano che chiamiamo biogas, un discreto combustibile che si può usare in cucina e per alimentare motori a combustione interna.
Da qualche tempo ci stiamo chiedendo quale sia il sistema migliore per il trattamento dei nostri scarti organici, compresa la cosidetta frazione organica o frazione umida derivante dalla raccolta differenziata dei nostri scarti domestici.
Le opzioni sono quattro: discarica, incenerimento con recupero di energia, compostaggio, digestione anaerobica con uso energetico del biogas e successivo compostaggio del digestato (i fanghi che si producono con la digestione anaerobica) ed uso agricolo del compost coì prodotto.
Diciamo subito che l'invio in discarica è la scelta peggiore, peraltro vietata da norme europee che l'Italia si ostina a non rispettare.
I paesi che hanno investito in inceneritori, come la Svezia, continuano a pensare che questo metodo meriti attenzione ma anche in Svezia,  Compostaggio e Biogas sono utilizzati.
Pertanto si cominciano a leggere articoli che cercano di dare una risposta razionale alla domanda che abbiamo formulato in precedenza.
A riguardo, riportiamo i risultati di uno studio svedese ( A. Bernstad. A life cycle approach to the management of household food waste- A Swedish full-scale case study.  Waste Management, 31, 8, pag 1879-1896, 2011).
L'autore ha messo a confronto i bilanci energetici e gli impatti ambientali dell'incenerimento, del compostaggio e della digestione anaerobica di scarti di cucina, in un contesto svedese.
Occorre precisare che simili analisi, definite come Analisi del Ciclo di Vita ( LCA), si riferiscono a specifiche situazioni scelte dagli autori.
Nel caso particolare, le conclusioni di questo studio fanno riferimento alla situazione svedese, certamente diversa dalla nostra.
In particolare lo studio ha confermato che la minore emissione di gas clima-alteranti, si ottiene ricorrendo ai due trattamenti biologici ( compostaggio e biogas).
Se l'elettricità prodotta dal biogas sostituisce elettricità prodotta con il carbone, quest'uso energetico del biogas è preferibile a quello per autotrazione (auto a metano).
Infine, per la Svezia, la digestione anaerobica delle biomasse e la produzione di elettricità con la combustione del biogas ha un minore impatto ambientale, rispetto alla combustione diretta della stessa biomassa realizzata in inceneritori con recupero energetico ( ovviamente dotati dei più moderni trattamenti fumi).
E' interessante notare che il vantaggio del biogas dipende dal tipo di sacchetto usato per le raccolte differenziate, in plastica per l'incenerimento, in carta (riciclata?) per la digestione anerobica.
A favore del minore impatto del biogas anche l'uso del digestato come fertilizzante agricolo, uso che evita i consumi energetici e gli impatti ambientali della produzione di fertilizzanti chimici, produzione  che l'incenerimento delle biomasse renderebbe obbligatoria.
In un prossimo post vedremo quali conclusioni hanno dato simili studi, condotti nel contesto danese.

Casa con cappotto: occhio ai cassonetti

Il padrone di questa casetta ha deciso di fare un investimento, sostituendo le finestre con un modello ad alta efficenza energetica.
La termografia mostra che la scelta è stata giusta, i vetri, ora, hanno lo stesso colore delle murature, quindi sono alla stessa temperatura, relativamente bassa.
Ma le grandi superfici rosse (calde) sopra tutte le finestre e una striscia altrettanto calda sotto ogni finestra ci avverte che il proprietario si è dimenticato  l' effetto cassonetto, ovvero il vano che ospita le tapparelle e ha trascurato i "ponti termici" dei davanzali delle finestre.
Il vano tapparelle è un vero e proprio buco nel muro, da cui il calore scappa in grande quantità facendo entrare tanta bella aria fredda.
Prima vi accorgete di queste "falle termiche" tamponandole, prima porrete fine all'emmoragia di denaro che questi buchi vi stanno provocando.
La fotografia che segue mostra una semplice ed efficace soluzione per ridurre il problema se, all'interno del cassonetto esiste lo spazio sufficiente.

E' una guaina isolante con un'anima in acciaio che permette di sagomare in modo stabile il pannello isolante, in modo da coprire il rullo su cui si avvolge la tapparella, senza ostacolarne il movimento.
Ovviamente si può anche intervenire sull'involucro della tapparella, il cassonetto, ricoprendolo con pannelli isolanti (sughero, polistirolo..), se c'è lo spazio.
Se siete in una fase di ristrutturazione, la migliore soluzione è quello di sostituire, insieme alle finestre, se è il caso, l'intero cassonetto, con un modello di cassonetto moderno, studiato per ridurre le perdite di calore, i ponti termici e gli spifferi.
Per quanto riguarda i davanzali freddi, ricordo che niente obbliga che quelli interni siano fatti di marmo, ardesia, granito (ottimi materiali per trasmettere il calore dalle zone calde a quelle fredde).
Ed è una pessima idea quella di avere un unico ripiano di materiale che conduce il calore, posato a far da davanzale sia all'interno che all'esterno.
Nella mia casetta di montagna all'interno  ho fatto mettere davanzali in legno, belli da vedere e toccare, con una barriera di calore con il poggiolo esterno fatto, ovviamente in pietra.

Questa figura sintetizza gli interventi utili per ridurre le perdite di calore di casa vostra. A destra, le migliorie realizzate nel vano finestra, insieme al " cappotto" esterno: cassonetto con isolamento termico; davanzale esterno separato termicamente dal davanzale interno.

