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Viva l’abbondanza!

di Ugo Bardi

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In un futuro non troppo remoto, l’energia rinnovabile potrebbe arrivare come una cascata inarrestabile: abbondante e a basso costo.

 

Sull’ultimo numero di Photon international (febbraio 2009), potete leggere un articolo di Cristopher Podewils sullo sviluppo del fotovoltaico in Germania.  Secondo Podewils, per il 2012, in Germania ci potrebbero essere più di 50 GW di potenza fotovoltaica installati, ai quali vanno aggiunti circa 30 GW di potenza eolica. Se a queste prospettive aggiungiamo i miglioramenti tecnologici in atto, per esempio l’arrivo sul mercato dell’eolico di alta quota, allora è una vera inondazione di energia che ci arriva addosso.

Podewils vede come perfettamente possibile un totale di 100 GW di potenza massima rinnovabile installata entro pochi anni, da confrontare con il massimo di assorbimento della rete in Germania  che, per esempio, è stato sempre ben sotto gli 80 GW nel Giugno del 2009.

Arrivare a saturare la domanda di elettricità con le rinnovabili può apparire strano a chi è abituato a vederle come energie “deboli”, che generano soltanto una frazione di marginale dell’offerta. Eppure, è una conseguenza logica dello sforzo che il governo tedesco ha fatto nel promuovere l’energia rinnovabili. Come risultato, la crescita dell’energia rinnovabile in Germania è esponenziale. Si parte già da 5.5 GW di potenza totale del fotovoltaico misurata nel 2008, quindi se la tendenza continua con una tendenza al raddoppio in meno di due anni, bastano pochi anni per arrivare a diverse decine di GW sufficienti per saturare il mercato.

Ci sono svariati motivi per cui la tendenza al raddoppio potrebbe non continuare in Germania. La crisi economica potrebbe rallentarla. Oppure, una coalizione della lobby del carbone e/o del nucleare potrebbe contrastarla per non vedersi buttar fuori completamente dal mercato. Tuttavia, è difficile pensare di arrestare completamente la tendenza e, se le cose non cambiano drasticamente, la Germania potrebbe trovarsi a essere il primo paese ad avere un eccesso di energia rinnovabile disponibile, perlomeno in certi momenti. Già oggi, ci sono dei momenti di basso consumo della rete in cui tutta la produzione viene fatta con le rinnovabili e si possono spegnere sia le centrali a carbone che quelle nucleari. Nel futuro, questi momenti di abbondanza saranno sempre più frequenti e ci sarà da domandarsi di cosa fare di tutto il ben di Dio che arriva gratis dalle centrali rinnovabili.

Ammettiamo allora che la tendenza continui e che entro qualche anno la Germania sia inondata di energia rinnovabili. Le conseguenze sono molto interessanti. La prima è che – finalmente – la gente smetterà di ripetere che  “le rinnovabili non potranno mai, ecc, ecc… (ma, in Italia, sicuramente continueranno). La seconda, è che certi tipi di produzione inquinanti e pericolosi, – il carbone per esempio – potranno essere tranquillamente mandati in pensione. Certo, la rete elettrica dovrà adattarsi alla disponibilità di energia abbondante e a buon mercato – ma variabile nel tempo. Questo è un problema risolvibile. In primo luogo, si favoriscono impianti a rapida accensione/spegnimento, come le turbine a gas. Poi, se abbiamo dei momenti in cui il valore dell’energia sul mercato è zero o quasi, questo favorisce gli impianti di storage che possono acquistare l’energia (anzi, averla gratis) e poi rivenderla quando ce n’è bisogno. Anche se l’efficienza di un impianto di storage è bassa, non importa se l’energia costa poco (anzi, niente).

In termini più generali, per chi produce a livello locale, per esempio con un impianto fotovoltaico sul tetto, in certi momenti non varrà più la pena di rivendere l’energia alla rete – che te la pagherebbe zero. Si tratta invece di cominciare a pensare ad autoconsumarla.

