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
- Via col vento
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- 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

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

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?

Tutte le puntate di Casa con Cappotto:

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- La Fisica che serve 1
- Casa con cappotto

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