Un condizionatore di 2000 anni fa

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Le prime versioni con vetro opaco sono state prodotte in Egitto, ai tempi dei Romani. Ora è diventato un sistema multifunzionale che regola la luce, l’aria, il calore, il passaggio degli insetti e dei malintenzionati.

Parliamo della finestra ed impariamo ad usarla per sostituire il condizionatore d’estate.

Di Dario Faccini

E’ l’una di notte. Mi allaccio le scarpe, infilo gli auricolari ed inizio a correre. 5km, con metà percorso in mezzo al paese. L’unico rumore è rullio basso e profondo dei condizionatori. Ovunque. Osservo le finestre dei condomini e delle villette. Chiuse. Qualcuno tiene accostati gli scuri. Qualcun’altro tiene appena sollevato le tapparelle. Come se servisse a qualcosa. Il percorso mi porta verso la campagna. Potrei indovinare dove inizia la campagna ad occhi chiusi: l’improvviso calo della temperatura è netto. Finisco i miei due giri e ritorno a casa. In giardino ho messo il termometro appeso alla siepe. Segna 24 gradi. Perfetto. E’ una notte tropicale, una delle più calde dell’estate, ma la temperatura è ancora abbastanza bassa per raffrescare la casa. Domani, quando ci saranno 38 gradi, io avrò 26 gradi al piano terra e 27 al primo piano. Senza aver mai acceso il condizionatore. Mi scappa un sorriso.

Si, la foto sopra è la mia abitazione di notte durante un’ondata di calore: le finestre sono tutte aperte. E’ una casa in classe A+ per la Lombardia, ma l’isolamento spinto è solo uno dei fattori che giocano a suo favore d’estate. Di fatto, l’ottimo comportamento estivo viene ottenuto in gran parte anche dai miei cognati che abitano in una normalissima classe D.

Il segreto è saper usare quel condizionatore naturale che è la finestra.

Una finestra moderna è ormai diventata un piccolo capolavoro di tecnica, con vetri doppi o tripli, riempiti con gas nobili come l’Argon, dotati di rivestimenti basso emissivi per riflettere l’infrarosso, con taglio termico nel telaio, doppia o tripla guarnizione per la tenuta all’aria, zanzariera e a volte sbarre.

Accendete quel condizionatore!

Nell’architettura bioclimatica,  la finestra ha una importante funzione estiva: la ventilazione naturale notturna. Per intendersi, quella che faceva la nonna.

L’idea è utilizzare la stessa abitazione come un serbatoio freddo. Di giorno va rallentato il riscaldamento del serbatoio, mantenendo i serramenti per lo più chiusi, di notte il serbatoio va ricaricato dissipando il calore accumulato con la ventilazione attraverso gli infissi.

Sembra ridicolo nell’era dei condizionatori posti ovunque e sempre accesi, ma due semplici finestre larghe un metro e alte uno e mezzo, completamente aperte sui lati opposti di un’abitazione possono sostituire di notte il classico condizionatore.

Per dimostrarlo ho predisposto due semplici tabelle[1], in cui è riportata la potenza frigorifera in kW del flusso d’aria che attraversa le due finestre al variare della temperatura esterna ed interna. Per il confronto si consideri che un condizionatore normalmente ha una potenza frigorifera di poco meno di 3 kW.

tabelle finestre frigorifere

Siccome la velocità del vento aumenta con l’altezza, la prima tabella si riferisce a finestre a piano terra, la seconda a finestre almeno al primo piano. Si noti come in una notte tropicale (non estrema) con 23°C di temperatura esterna, e 28°C di interna, due sole finestre poste al primo piano riescono a fornire lo stesso servizio di un condizionatore: quasi 3kW di potenza frigorifera.