Questo autoconsumo dell’energia in eccesso potrebbe prendere varie forme. Nell’ambito domestico, potrebbe essere:

1. Far marciare gli elettrodomestici

2. Caricare le batterie dei veicoli elettrici.

3. Scaldare l’acqua degli scaldabagni o per il riscaldamento domestico.

4. Generare ghiaccio per raffreddare gli ambienti.

5. Far rifornimento di acqua potabile per osmosi inversa o condensandola dall’atmosfera.

Tutte queste cose sono costose oggi, alcune al punto di essere inpensabili. Ma, nel futuro le prospettive potrebbero cambiare. Per esempio, la casa potrebbe non aver più bisogno di acqua corrente dall’acquedotto. Potrebbe semplicemente condensarla dall’atmosfera o generarla per purificazione dalle acque grige domestiche.

E’ possibile tutto questo? Certamente si, perlomeno se potremo mantenere la crescita esponenziale in corso dell’energia fotovoltaica e eolica. Questo richiede un intervento politico ma, grazie a questo intervento, l’indipendenza energetica sta cominciando a diventare non più solo una chimera, ma una realtà.

Ovvero, è una realtà in Germania. E in Italia? Beh…….

Il riscaldamento elettrico della casa

di Luigi Ruffini (*)

klimahouse2005Per esporre i sistemi elettrici bisogna che prima venga prima analizzato il sistema classico, onde poter evidenziare i limiti di questo e le potenzialità dei sistemi descritti di seguito.

I sistemi di riscaldamento tradizionali sono realizzati principalmente usando il principio della convezione. Il sistema è composto da una caldaia che brucia generalmente a gas metano ad una temperatura intorno ai 1500 gradi centigradi. L’acqua a questo punto raggiunge una temperatura che, generalmente, si attesta sui 70 gradi. Da qui la pompa della caldaia spinge il liquido caldo verso il collettore (o i collettori nel caso di impianto a più zone), da dove vengono distribuite a stella le tubazioni di andata e ritorno sui vari ambienti.

A questo punto nei locali si possono ottenere due soluzioni classiche: termosifoni (ghisa o acciaio) o termoconvettori. Questi ultimi generalmente vengono adottati in caso di ambienti grandi, quindi difficilmente scaldabili se non con molti termosifoni tradizionali, che però “tappezzerebbero” letteralmente le pareti con risultati estetici non molto graditi.

I termoconvettori sono dotati di ventole che accellerano il ricambo d’aria fredda con quella calda, a prezzo di una temperatura in uscita però maggiore, intorno agli 80 gradi.

In entrambi i casi l’aria a questo punto diventa il veicolo che ci consente di percepire il caldo. Un termosifone non raggiunge quasi mai i 70 gradi. Tra l’uscita della caldaia e il collettore già si ha una forte dispersione (che ricordo è sempre maggiore in relazione diretta con la temperatura, quindi maggiore è la temperatura di un corpo, maggiore è la sua capacità dispersiva), che aumenta con la distribuzione successiva verso i radiatori.

Il termosifone nel migliore dei casi non raggiunge i 60 gradi, per scaldare l’aria che, però, essendo ora più leggera, tenderà a salire verso la parte alta delle stanze.

Insomma si scalda prima il soffitto, poi, man mano che l’aria fredda scande, si scalda a sua volta e risale, creando appunto il movimento convettivo.

Gli ambienti hanno sempre punti più freddi o più caldi, e non sono mai confortevoli in modo uniforme; spesso sono troppo caldi e si ha l’impressione di non riuscire a respirare bene. Anche parzializzando l’accensione dell’impianto non si ha granchè di risparmio.

A parità di temperatura con 15 mc al giorno su 130 mq, scaldandone (chiudendo circuiti per un equivalente del 50% della metratura) il consumo per metro cubo si riduce al 70% del precedente, poco meno di 10mc al giorno. Il perché è semplice: gran parte del consumo si ha semplicemente perché “la caldaia è accesa”, ed il circuito, fino al collettore, disperde parte dell’energia termica.

Su questi sistemi si è detto di tutto e di più: che creano circolazione di polvere, che sono nocivi per chi soffre di asma e allergie, che sono poco efficienti (1500 gradi in combustione per avere si e no 19 gradi ambiente in effetti…), rimane la cruda realtà che tutt’ora sono di gran lunga i più usati. E non certo per motivi di costo.

Occorre anche analizzare la tipologia di installazione e di uso di questi sistemi. Come si sa, programmare l’accensione a singhiozzo durante la giornata e la serata forse può permettere di risparmiare sulla bolletta, ma crea tutta una serie di conseguenze raramente vengono analizzate con cura. Proverò a dare qualche esempio.