E' il caso di ricordare che tutti i problemi che hanno creato i "moderni" cassonetti per le tapparelle non c'erano con le "vecchie" persiane.
Ne parleremo nel prossimo post.


Tutte le puntate di Casa con Cappotto:

- Che classe energetica sei?
- Stare in mutande: quanto mi costa?
- Misuriamo gli sprechi evitabili
- Vasi "termici" comunicanti
- Sangue caliente 
- Muffe e condense
- Punti freddi
- Barriere frangivento
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- Finestre solari 2
- Finestre solari 1
- Occhio ai cassonetti
- Riflettori sui caloriferi
- Liberiamo i caloriferi
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- La Fisica che serve 1
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Casa con cappotto: riflettori sui caloriferi

Questa termografia ci da diverse informazioni: delle cinque stanze all'altimo piano, una non è riscaldata (l'ultima a sinistra), le altre quattro hanno altrettanti termosifoni sotto le finestre; termosifoni  che stanno riscaldando, alla grande, l'aria esterna.
Ricordo che le termografie registrano la temperatura degli oggetti ripresi e, in genere, le superfici più calde sono riprodotte con il colore bianco, quelle più fredde con il blu. Dispersioni di calore, con temperatura  inferiore (in giallo arancio) sono visibili anche sopra i vani finestra e questo fa ipotizzare la presenza di vani tapparelle da cui fugge calore.
Altre zone calde ( pareti d'angolo rosse) ci segnalano che chi abita questa casa butta all'aria un bel pò di soldi. Diciamo pure, a "loro insaputa", prima di questa termografia.
Se avete un termosifone sotto una finestra e un vano tapparelle sopra la stessa finestra, siete nelle stesse loro condizioni.
Di fatto, avete due grandi buchi termici nei punti più caldi della vostra casa, con un sottile muro o pochi centimetri di truciolato (cassetto tapparelle) che vi separano dal gelo esterno.
E, in base alle nozioni acquisite (conduzione e irraggiamento)  questo significa che da questi "buchi termici" perdete importanti quantità di calore. E' evidente che bisogna "tappare" al più presto questi "buchi".
Fatta la diagnosi, bisogna rapidamente provvedere alla cura e la buona notizia è che i rimedi per tappare questi buchi termici esistono, non sono particolarmente costosi e, se avete un minimo di manualità, potete provvedere da soli.
Per le ridurre dispersioni dei termosifoni ricordiamoci la lezioncina sull' irraggiamento, l'emissione di radiazioni infrarosse da parte dei corpi caldi.
Aggiungiamo l'informazione che i raggi infrarossi si comportano come la luce visibile: entrambi sono riflessi da una superfice lucida ( specchio) e una radiazione lascia poca energia sullo "specchio" che la riflette.
Un radiatore a 60-70  °C emette una grande quantità di raggi infrarossi e basta un foglio con una pellicola riflettente, appoggiato sul muro, dietro al calorifero, a coprire tutta la sua superfice e se possibile 10-15 centimetri tutt'intorno, per rinviare al calorifero stesso i raggi infrarossi da lui stesso emessi.
In questo modo il muro si riscalda molto meno e il calore risparmiato resta in casa.
In commercio esistono molti tipi di pannelli riflettenti.
Il mio consiglio è quello di utilizzare pannelli rigidi, con una base isolante di uno-due centimetri di spessore, da mettere sul muro prima del montaggio dei caloriferi.
Negli altri casi, fogli riflettenti flessibili si prestano per essere fissati alla parete anche senza smontare i caloriferi.
L'immagine che segue mostra la facciata di un appartamento e la sua termografia senza ( in alto) e con ( in basso) pannello riflettente dietro il calorifero. Ovviamente il calorifero si trova sotto la finestra più bassa.

La scala cromatica sulla destra  della immagine ci permette di affermare che il muro esterno dietro al calorifero, prima dell'intervento era a circa 10 °C; con il pannello riflettente la temperatura del muro esterno si riduce a 6-7 °C, molto simile  al resto della parete, come si può dedurre dallo stesso colore (giallo) .

Stime attendibili hanno valutato che un pannello riflettente dietro ad ogni calorifero accostato ad un muro esterno, riduce i costi delle spese per i riscaldamento intorno al 3,4 %.

Nella termografia in basso,  quella fatta dopo la sistemazione del pannello riflettente, restano due strisce bianche (calde) sopra entrambe le finestre. Sono certamente i vani tapparella, su cui "interverremo" nel prossimo post.

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Casa con cappotto: liberiamo i caloriferi

Spero di non avervi tediato troppo con le tre lezioncine di Fisica, e ora è tempo di mettere in pratica queste nozioni.

Cominciamo dal calorifero.

Il calorifero è progettatto per trasferire calore (energia termica) dall'acqua calda che circola nel suo interno, alla stanza in cui il calorifero è collocato, alle pareti, al pavimento, al soffitto e a tutti gli oggetti che questa stanza contiene, compresi i componenti della famiglia che frequentano quel locale.

Se affidato ad un bravo termotecnico, il suo dimensionamento, la sua collocazione, la sua manutenzione, dovrebbe garantire che la quantità di calore che il calorifero trasferisce all'ambiente, durante il suo funzionamento, sia uguale al calore che l'ambiente riscaldato, durante lo stesso tempo, inevitabilmente cede all'esterno, più freddo.

Solo in queste condizioni la stanza potrà essere ad una temperatura media confortevole per i suoi frequentatori: 18-20 gradi centigradi (°C).

Questo trasferimento di energia, dal calorifero alla stanza, avviene, contemporaneamente per conduzione, convezione ed irraggiamento.

