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Trasmissioni di calore in una casa – Roberto Renzetti –
Una casa è una struttura essenzialmente semplice.
Le mura, le finestre e le porte sono elementi che servono rispettivamente al riparo, da fornitori di luce e per permetterci di accedere od uscire da un determinato ambiente.
Cominciamo a fissare l’attenzione sulle mura e sul tetto: queste due strutture devono essere in grado di darci un riparo effettivo, devono cioè isolarci dall’ambiente esterno e quindi in inverno devono evitare che la casa di freddi ed in estate che si scaldi.
COL TEMPO FREDDO LA CASA E' RISCALDATA DA:
- raggi del sole per radiazione;
- persone, luci, cucinare, lavare, asciugare, acqua calda;
- riscaldamento ambiente e di acqua calda mediante energia solare, combustibili fossili o energia elettrica.
COL TEMPO FREDDO LA CASA E' RAFFREDDATA DA:
- irraggiamento verso il cielo scuro;
- pareti esterne e finestre per conduzione verso l'aria esterna;
- aria esterna fredda per convezione: infiltrazione, ventilazione, aria di combustione;
-terreno sottostante, se la cantina è più calda del terreno
- scarichi e conduttuure : per convenzione dei liquidi.
COL TEMPO CALDO LA CASA E' RISCALDATA DA:
- pareti esterne e finestre per conduzione verso l'aria esterna;
- aria esterna calda e/o umida per convezione: infiltrazione, ventilazione e aria di combustione;
- persone, luci, cucinare, lavare, asciugare, acqua calda.
COL TEMPO FREDDO LA CASA E' RAFFREDDATA DA :
- scambi radioattivi col cielo;
- pareti esterne e finestre per conduzione verso l'aria esterna;
- aria fredda esterna per convezione: ventilazione;
- terreno, per conduzione dalla cantina;
- la temperatura può calare se l'aria parte dal suo calore all'acqua che evapora.
Si tratta quindi di disporre di un involucro che, durante l’estate, impedisca al calore esterno di entrare e che, durante l’inverno, impedisca al calore interno di uscire.
Tutto questo avendo sempre come riferimento la fonte solare esterna.
E tutto ciò vuol dire che si può, con opportuni accorgimenti, utilizzare la radiazione solare in inverno per scaldare la casa e in estate per rinfrescarla.
In estate si tratta di rifletterla, in inverno di assorbirla.
Inoltre, data l’intermittenza della sorgente solare, si deve provvedere di giorno ad accumulare l’energia che serve per la notte.
Il nostro edificio bioclimatico dovrà quindi essere costruito con materiali opportuni e situato in un luogo e con un’orientazione tale da captare al massimo l’energia che vuole utilizzare.
Riguardo alle finestre, il dramma degli scambi di calore di un ambiente, esse dovranno essere sempre realizzate con doppi vetri .
Il primo criterio di massima, per la creazione di edifici bioclimatici, deve tener conto del clima del luogo dove si intendono realizzare, secondo quanto riportato nella figura seguente.
FIGURA 2 - TIPOLOGIE COSTRUTTUVE DI ABITAZIONI IN FUNZIONE DEL CLIMA:
a) CLIMA FREDDO:
massimo accumulo di calore;
massima utilizzazione di energia solare;
minima resistenza al freddo.
b) CLIMA TEMPERATO:
moderato accumulo di calore
moderata utilizzazione di energia solare;
leggera ESPOSIZIONE al vento;
moderata circolazione aria interna.
c) CLIMA CALDO FREDDO
minima utilizzazione di energia solare;
moderata resistenza al vento;
moderata circolazione aria interna.
A questo punto subentrano i sistemi passivi, che possono essere riassunti come segue:
1. Vetrata o finestra solare a doppio vetro in grado di captare energia solare (nei momenti di bisogno) e, mediante “EFFETTO SERRA”, di trattenerla .
Durante la notte occorrerà chiudere questa finestra con tapparelle isolanti per evitare la fuoriuscita della radiazione accumulata durante il giorno.
Nelle figure 3a e b è riportato un esempio di uso di questo sistema.
Si osservi che, oltre ai sistemi isolanti dell’involucro e di accumulo all’interno della casa, in questo progetto compare anche un frangisole (F), lungo 90 cm., che è un altro sistema passivo, in grado di mettere in ombra la finestra nelle ore calde (quando il sole è più alto, posizione 2.
Per vedere meglio la funzione del frangisole per differenti periodi dell’anno vedi la figura 3c.