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Questa casa non è un sarcofago!

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I due sensori di qualità dell’aria di casa mia: a sinistra il detector di biossido di carbonio, CO2, a destra quello di monossido di carbonio, CO. Il gatto egiziano è li’ per sorvegliare e per assonanza con il titolo..

Questa storia comincia con le varie prove che ho fatto questo inverno per vedere di migliorare un po’ l’efficienza energetica di casa mia. Fra le varie cose che ho trovato in proposito, una è l’importanza di eliminare gli spifferi. Mi è parsa una cosa logica, ma ho anche trovato che si può esagerare.  Il punto di svolta è stato quandho trovato uno che ti propone una valvola per sigillare il caminetto con una guarnizione che la rende assolutamente ermetico – mentre le valvole normali un pochino di spiffero per forza lo lasciano passare. Questo mi è parso decisamente un po’ troppo. Per stare un po’ più caldo, ho pensato, non ho nessuna intenzione di sigillarmi in un sarcofago come se fossi una mummia egiziana.

Da qui, mi è venuto da ragionare sulla qualità dell’aria all’interno della casa e ho cominciato a pensare di fare qualche misura per capire come stavo. Intendiamoci, casa mia non molto ben sigillata e, fra cane e gatti che entrano ed escono, gli spifferi sono all’ordine del giorno. Comunque, non si sa mai. Fra le altre cose, io soffro di emicrania e molta gente dice che può essere dovuta all’inquinamento domestico.

Così, mi sono comprato due sensori: uno della CO (monossido di carbonio) e l’altro della CO2 (biossido di carbonio) e li ho piazzati nel soggiorno, vicino al caminetto e al gatto egiziano che li sorveglia.

Vi racconto prima dei risultati con il sensore di CO. Non che mi aspettassi di trovare CO in casa ma, come dicevo, non si sa mai ed ero curioso di vedere se il caminetto acceso o i fornelli del gas non ne emettessero un po’. I risultati, qui, sono stati confortanti. Nè vicino al caminetto, nè vicino ai fornelli sono riuscito a rilevare monossido di carbonio. Il sensore rileva segnale solo se qualcuno accende una sigaretta o se lo piazzi direttamente nel fumo del caminetto. E’, più che altro, un sensore anti-incendio; utile per questo scopo; specialmente se avete una stufa a legna o a pellet. Ma se uno comincia a trovare CO in casa sua in quantità rilevabili anche senza stufa e con le sigarette spente, è meglio che cambi casa. Se siete in dubbio, i sensori di CO si trovano facilmente anche a prezzi di poche decine di euro.

Diverso il caso del rilevatore di CO2 che mi ha dato dei dati molto interessanti. Fra le altre cose, l’oggetto misura contemporaneamente anche l’umidità, la temperatura, e i “VOC” (volatile organic compounds, ovvero composti organici volatili). E’ un vero sensore della qualità dell’aria.

Allora, abbiamo letto tutti che la concentrazione di CO2 nell’aria è intorno ai 390-400 ppm (parti per milione) valore ben superiore a quello di prima della civiltà industriale e che è la causa principale del riscaldamento globale. In casa, anche con tutte le finestre aperte, non si riesce a misurare meno di 450 ppm, circa, come è giusto che sia per via della presenza di esseri umani (e non umani) che emettono CO2.

A finestre chiuse e in presenza di tutti i 9 membri della famiglia (1 canide, 3 felidi e 5 umani) il sensore misura intorno a 800 ppm, che è un valore normale per un ambiente interno Questo anche perché il salotto è grande e la tenuta delle guarnizioni delle finestre non è particolarmente buona (per non parlare poi dell’effetto della gattaiola). Il caminetto non produce nessun aumento di CO2, anzi migliora le cose. Viceversa, la cosa interessante è che se si accendono i fornelli a gas di cucina, il valore sale facilmente a 1600-1800 ppm nel soggiorno. Va oltre i 2000 in cucina, che è già ben oltre i limiti di gradimento del sensore che comincia ad accendere la spia rossa oltre le 1000 ppm.