Per conduzione, con il contatto diretto, il calore dell'acqua passa al metallo del calorifero e da questo all'aria intorno al calorifero. Affinchè il passaggio di calore avvenga nel minore tempo possibile e l'aria raggiunga rapidamente la temperatura utile (40-45 °C), un calorifero moderno è realizzato con numerose alette metalliche che aumentano la superfice di contatto con l'aria e la incanalano dal basso verso l'esterno.

In questo modo l'aria fredda sul pavimento, a contatto con il metallo caldo si riscalda, si dilata, diventa più leggera e tende a spostarsi verso il soffitto; scivola lungo il soffitto, gli cede calore, si raffredda e ritornata più densa scende verso il pavimento e di qui verso il calorifero in quanto la pressione dell'aria, in questa parte della stanza piu calda è minore.

In questo modo, utilizzando l'energia termica fornita dal calorifero, si attiva un continuo movimento di aria calda che trasferisce parte del suo calore a tutti gli oggetti che l'aria calda incontra durante il suo moto, appunto, un moto convettivo.

Contemporaneamente, per irraggiamento, il calorifero emette, in tutte le direzioni raggi infrarossi che, quando incontrano molecole d'aria, di oggetti e  di umani, cedono a loro parte della energia raggiante, riscaldandoli.

La figura che segue, illustra bene tutti questi meccanismi e le temperature che si registrano in una stanza, dopo qualche tempo che il calorifero è entrato in funzione.

Sulla parte destra della figura è riportato in dettaglio la sezione della zona sotto finestra che ospita il calorifero e le distanze che il calorifero deve avere dal pavimento e dalla parete retrostante.

Indicativamente, la distanza minima del calorifero dal muro deve essere di 5 cm; dal pavimento, 10 cm; dalla mensola, 10 cm.

Il rispetto di queste misure garantisce un adeguato e fluido movimento dell'aria intorno al calorifero, senza turbolenze.  E' anche importante che la mensola della finestra non copra il calorifero ed è altrettanto importante che non ci sia nessuna barriera (copri-calorifero) davanti al calorifero.

Se le distanze non sono quelle regolamentari prendetevela con l'idraulico che ha fatto l'impianto e cercate di rimediare appena possibile, ad esempio, quando dovete sostituire un calorifero.

Se avete messo tappettini e copri-caloriferi per migliorare l'estetica del calorifero, provvedete subito a toglierli.

Non dubito che l'angolo termosifone "mascherato" possa essere più carino, ma certamente in questo modo avete ostacolato sia il trasporto del calore che avviene con i moti convettivi dell'aria e  per irraggiamento.

Di conseguenza, l'energia termica prodotta dalla calderina resta intrappolata nel vano che ospita il calorifero e andrà inutilmente a riscaldare la parete esterna di casa vostra e,  attraverso la sottile parete del vano finestra, l'aria fredda della vostra città.

Si stima che  coprendo il calorifero la sua efficenza termica possa ridursi del 10-20%.

Insomma, se vi piace coprire il calorifero, a spese vostre, alimentate la "bolla di calore" della vostra città: un bello spreco.

L'effetto complessivo di queste vostre scelte è quello di buttare un pò di euro all'aria, giorno dopo giorno, anno dopo anno e, per di più stando al freddo!

Ora vi siete convinti che la Fisica è utile?

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Casa con cappotto: la Fisica che serve 3)

Griglia forno elettrico al calore rosso

Immagino che quasi tutti abbiate avuto la possibilità di vedere un oggetto metallico portato al "calore rosso": la resistenza di un toast e di un forno elettrico, una stufa di ghisa con un bel carico di carbone, un ago d'acciaio messo a contatto con la fiamma del gas.
In tutti questi casi, in cui il metallo arroventato emette una debole luce rossa, potete affermare con sicurezza che la temperatura di quell'oggetto è intorno a 700 gradi centigradi (°C).
Se abbassate la temperatura del forno, il colore rosso sparisce alla vista, ma la resistenza calda continuerà ad emettere "luce", invisibile ai nostri occhi, ma percepibile a distanza, ad esempio con il  palmo della mano.
A questa "luce" invisibile, viene dato il nome di radiazione infrarossa: letteralmente "al di sotto del colore rosso".
In questi casi, la sensazione di calore percepita dalla nostra pelle,  posta ad una certa distanza da un corpo molto caldo, dipende dalla "luce" infrarossa che l'oggetto caldo emette tutt'intorno a se.
Quando questa luce colpisce la pelle, e ogni altro oggetto posto nel suo raggio d'azione, l'energia posseduta da questa "luce" è, in parte, ceduta all'oggetto illuminato e quest'ultimo di riscalda: aumenta la sua temperatura e aumenta, contemporaneamente,  l'intensità della "luce" che il corpo riscaldato, a sua volta, emette intorno a se.
Questo fenomeno si chiama irraggiamento e, insieme alla conduzione e alla convezione che abbiamo visto nelle due precedenti lezioncine, è il terzo ed ultimo modo con cui l'energia termica passa da un oggetto ad un altro.
Per inciso, è solo grazie all'irraggiamento che possiamo scaldarci con la luce del Sole, la cui superfice è talmente calda (5.500 gradi centigradi) da poter dire che è al "calore bianco", il colore della luce con cui il Sole ci inonda quotidianamente da qualche miliardo di anni.
Per cercare di capire come si produce questa luce, dobbiamo ricordare che il modello che abbiamo usato per spiegare la conduzione e la convenzione (atomi e molecole come piccoli corpi solidi) può andar bene ma è troppo semplificato: e' vero, gli atomi hanno una massa e, quando si muovono hanno un'energia cinetica ma, in realtà la loro superfice è una nuvola di elettroni, particelle con carica elettrica negativa.
Quando questa nuvola riceve energia dall'esterno, ad esempio energia termica, questi elettroni assobono in parte questa energia, si eccitano (i fisici usano proprio questo termine) ma, dopo un pò, ritornano allo stato di quiete, emettendo l'energia assorbita sotto forma di "quanti" di luce, pacchetti di energia luminosa la cui intensità dipende dalla energia assorbita: maggiore è l'energia termica assorbita, maggiore è la temperatura, maggiore è l'energia luminosa emessa da questo oggetto caldo.
Pertanto, tutti i corpi caldi emettono luce infra-rossa, con un contenuto di energia via via decrescente, mano a mano che la loro temperatura si abbassa e questo fenomeno cessa solo a valore più basso delle temperature esistenti: nella scala Celsius, meno 273, 15 gradi centigradi, un valore teorico a cui ci si avvicina solo negli spazi intergalattici più remoti.
A questa temperatura le molecole, gli atomi, sono letteralmente immobili, la loro energia termica è nulla, pari a zero, quindi è pari a zero la loro emissione di "luce".
Come abbiamo già detto, i nostri nervi ottici non percepiscono i raggi infrarossi, ma grazie a particolari sensori elettronici queste radiazioni si possono fotografare e opportuni software trasformano l'intensità delle radiazione infrarosse emesse in colori visibili: per convenzione  gli oggetti via via più caldi hanno un colore che va dall'arancio al bianco. Gli  oggetti, via via più freddi, appaiono colorati dal giallo al blu.
L' immagine che segue vi fa vedere come apparirebbe ai nostri occhi un calorifero accesso e ben gestito, se la nostra retina fosse sensibile ai raggi infrarossi.
Non vi da una piacevole sensazione di calore?
E ora immaginatevelo con copertina e copri-calorifero.