Alcune semplici regole permettono di “accendere” questi condizionatori naturali:

  • dotarsi di due termometri per misurare la temperatura dell’aria esterna ed interna, ed aprire le finestre solo quando la prima è più bassa della seconda; il tipico errore è iniziare a ventilare non appena tramonta il sole, con il movimento d’aria che si forma nell’abitazione che dà una falsa impressione di frescura mentre in realtà entra aria più calda; durante le ondate di calore le condizioni corrette si verificano in un’intervallo di tempo molto ristretto, indicativamente tra le 2 e le 7 di mattina;
  • aprire tutte le finestre, su tutti i piani, compresi eventuali lucernai; l’apertura su fronti contrapposti permette l’attraversamento del flusso d’aria dovuto al vento, che risulta maggiore tanto più aumenta l’altezza; le finestre poste più in alto, compresi i lucernai, producono poi un effetto aspirante chiamato effetto camino proprio quando la temperatura interna è maggiore di quella esterna;
  • lasciare le finestre completamente aperte, per tutta la notte (almeno sino all’alba); una finestra con gli antoni accostati raffresca meno di un decimo; spesso poi si crede che basti raffrescare l’aria; niente di più sbagliato; la temperatura dell’abitazione è decisa da quella dei muri, pavimenti, solette e tutto quanto contiene; è quella la massa termica da raffreddare, e per riuscirci servono molte ore di ventilazione ininterrotta.

Una curiosità. Si crede comunemente che una casa passiva progettata per l’inverno, sia anche fresca d’estate. Isolamento a parte, questo non è necessariamente vero. Una casa progettata per difendersi dal freddo deve avere una forma compatta (detto fattore di forma, con una bassa superficie disperdente rispetto al volume), il minor numero possibile di finestre possibilmente piccole poste sul lato Nord, superfici vetrate poste a Sud in modo che possano essere attraversate dalla luce solare, muri isolati ma non troppo spessi per permetterne un rapido riscaldamento. Una casa progettata per l’estate invece deve avere caratteristiche ben diverse: un fattore di forma sfavorevole per dissipare il calore nelle ore notturne, un gran numero di ampie finestre meglio se a Nord, schermature dal sole, muri spessi per aumentare al massimo la capacità del “serbatoio abitazione” di assorbire calore mantenendosi fresco. A volte queste opposte necessità sono conciliabili, altre volte invece si deve scendere a compromessi. Capita così che il condominio che è così efficiente d’inverno  in assenza di condizionamento si trasformi in un piccolo forno d’estate (fattore di forma “favorevole” all’accumulo termico, difficoltà per i singoli condomini di ventilare su pareti contrapposte), mentre la villetta che non è poi così efficiente d’inverno sia facilmente raffrescabile la notte.

Isolarsi, appesantirsi, schermarsi, inverdirsi, ventilarsi

Ecco allora allora una serie di consigli, sia per la progettazione/riqualificazione dell’abitazione, sia per il suo utilizzo in estate:

  • isolamento: soprattutto del tetto(o anche del sottotetto se presente), che è la superficie dell’involucro edilizio che riceve più radiazione solare, poi quello delle pareti, in primis ovest ed est che vengono irraggiate quasi perpendicolarmente la mattina e nel tardo pomeriggio; in generale un isolamento consistente di tutto l’involucro è l’intervento che può dare i maggiori risultati;
  • schermature dal sole: sul lato Ovest ed Est, prevedere la chiusura diurna degli scuri e delle tapparelle, l’applicazione esterna di veneziane o teli, sul lato Sud installare tendaggi bianchi;
  • tetto ventilato: è un tetto che contiene una camera d’aria aperta nella parte inferiore sotto la gronda e in grado di sfogare a livello del colmo della falda; rappresenta una schermatura che tiene fresco l’isolamento sottostante;
  • fotovoltaico non integrato: l’installazione di una copertura di pannelli fotovoltaici a distanza di una decina di centimetri dalla superficie del tetto, oltre a permettere una migliora resa dei pannelli che risultano posteriormente ventilati, rappresenta anche un’efficace schermatura del tetto;
  • inerzia termica: quella della porzione di muro che è posta verso l’interno rispetto al cappotto termico (se presente); più i muri hanno massa, maggiore è il serbatoio che potrà assorbire calore; non è alternativo all’isolamento poiché quest’ultimo serve a rallentare l’ingresso del calore esterno, mentre l’inerzia termica dell’abitazione serve anche per assorbire il calore prodotto dai cosiddetti apporti interni (calore prodotto dal corpo, dalle apparecchiature elettriche e dai dispositivi di cottura del cibo); chi ha muri sottili e non ha paura della polvere, può aggiungere la massa termica di armadi e librerie, tenendole aperte;
  • tinteggiatura dei muri esterni tendente al bianco: riflette maggiormente la radiazione solare e contemporaneamente, se è presente il cappotto termico esterno, ne diminuisce le sollecitazioni per dilatazioni termiche, allungandone la vita; nella mia abitazione abbiamo scelto un colore pesca chiarissimo con indice di riflessione di quasi l’80% e una piccola fascia bianca appena sotto la linea del tetto per fornire lo stacco visivo che mostra che la casa è stata effettivamente tinteggiata e non lasciata con l’intonaco bianco (anche l’occhio vuole la sua parte);
  • un contesto verde: asfalto, pietra e cemento si comportano come masse termiche passive che si caricano di giorno e cedono il calore durante la notte, aumentando artificialmente la temperatura esterna; ovunque sia possibile attorno all’abitazione va aggiunta copertura vegetale, che di giorno dissipa il calore prodotto dalla radiazione solare per evapotraspirazione (ricordarsi di fornire l’acqua alla vegtazione);
  • ricordarsi ventilare debolmente la casa anche di giorno: la casa va tenuta chiusa, ma non sigillata soprattutto in presenza di finestre moderne che sono a tenuta  e inducono l’accumularsi all’interno di inquinanti e umidità (vernici, fumi di cottura, traspirazione corporea) producendo il cosiddetto inquinamento indoor e un innalzamento della temperatura percepitachi ha la ventilazione meccanica con recupero di calore, dovrebbe tenerla quindi accesa di giorno, chi ne è privo può attuare un’efficace ventilazione lasciando un poco aperte le finestre sul lato Nord al piano inferiore e quelle a Sud al piano superiore, si innesca così una debole corrente d’aria che cambia l’aria interna senza introdurre quella più calda esternamente e, viste le basse portate coinvolte, senza riscaldare la massa termica interna.

