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domenica 10 marzo 2013

Casa con cappotto: vasi "termici" comunicanti

 Se ci sono voluti secoli prima che l'umanità comprendesse le leggi fisiche che regolano la produzione e gli scambi di calore, non mi meraviglierebbe se, arrivati a questo punto del Corso di ECOnomia domestica, non vi sia ancora chiaro per quale motivo è opportuno tenere la temperatura del vostro appartamento il più basso possibile, come abbiamo visto tra 18 e 20 °C.
In questo caso ci può aiutare il ricorso ad una esperienza di più facile comprensione: i vasi comunicanti.

Vasi "termici" comunicati alla stessa temperatura (5°C). Non c'è flusso di calore tra B e A
 
Nella figura, il vaso B rappresenta la vostra casa e il vaso A il vasto ambiente esterno. 

Immaginate che i due vasi siano in comunicazione tra di loro.

Se aggiungete dell'acqua in uno di questi vasi, dopo un pò, inevitabilmente, l'acqua si distribuirà in ciascuno dei due vasi comunicanti, raggiungendo sempre la stessa altezza. Il tempo necessario affinchè i livelli di acqua raggiungano l'equilibrio dipende dalla sezione del tubo che mette in comunicazione i due vasi.

Più piccola è la sezione di questo tubo, maggiore sarà il tempo necessario affinchè le due colonne d'acqua raggiungano lo stesso livello.

In questo esempio, l'acqua equivale all' energia termica presente nei due ambienti e l'altezza dell'acqua rappresenta la temperatura dell'aria di questi ambienti, l'energia media delle molecole d'aria.

Il tubo rappresenta i muri e le finestre che mettono in comunicazione termica l'interno della vostra casa con l'esterno e la sezione di questo tubo è la rappresentazione della resistenza al passaggio di calore dei materiali con cui sono fatti muri e finestre e dal loro spessore.

Dal punto di vista fisico i flussi di acqua e di calore seguono leggi assolutamente simili.

Quando la temperature esterna è uguale a quella interna (5 ° C, in questo esempio) non c’è flusso di calore tra le pareti della casa e l’aria esterna, anche se A e B sono comunicanti attraverso i muri e le finestre, in quanto l'energia cinetica delle molecole in A è mediamente simile a quella delle molecole in B.
Analogamente, colonne d'acqua di simile altezza, qualunque sia la forma e il volume dei vasi che li contengono, esercitano la stessa pressione sul tubo che li unisce e quindi, in questo caso, non ci sono flussi d'acqua da un vaso all'altro.

Il calore a temperatura maggiore nel vaso B fluisce verso il vaso A più freddo
   
Quando la temperatura interna (B) è maggiore di quella esterna (A) il calore fluisce, come l'acqua,  da B ad A.

La quantità di calore in transito, dipende dalla differenza di temperatura tra i due locali e dalle dimensioni del “tubo” che collega A e B .

Maggiore è la differenza di temperatura tra B e A, maggiore sarà la "pressione" esercitata dalle molecole calde presenti nel tubo B e quindi maggiore sarà la quantità di energia termica (calore) che fluisce, nello stesso tempo, da B a A.
  
In questo caso, per mantenere costante la temperatura di B, occorre fornire costantemente calore al tubo B (rubinetto aperto)  in proporzione a questo flusso.
 
Ovviamente non possiamo fare granch'è per modificare la temperatura esterna e dobbiamo prenderci il tempo che Giove Pluvio ci offre,  ma la temperatura a cui impostare il termostato della calderina è una nostra scelta.

E ora dovrebbe essere più chiaro per quale motivo è un'inutile spreco tenere in casa temperature più alte di 18-20 °C, valori che anche gli umani piu freddolosi, purchè adequatamente coperti, percepiscono come confortevoli.

E nel prossimo post faremo qualche conto di quanti euri ci potrebbe costare lo sfizio di girare in casa in mutande in pieno inverno.


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