Termografia di un calorifero acceso, ben funzionante

         

Lavoro in tempo di crisi

Il titolare del posto di lavoro nella strada principale di Genova si è' assentato per andare a dare un'occhiata dentro ai cassonetti dei rifiuti. Ritorna con due maglioncini firmati, abbastanza puliti, forse scartati dalle tante boutique lungo la via.
" La gente si meraviglia di vedermi ben vestito ma io mi faccio il guardaroba in questo modo"
Controlla un po meglio gli ultimi acquisti, scopre che una maglietta e da donna e la rimette nel cestino dei rifiuti.
NB: la storia raccontata e' assolutamente vera

Casa con cappotto: la Fisica che serve 2)

Tutto il mondo che conosciamo (aria, acqua, terra, esseri viventi...)  è fatto di atomi singoli o combinati tra di loro (molecole).
Anche se, a occhio, non si nota, atomi e molecole non stanno mai fermi: vibrano, ruotano, vanno da una parte all'altra, si scontrano.
Nei solidi, atomi e molecole sono impacchettati in modo compatto e il loro movimento si limita a vibrazioni e piccoli spostamenti intorno alla loro posizione; le molecole di liquidi e gas hanno più libertà di movimento. L'entità di questi movimenti (ampiezza delle oscillazioni, velocità negli spostamenti) dipende dall'energia assorbita da ciascuna molecola. A questo tipo di energia, legata al movimento si da il nome di Energia Cinetica.

Movimenti di molecole gassose, liquide e solide

Maggiore quantità di energia hanno a disposizione le molecole, maggiore sarà la velocità con cui si muovono nello spazio disponibile molecole di gas e liquidi e maggiore sarà l'ampiezza di oscillazione delle molecole di corpi solidi.
Il calore di un oggetto corrisponde alla quantità di energia cinetica che mediamente possiedono le molecole che formano questo oggetto.
Dopo essere stato  in frigorifero, le molecole del mattone dell'esperimento virtuale descritto nel  precedente post vibravano con una ampiezza minore di quando si trovavano prima di essere messi nel frigo e il minor contenuto di energia cinetica delle molecole del mattone si evidenziava con la sua temperatura (4 °C), più bassa di quella della stanza in cui il mattone si trovava (20 °C).
E cosa succede quando una molecola urta un'altra molecola?
Le molecole, con l'urto, si scambiano energia e inevitabilmente la molecola più veloce rallenta ( diminuisce la sua energia cinetica e quindi si "raffredda" ) e quella più lenta, grazie all'urto, accelera, aumenta la sua energia cinetica e quindi "si riscalda".
Ora, spero vi sia più chiaro cosa succede quando un mattone "freddo" è messo in contatto con un mattone "caldo".
Le molecole veloci del mattone caldo, urtano con le molecole lente del mattone freddo.
Le molecole del mattone freddo, con l'urto, assorbono energia, si muovono più velocemente e quindi si riscaldano. Le molecole riscaldate, a loro volta, urtano le molecole fredde vicine a loro "riscaldandole".
In conclusione, con questi urti a catena, l'energia termica si diffonde progressivamente dal mattone caldo a quello freddo e questo scambio continua fino a che tutte le molecole di entrambi i mattoni non hanno la stessa temperatura, la stessa energia cinetica. In queste condizioni non sono più possibili scambi di energia.