Sbarratevi dentro

Chiudo questo “angolo dei consigli” con una piccola provocazione.

Non sempre il raffrescamento mediante ventilazione naturale dalle finestre è possibile, basti pensare al caso frequente di condomini in affitto in città, dove la temperatura esterna notturna può rimanere molto alta e il numero e collocazione delle finestre non  è ottimale. Ma quello che colpisce, è il fatto che la ventilazione non sia effettuata neanche nei contesti in cui darebbe grandi benefici, preferendo l’uso del condizionatore. Nella quasi totalità dei casi la motivazione è la “paura dei ladri” che potrebbero agevolmente entrare dalle finestre spalancate.

Vale forse allora la pena di valutare l’installazione di sbarre, che a fronte di un investimento di 400 euro circa per ogni finestra, ne vede ancora rimborsato il 65% mediante detrazione fiscale (categoria di misure atte a prevenire il compimento di atti illeciti). La quota di spesa non coperta dalla detrazione, verrà ammortizzata negli anni sotto forma di mancato acquisto di un condizionatore, di mancati consumi elettrici e della mancata manutenzione. Le sbarre non si rompono, non fanno rumore e non consumano energia emettendo gas ad effetto serra.

In più, incidentalmente, rendono più sicura la vostra casa.

Note

[1] Ho considerato per il confronto un condizionatore da 10.000 btu/h di potenza frigorifera, cioè circa 2,9kW. Per le finestre ho supposto che fossero al primo piano e ho tenuto conto dell’aria entrante da una sola, quella sopravvento, con resa complessiva del 75% (per tenere conto dello scambio di calore imperfetto del flusso d’aria che attraversa l’abitazione, e di ostacoli come zanzariera e/o sbarre), una velocità dell’aria di 0,25m/s a piano terra o 0,4m/s al primo piano, una densità dell’aria di 1,184kg/mc (aria secca a 25°), un calore specifico di 1005J/kg K.

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10 risposte a “Un condizionatore di 2000 anni fa

  1. Grazie, dottore, per le info.

  2. Bell’articolo!! Qualche piccola nota:
    1. Devo tenere chiuse le finestre per difendermi dal rumore della vicina strada. (cioè dei maleducati che sgasano e che smarmittano i motocicli)
    2. Copertura tetto in lamiera di Alluminio naturale: migliora molto l’Albedo (ed azzera la manutenzione al tetto)
    3. La VMC con recupero di calore + ByPass per l’estate dovrebbe essere obbligatoria almeno dalla classe B in su.

  3. E sì, contro i rumori del traffico e degli incivili che urlano o rombano sulle maledette motociclette a qualsiasi ora, l’unico rimedio è tenere la finestra chiusa. Tappi alle orecchie? Provate a tenere questi corpi estranei tutta la notte nelle orecchie, poi mi dite. E con ciò buonanotte al condizionatore della nonna.