FIGURA 3
3a) Note: 1. scuri; 2. doppio vetro;
3. ACCUMULATORE di energia termica;
4. contenitori d'acqua; 5. muratura in blocchi;
6. isolamento; 7. stucco;
8. isolamento; 9. terrapieno.
3b) Note: V = parete con finestra; S = spazio;
M = muro; I = isolamento.
3c)
2) Vetrata o finestra solare con deviazione della radiazione su una parete su cui è disposto un materiale in grado di assorbirla di giorno e restituirla di notte.
Come illustrato nella figura 4 (a e b) si deve disporre in una tenda alla veneziana speculare che sia inserita tra i due vetri della finestra; questa veneziana riflette la radiazione entrante nell’ambiente verso una parete (ad esempio il soffitto) costituita da un’intercapedine sottile e conduttrice dentro cui sono sistemati degli opportuni sali (fusi) che, appunto, servono ad accumulare energia durante il giorno per poi restituirla durante la notte(quando la veneziana è chiusa.
FIGURA 4
3) Termosifone solare .
Quando una piastra metallica disposta sotto un doppio vetro (collettore), è esposta al sole, si riscalda e riscalda l’aria circostante.
Se questo apparato è disposto ad un livello più basso dell’intera casa, l’aria calda prodotta sale verso gli ambienti da riscaldare.
Nella figura 5 è riportato uno schema di funzionamento del termosifone solare.
FIGURA 5
Note: 1 Collettore; 2 lamiera metallica;
3 schermo mobile; 4 muratura;
5 condotto di ritorno; 6 aria calda;
7 portico.
4) Solar Pond o acqua sul tetto. Un contenitore di plastica sistemato sul tetto (piano) di una abitazione è verniciato di nero sul fondo ed è dotato di una copertura di plastica trasparente su cui si può, a seconda delle necessità, sovrapporre uno schermo riflettente opaco.
L’acqua accumula il calore del sole (inverno-giorno) e lo restituisce quando lo schermo opaco sia stato disteso su di essa (inverno-notte); al contrario, l’acqua è coperta dallo schermo opaco di giorno e non lascia quindi penetrare la radiazione solare (estate-giorno), mentre, di notte, quando sia stato tolto lo schermo opaco trasferisce calore dall’interno della casa verso l’esterno raffreddandola (estate-notte).
Uno schema di funzionamento di quanto accennato è riportato in figura 6 (a e b).
FIGURA 6
5) DIODO termico. E’ un sistema che unisce le caratteristiche passive con quelle attive di un collettore piano (vedi figura 7 a e b).
FIGURA 7 - Diagramma del funzionamento del collettore "DIODO "Termico".
FIGURA 6
Dell’acqua situata in un recipiente esteso e sottile viene riscaldata dal sole; il calore raccolto da quest’acqua, che è messa in circolo dallo stesso principio del termosifone tradizionale, viene accumulato da altra acqua situata in un ambiente più esteso che funge, appunto, da ACCUMULATORE e da radiatore.
Una valvola automatica chiude il circuito quando la temperatura esterna si abbassa oltre un prefissato limite.
6) Sistema Trombe. Se si dispone sulla parete esposta a sud di una abitazione (dipinta di scuro) un doppio vetro (figura 8) in modo che, in particolari condizioni (8 a), l’aria imprigionata (mediante gli sportelli mostrati in figura) tra il doppio vetro e la parete della casa si riscaldi, quest’aria, per un principio analogo a quello del termosifone tradizionale, inizierà a circolare riscaldando la casa (funzionamento invernale).
In estate invece, basta aprire lo sportello superiore ed una presa d’aria a nord (figura 8 b): l’aria riscaldata nell’intercapedine tra il doppio vetro e la parete della casa salirà verso l’altro (per convezione) aspirando in suo luogo aria più fredda dall’interno della casa che a sua volta, sarà riscaldata ed espulsa verso l’alto; in questo modo, nella casa, entrerà sempre nuova aria fresca dall’apertura a nord.
FIGURA 8
7) Serre. In particolari ambienti, coperti di materiale trasparente (vetro o plastica) si realizzano temperature molto più elevate che nell’ambiente esterno.
Il funzionamento delle serre (che servono a coltivare piante ) è basato sull’Effetto, detto appunto, serra.
La superficie trasparente deve essere molto estesa, fatto che, di giorno, fornisce una grande quantità di radiazione ma che, di notte, aumenta la dispersione di calore.
si può ovviare a questo disponendo di coperture opache notturne che isolino la serra dall’esterno.