La figura accanto sintetizza, in modo semplificato, quanto abbiamo spiegato.
A sinistra il mattone caldo (molecole rosse e in forte movimento come evidenziano le frecce nere) a destra il mattone freddo (molecole azzurre, più lente).
A causa degli urti, mano a mano che passa il tempo, l'energia cinetica delle molecole del mattone caldo passa alle molecole del mattone freddo.
Durante questi scambi, le molecole rosse passano al colore rosa (si raffreddano). Anche le molecole azzurre ( fredde) cambiano progressivamente colore (rosa sempre più pallido).
Alla fine degli scambi di energia, entrambi i mattoni saranno alla stessa temperatura, più bassa di quella di partenza per il mattone a sinistra, più alta per il mattone a destra.
Quanto fin qui illustrato ci dovrebbe essere utile per capire uno dei modi con cui il calore si diffonde da un oggetto caldo ad un altro freddo: la conduzione. 

La teoria cinetica del calore ci aiuta a comprendere anche un altro fenomeno, importante per un ottimale riscaldamento delle nostre abitazioni, la convezione.

In un solido caldo, la maggiore intensità delle vibrazioni degli atomi che lo compongono provoca un aumento del volume: è il fenomeno che si frutta nei termometri a mercurio e ad alcool. Lo stesso fenomeno si verifica con i liquidi e i gas. In particolare, l'aria calda occupa un volume maggiore dell'aria fredda. Poichè lo stesso numero di molecole "calde" occupa un volume maggiore dello stesso numero di molecole fredde, la densità di una massa d'aria calda è minore di quella dell'aria fredda. Pertanto quando aria fredda lambisce un calorifero, per conduzione si riscalda, diventa più leggera e si muove, per moto convettivo, verso l'akto, trasportando con se il calore  assorbito. 

L'aria calda cede il suo calore agli oggetti con cui si mette in contatto, quindi si raffredda, diminuisce il suo volume, aumenta di densità e ricade verso il pavimento freddo e ritorna al calorifero. Grazie a questi moti convettivi si riesce a distribuire il calore su tutta la stanza. Ovviamente è necessario che il calorifero sia libero sa tutti gli schermi che di solito le padrone di casa usano per "nasconderli".

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Casa con cappotto: la Fisica che serve 1)

Le spese di riscaldamento sono la principale causa della litigiosità condominiale. Sui motivi di questo fatto ho una mia ipotesi: nelle scuole italiane la Fisica è trascurata e, temo, ignorata.

Un piccolo test di conferma?

Quanti dei miei quattro lettori si sentono di dare una definizione del calore?

Quanti sanno per quale motivo una torta, tolta dal forno, si raffredda?

E, per entrare nel merito di questo minicorso di Educazione Domestica, quanti di voi sanno per quale motivo i copri-caloriferi sono la principale causa dei vostri alti costi per il riscaldamento?

Pertanto, dopo lunga meditazione, ho deciso che questo "Corso di ECOnomia e ECOlogia domestica per attraversare indenni il terzo millennio", dedicato alla climatizzazione (riscaldamento e rinfrescamento) delle nostre abitazioni, debba cominciare con una lezioncina di Fisica, dedicata al Calore.

Che cosa è il calore
Il calore è una delle tante forme dell' energia (elettrica, luminosa, gravitazionale, cinetica, chimica, nucleare..).

Il suo nome è  "energia termica".

Un oggetto caldo contiene "energia termica" in quantità maggiore dello stesso oggetto freddo e la temperatura di  questo oggetto ci da informazioni sulla quantità di "energia termica" che ha immagazzinato: un oggetto caldo ha una temperatura maggiore dello stesso oggetto freddo.

Ora facciamo un piccolo sperimento virtuale.

Prendiamo due mattoni uguali, pratichiamo un piccolo foro in entrambi e, dopo qualche tempo (poi spiegherò il perchè di questo intervallo),  nel foro inseriamo il bulbo di un termometro.

In base alla mia (e alla vostra) esperienza vi posso anticipare che la temperatura dei due mattoni sarà uguale e, guarda caso, sarà la stessa della temperatura della stanza 20 gradi centigradi (°C)  in cui stiamo facendo l'esperimento.

Ora vi chiedo di cambiare la temperatura  di uno dei mattoni. Voi cosa fareste?

Io decido di mettere uno dei mattoni nel frigo e, facendo misure di temperatura ad intervalli costanti (diciamo, ogni 15 minuti),  verifico che la temperatura del mattone si riduce con velocità decrescente, fino a raggiungere, dopo qualche ora, la stessa temperatura dell'interno del frigorifero: quattro gradi centigradi.

Quali altre possibilità avevamo per cambiare la temperatura del mattone?

Sono gradite proposte. La più originale vincerà una citazione su FB.

Prendete il mattone freddo (4 °C) e quello tenuto a temperatura ambiente (20 °C)  e mettete entrambi, uno sull'altro, in una borsa termica, con pareti isolanti.

Cosa vi aspettate quando, dopo qualche ora riandate a misurare la temperatura dei due mattoni?

Saranno diversi? A quale temperatura? Maggiore, uguale o minore della stanza?

E, secondo voi, quale sarà la temperatura dei due mattoni dopo che, dopo qualche ora, sono stati sistemati nuovamente nella stanza in cui state conducendo questo esperimento?

Per millenni la nostra specie si è confrontata con queste esperienze i cui risultati sono assolutamente riproducibili: per riscaldare un oggetto occorre utilizzare un'altra fonte di energia, un oggetto caldo messo a contatto con un oggetto freddo si raffredda, per conservare il calore di un oggetto caldo bisogna coprirlo con materiali idonei...

Per millenni la nostra specie ha cercato di dare una spiegazione logica a questi fenomeni, spesso molto fantasiosa.

E voi cittadini del terzo millennio, quale spiegazione vi date?