  4. L’effetto camino è decisivo, perché fornisce portata anche senza vento. La metà della casa di famiglia che non ne dispone non si raffresca nemmeno a spalancare tutto. L’altra metà, rinnovata e dotata di apertura sul tetto manovrabile al bisogno, almeno al piano terra è una ghiacciaia perfino in queste settimane. E nella pianura modenese non è mica poco.

  5. Ottimo articolo!! Il tetto ventilato va comunque coibentato con 20 cm di fibra di legno ad alta densità. Poi è importante schermare la luce in entrata dalle finestre con uno schermo che sia esterno, le tende interne non servono

  6. Aprire e chiudere le finestre in funzione della temperatura è la versione domestica del diavoletto di Maxwell. Io lo adotto da anni con successo nella mia casa a schiera anni 80 in romagna. E non è certo di calsse A!
    Stavo valutando di applicare piante rampicanti stagionali sulle pareti nord e sud, un’ulteriore strato di schermatura e asportazione del calore.

  7. Ho vissuto per anni in una villetta a due piani priva di condizionatore, nel bel mezzo dell’umida campagna veneta, per cui ho una certa esperienza di ventilazione naturale. Temo che i valori ricavati forniscano una notevole sovrastima del beneficio realmente ottenibile.

    Per prima cosa non è plausibile che il vento spiri in direzione perpendicolare alle finestre [fattore cos(theta) inferiore a uno]; un vento di 0.25 m/s può sembrare poca cosa (è meno di 1 km/h!), ma ci sono notti di bonaccia nelle quali non si muovono nemmeno le foglie dei pioppi, e tutto quello su cui si può contare sono i moti convettivi dettati dal DeltaT fra interno ed esterno. In queste notti la direzione di un’eventuale brezza è assolutamente casuale per cui anche aprire le finestre su tutti e quattro i lati della casa non aiuta molto.

    Ma soprattutto, ed è qui che credo il calcolo sia troppo generoso, non è credibile che il volume di aria entrante sostituisca quello interno a T maggiore con una resa del 75%. Ciò può essere vero appena aperte le finestre, poi ci saranno ampie zone dell’abitazione dove l’aria si ricambia molto più lentamente mentre quella fresca ha trovato un “corridoio” preferenziale ove scorrere. Credo che un progettino basato sulla CFD per valutare gli scambi termici in un caso reale potrebbe essere un’interessante tesi di laurea.

    Per quanto ho potuto verificare empiricamente, zanzariere o tende sono delle barriere *impenetrabili* per velocità del vento basse – quelle più frequenti – quindi l’alternativa era fra il morire dissanguato o lessato, stanti i tassi di umidità notturni medi nella pianura padana.

    E comunque, il condizionamento che faceva mia nonna era aprire le finestre di giorno e chiuderle di notte. 🙂

    • La velocità del vento che ho utilizzato è appunto un valore basso, che va inteso non come valore minimo ma come media geografica e stagionale. Ci sono notti in pianura anche piuttosto ventilate, soprattutto quando a 50-100km di distanza ci sono temporali. Così come situazioni in collina, con alte temperature diurne, vedono una buona ventilazione notturna. Così vale anche per il fattore di resa del 75%, non è detto che ci siano zanzariere se ad esempio ci troviamo in una casa vicino al mare. Certo la considerazione sullo scambio termico interno è vera, e avrebbe bisogno di ulteriori ipotesi oppure di una campagna di rilevazioni non facile.
      Purtroppo non tutte le situazioni sono uguali, ed è importante molto il contesto, la schermatura, l’isolamento e l’inerzia termica.
      Abito anch’io in pianura e in effetti certi notti nei periodi più torridi è difficile raffrescare, benché con 20 giorni filati di ondata di calore, quest’anno la temperatura massima registrata in casa mia sia stata di 28.5°C.
      Ma non era questo il punto dell’articolo. Il punto era dimostrare che ci sono momenti e situazioni in cui l’uso del condizionatore è del tutto superfluo e sarebbe più che sufficiente effettuare una ventilazione naturale.
      Ma ormai si utilizza il condizionatore sempre ed ovunque.

  8. Pingback: L’anno passato, insieme | Risorse Economia Ambiente

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