Se avete qualche difficoltà, si vede che pensavate ad altro quando il vostro docente cercava di spiegarvi la teoria cinetica del calore e i principi della termodinamica.

Ma non preoccupatevi, non è mai troppo tardi.

Il prossimo post, se necessario, vi rinfrescherà la memoria.

Tutte le puntate di Casa con Cappotto:

- Che classe energetica sei?
- Stare in mutande: quanto mi costa?
- Misuriamo gli sprechi evitabili
- Vasi "termici" comunicanti
- Sangue caliente 
- Muffe e condense
- Punti freddi
- Barriere frangivento
- Via col vento
- Finestre solari 3
- Finestre solari 2
- Finestre solari 1
- Occhio ai cassonetti
- Riflettori sui caloriferi
- Liberiamo i caloriferi
- La Fisica che serve 3
- La Fisica che serve 2
- La Fisica che serve 1
- Casa con cappotto

Mi si scioglie l'Alaska

Si chiama "permafrost" ed è il terreno perennemente ghiacciato delle regioni più a nord del mondo: Alaska, Groenlandia, Siberia...

Dal 20 al 24% delle terre emerse è classificabile come "permafrost".

Il suo spessore  arriva anche a 1500  metri (Nord Siberia) e gli strati profondi risalgono all'ultima glaciazione (10.000 anni fa).

La superfice del permafrost, per uno spessore tra 0,6 a 4 metri è definito attivo, in quanto si può sgelare nel periodo estivo.

Lo strato superficiale ospita una vegetazione bassa, in grado di resistere alle fredde temperature invernali, fonte di nutrimento per animali altrettanto resistenti al freddo, quali renne e caribù.

Sotto a questo strato di terra si trova ghiaccio, ma anche depositi di carbonio organico, sottoforma di torba, resti della vegetazione che si è sviluppata su queste terre gelide nei millenni trascorsi e di gas metano, prodotto dalla fermentazione anaerobica della torba ad opera di batteri, intrappolato sotto il terreno ghiacciato.

Estensione del permafrost ( in  rosso ) nell'emisfero Nord

Si stima che nel permafrost siano imprigionate da 1.400 a 1.700 miliardi di tonnellate di carbonio organico, una quantità più grande di tutto il carbonio organico oggi presente in tutti gli esseri viventi, vegetali ed animali, umani compresi.

Da qualche decina di anni, da queste parti del mondo, sta succedendo qualche cosa di anomalo: le estati artiche sono sempre più calde e di conseguenza il permafrost si scioglie in profondità e perde la sua durezza: e' una delle conseguenze precoci dell'effetto serra.

Chi si ostina a negare l'evidenza dei cambiamenti climatici lo vada a spiegare ai lapponi o agli esquimesi che hanno visto le loro abitazioni crollare, a causa del cedimento delle fondazioni non più basate su solidi terreni ghiacciati.

L'aumento della temperatura media dell'atmosfera del Pianeta comporterà inevitabilmente lo scioglimento del permafrost, quanto la temperatura media di queste parti del Pianeta sarà superiore a 0 gradi centigradi (34 gradi Fahrenheit).

La figura che segue mostra l'attuale distribuzione della temperatura del suolo in Alaska (2001-2010) e i valori di temperatura previsti in due futuri scenari: A2, nessun controllo delle attuali emissioni di anidride carbonica: B1, massima riduzione dei gas clima alteranti.

Temperatura media del suolo dell' Alasca misurato nell'ultimo decennio e valori stimati in base agli effetti delle future emissioni di anidride carbonica.

Come si può vedere, nella migliore delle ipotesi (scenario B1), quando i bambini nati in questi giorni avranno una trentina d'anni, la superfice dell'Alaska più calda di 0 gradi centi gradi (da colore giallo al rosso) sarà significativamente maggiore.  E quando la temperatura è maggiore di zero, il ghiaccio passa ad acqua e il permafrost si trasforma in terreno fangoso.

E nella ipotesi peggiore ( scenario A2) alla fine di questo secolo, l'Alaska avrà perso quasi tutto il suo strato di permafrost.

La figura seguente schematizza quello che succede in questo caso: quando il ghiaccio si scioglie dall'ex permafrost si libera più carbonio organico di quanto le piante in superfice ne possano assorbire.

E' un pessimo evento, in quanto destinato ad accelerare la crescita della concentrazione di gas clima-alteranti e, in questo caso saranno assolutamente inutili i tentativi di ridurre le emissioni di CO2 fossile.

Tocca noi, oggi,  evitare che tutto ciò accada, per non lasciare questa pessima eredità a figli e nipoti.

Caminetto a bioetanolo

E alla fine mi sono convinto e ho trasformato il mio caminetto, da legna a bioetanolo!
Tuttavia mi son guardato bene di rinunciare alla canna fumaria, come la pubblicità ingannevole suggerisce.
Ho acquistato l'elemento scaldante in acciaio, bello pesante (marca Horus), spendendo una cifra ragionevole e l'ho inserito nel caminetto da tempo inutilizzato, per i problemi di gestione del fuoco a legna (cenere da smaltire, problemi di tiraggio con venti da Nord).
Sassi di mare e qualche conchiglia, sono stati utilizzati per il decoro e come accumulo termico di calore.
Il caminetto ha canna fumaria a tetto, con un aspiratore ausiliario e presa laterale di aria fresca.
Con un litro di bioetanolo la fiamma dura un'oretta.
La fiamma azzurra dell'etanolo, non è altrettanto bella della fiamma arancio del legno e il calore sviluppato dal camino non è granché, tuttavia l'effetto " ambientale" giustifica l'investimento in particolare quello della costruzione del caminetto.
Dopo che la fiamma si è spenta, lascio l'aspiratore in funzione al minimo per circa quindici minuti, sono sufficenti per non avvertire l'odore dell'alcool bruciato.

Malasanita' e mobilità insostenibile

Di seguito riporto uno stralcio di un interessante studio su quanto le scelte di mobilita' urbana possano incidere sul bilancio delle spese sanitarie per i danni provocati dall'inquinamento e dagli incidenti stradali. 

La funzione che prima di tutto mette l'uomo nella capacità di produrre è la mobilità: andare a lavoro, incontrare persone, trasportare beni e materie. Tutto è mobilità: l'80% delle attività svolte quotidianamente implica la necessità di spostarsi dal luogo di residenza. Ma se il primo processo produttivo è la mobilità, la sostenibilità di un territorio deve per forza di cose essere prima di tutto una sostenibilità degli spostamenti. Muoversi implica delle scelte (auto privata, mezzo pubblico e quale tipo di mezzo) per questo un indicatore della sostenibilità deve pesare le conseguenze di queste scelte.

Il confronto con la spesa sanitaria è lo strumento che più di tutti offre la possibilità di misurare quanto queste scelte stanno indebitando la Comunità che le fa nei confronti delle proprie disponibilità attuali e future. La spesa sanitaria è in aumento in gran parte dei Paesi dell'Organizzazione per la Cooperazione e lo Sviluppo Economico (OCSE) sia in termini relativi, rispetto al prodotto interno lordo (PIL), sia in termini assoluti. Calcolando - grazie a studi e modelli di impatto sanitario sviluppati dall’Organizzazione Mondiale della Sanità e dall’Istituto Superiore della Sanità - quante persone avranno bisogno di usufruire dei servizi del Sistema Sanitario per patologie legate all’inquinamento dell’aria, alla rumorosità o agli incidenti causati dall’attuale ripartizione modale degli spostamenti si può calcolare lo spread del trasporto collettivo. Un TC-spread = 100 significa dire che il Paese ha una mobilità strutturata in modo da comportare dei costi sociali pari al 50% della spesa sanitaria corrente. Un TC-spread inferiore a 100 punti significa che i costi della mobilità sono inferiori al 50% della spesa sanitaria corrente: il Paese ha una mobilità che contiene le contaminazioni ambientali legate alle scelte di mobilità e i costi della morbilità e mortalità da incidenti senza causare un disavanzo nella spesa sanitaria futura.

Un TC-spread compreso tra 100 e 200 punti indica che i costi sociali della mobilità hanno un peso compreso tra il 50% e il 100% della spesa sanitaria corrente. La sostenibilità è contenuta entro i 300 punti di TC-spread ovvero entro il 150% di scarto con la spesa sanitaria corrente: ammettendo che la quota pubblica sia integrata da un 50% di spesa integrativa privata il sistema può rimanere stabile. Fermo restando il carattere generale di queste valutazioni, la soglia dei 300 punti di TC-spread è quella che indica che la mobilità sta causando un indebitamento sociale sulla spesa sanitaria futura. Quest'indebitamento non ha una scadenza nel breve termine ma inizia ad essere riscosso con i tempi di sviluppo delle patologie legate alle contaminazioni ambientali (5-10 anni). Il TC-spread per l’Italia, a quota 475, mostra chiaramente quanto sia necessario ripartire dal trasporto pubblico locale se si vuole realmente far ripartire il Paese.

In sintesi, le scelte fatte dal nostro Paese, a partire dagli anni 50, di favorire la Fiat, convincendo tutti gli Italiani di quanto fosse bello avere più autovetture per nucleo famigliare, hanno un insostenibile costo sanitario.


E' tempo di invertire questa scelta, che ci costa anche in termini di consumi energetici e di territorio.


Il trasporto collettivo su ferro e' la risposta a basso impatto ambientale e sanitario che altri paesi europei hanno adottato da tempo.

E la mobilità ciclabile e' un'altra possibilità che l'Italia deve assolutamente sviluppare.


E non bisogna dimenticare che esiste anche la possibilità di ridurre la mobilità non obbligata.
La telematica, sempre di più deve poterci permettere di fare documenti, acquistare beni e servizi senza uscire da casa.
E, in molti casi, il telelavoro e' un' altra possibilità, molto interessante, che può evitare di trasformarci, almeno in parte, in pendolari.

L'Agenda di Petrini: lo sviluppo delle "Aree Edibili"

Che i terreni agrari nazionali siano una risorsa irrinunciabile,  
in quanto unico modo per produrre cibo, e' una certezza per Carlo Petrini, fondatore di Slow food, che nella sua Agenda per il Governo, prevede 4 linee guida, molto concrete:

1.    “Politiche alimentari significa politiche condivise e interconnesse: ambiente, agricoltura, educazione, salute, economia, giustizia, sviluppo, industria, beni culturali. Dove inizia un settore e finisce l’altro? Non si può dire, non esiste confine. Se si fa politica per il cibo e per l’agricoltura si fa, finalmente, politica per tutti, si tutela il bene comune. (…)un tavolo condiviso, un posto in cui tutti i ministri e tutti gli assessori verificano, prima di vararli, la coerenza dei provvedimenti di cui si fanno portavoce sarebbe un buon inizio.

2.    C’è un disegno di legge già approvato che attende di diventare legge. E’ stato ribattezzato “Salva suoli”. L’ha presentato il ministro Mario Catania, che l’ha scritto e migliorato con la collaborazione delle Regioni e della rete di associazioni della società civile. Serve a porre, sia pure con imperdonabile ritardo, fine alla dissipazione del suolo agricolo italiano, alla cementificazione ignorante che ha devastato il nostro territorio e di cui paghiamo il prezzo in dissesto e vite umane ad ogni temporale. (…) I candidati che nelle prossime settimane si diranno a favore della protezione del territorio italiano provino a dirlo in modo più chiaro: dicano che si impegneranno perché quel disegno di legge diventi al più presto una legge nazionale.

3.    Le nostre campagne hanno bisogno di ripopolarsi. Perché il made in Italy passa dai campi e dalle mani dei nostri produttori che (…) oggi sono mani anziane (…) e non sanno a chi consegnare tutta la loro esperienza e tutti i loro saperi. E, come si sa, i nostri giovani hanno bisogno di lavorare. (…)Quindi i candidati che nelle prossime settimane intendono parlare di lavoro giovanile potrebbero intanto impegnarsi a facilitare questa fetta di lavoro giovanile: quella in agricoltura. Perché sono tanti i giovani che ci stanno provando e, nonostante tutto, ci stanno riuscendo. Ma sono tantissimi i giovani che ci stanno pensando e che rinunciano prima di provare perché le difficoltà sono davvero troppe.

4.    Infine decidiamo una volta per tutte che agricoltura serve al nostro paese. Un paese fatto di milioni di piccole aziende agricole. Un paese che ha il biologico tra i suoi vanti. Un paese che basa la sua ricchezza sulla biodiversità di razze animali, varietà vegetali domesticate e spontanee, di prodotti tipici e delle tante biodiversità che quelle implicano(…). Non serve un’agricoltura di brevetti, non serve un’agricoltura di multinazionali, non serve un’agricoltura di contoterzisti. Non servono gli OGM. Semplicemente non servono. E già questo basterebbe a richiedere un impegno per fare in modo che vengano esclusi dal nostro futuro alimentare. Se a questo si aggiungono (…) i possibili impatti sull’ambiente, sulla salute e sull’economia risulerà chiaro che appellarsi al principio di precauzione sarà la cosa più ovvia da fare, decidendo che il nostro paese resta “Ogm free”. Quindi quei candidati che nelle prossime settimane parleranno di “green economy”, potrebbero partire anche da qui: dal più vasto settore di green economy che abbiamo, da sempre, sotto gli occhi: l’agricoltura sostenibile.”                                

     (da la Repubblica del 4 dicembre 2013)

Agendina di Governo

Nelle tante Agende di Governo che si stanno proponendo agli elettori, programmi quali "Ambiente Sano  e Vita Sana" non hanno ancora molto spazio.

In questi giorni, su FB, gira la notizia che l'irlanda stia uscendo dalla sua crisi, anche grazie alla tassazione dell'inquinamento, realizzando nei fatti, quello che da noi e' ancora solo uno slogan: "chi inquina paga".

La decisione dell'Irlanda si chiama Tassa sul Carbonio, e fa riferimento all' anidride carbonica  (CO2) che si produce con la combustione di benzina, metano, gasolio....

A ogni tonnellata di CO2 emessa, tot euro nelle casse dello Stato.

Ma si può fare di più e meglio. Ed ecco la mia Agendina.

Ricordo che l'anidride carbonica e' responsabile dei cambiamenti climatici, ma è un gas assolutamente innocuo alla salute dei viventi. La produciamo in continuazione, "bruciando" quanto abbiamo mangiato e la immettiamo in atmosfera ad ogni respiro, insieme al vapor acqueo, anch'esso prodotto dalla "combustione" di tortellini e bistecche...

Non sono affatto innocui i tanti inquinanti tossici, cancerogeni e mutageni che si producono quando qualche cosa si brucia ad elevata temperatura, come avviene nei motori, nelle stufe, nelle caldaie, nelle cokerie,

Nella mia Agendina di Governo, una vera "economia verde" parte con il tassare l'inquinamento  in base alla quantità di polveri sottili emesse, a parità di energia utile prodotta o utilizzata. 

Questa tassa e'  definita "Tassa sulle Polveri Sottili.

Le polveri sottili si producono solo con le combustion e certamenteci accorciano la vita  e, in particolare, la vita sana.

Questa norma contrasterebbe tutti gli attuali sprechi, nati proprio a causa dei bassi costi dell'energia.
Se voglio diminuire i costi devo ricorrere a combustibili intrinsecamente più puliti e quindi meno cari ( metano al posto del carbone) e/o a tecnoogie più efficenti (teleriscaldamento, isolamento termico).

Nella mia Agendina, gli introiti di questa tassa sono reinvestiti integralmente per:

- incrementare raccolta differenziata di qualità, compostaggio e riciclo dei materiali post consumo.
- finanziare la produzione di biometano da scarti organici da immettere nella rete di distribuzione del gas
- finanziare interventi di isolamento termico negli edifici pubblici
- finanziare interventi di trigenerazione (elettricità, calore, rinfrescamento) a servizio di edifici pubblici
- finanziare sistemi di trasporto pubblico a basso impatto ( tram, piste ciclabili, treni locali..)

Con questa Tassa, molte finte fonti rinnovabili (combustione di biomasse, incenerimento rifiuti) chiuderebbero e complessivamente il miglioramento della qualità dell'aria, migliorerà lo stato di salute dei cittadini,con ulteriori risparmi. 

E il reinvestimento della tassa sulle polveri sottili, ridurrà i consumi di energia per unità di prodotto rendendo più competitivi i nostri prezzi e creerebbe nuovi, qualificati e duraturi posti di lavoro.

Provare per credere.