Questi valori non sono veramente preoccupanti. La CO2 non è un gas velenoso: prima di ammazzare qualcuno bisognerebbe andare a valori centinaia di volte superiori. Tuttavia, è un gas reattivo i cui effetti sul metabolismo umano non sono ben noti. Il limite raccomandato per ambienti chiusi è intorno ai 2000 ppm. Non bisognerebbe stare esposti a valori superiori per lunghi periodi. Ma, a casa mia, vedo che non ci sono problemi (in un certo senso, purtroppo, perché altrimenti avrei forse trovato la causa della mia emicrania, uno dei sintomi di eccesso di CO2)

Quello che potrebbe essere preoccupante è che molte abitazioni non sono così ben ventilate come casa mia. Ho prestato il sensore a un mio collega ed è venuto fuori che a casa sua il valore “normale” è oltre 1200 ppm. Me lo ha reso dicendo che ha preferito non provare nemmeno a vedere cosa succede in cucina se accende i fornelli a gas.

La mia impressione è che in molte abitazioni la questione della qualità dell’aria sia molto trascurata. Credo che ci siano delle regole e delle leggi da seguire però, nel mio caso, quando ho rifatto la cucina qualche anno fa, l’installatore ha semplicemente tappato la canna fumaria che c’era in origine, lasciando la sola cappa a filtro (altro aggeggio sulla cui efficienza ho forti dubbi). Ho paura che ci siano molti casi del genere, anche se non ho statistiche in proposito.

Ci sono, ovviamente, degli areatori evoluti che scambiano l’aria esterna con l’interna in modo tale da ridurre le perdite di calore. Questi oggetti mi sembrano altamente raccomandabili per areare la casa, sicuramente meglio della gattaiola (il problema è che il gatto non ci passa). In mancanza di un areatore, per una stanza piccola dove si cucina, si rischia di trovarsi in carenza di areazione e situazioni di inquinamento domestico che potrebbero essere seriamente dannose per la salute, non solo per la CO2 ma anche per i VOC. Incidentalmente, anche di quelli a casa mia non c’è traccia. Il sensore, però, reagisce quando si fanno le salsicce sul caminetto!

Nel dubbio, credo che uno di questi sensori di CO2 vi può tranquillizzare oppure darvi una valutazione oggettiva sulla necessità di prendere dei provvedimenti. Peccato che non siano per niente diffusi. In Italia, non ho trovato niente di buono se non arnesi estremamente cari. Quello che vedete nella figura, l’ho dovuto importare da una ditta coreana (*). E’ costato 150 euro, più le spese di dogana (non vi sto a dire quanto, %$&%!!). Non è pochissimo, ma secondo me ne vale la pena per stare tranquilli.

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*Ah…. per essere sicuro dell’affidabilità dell’arnese, l’ho confrontato con un altro sensore che abbiamo all’università. Sembrerebbe misurare bene.

Aspettando il prossimo inverno

di Ugo Bardi

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Foto presa a casa di Ugo Bardi con la telecamera a raggi infrarossi puntata su una superficie riflettente. La figura a destra nella foto è proprio lui, Ugo Bardi (con la telecamera in mano – si intravedono barba, baffi e occhiali). L’altra figura non è bene identificata, ma potrebbe essere il famoso troll invisibile, creatura misteriosa e arcana che si dice accompagni il presidente di ASPO-Italia nelle sue trasferte.

Nonostante che il 2008 sia stato fra i dieci anni più caldi della storia, è stato comunque un po’ più freddo degli anni precedenti. Questa ondata di freddo (relativo) ha dato la stura a un’ondata di negazionismo climatico di gente che, fra le altre cose, si era anche bevuta tutta di un fiato la balla dei ghiacci del Polo Nord che aumentano. A parte le balle, però, il freddo ha messo in difficoltà finanziarie chi, come me, vive in una casa costruita in quell “era di mezzo” in cui sembrava che non ci sarebbero stati problemi di combustibili nei secoli dei secoli; amen.

Casa mia è una villetta bifamiliare costruita nel 1965. In origine era del tutto priva di ogni accorgimento per il risparmio energetico. Con gli anni, ho fatto qualche intervento per migliorare le cose al piano di sopra, dove abito. Doppi vetri, isolamento sul soffitto, anti-spifferi alle porte. Ma queste cose non hanno fatto miracoli: la casa ha un sistema di riscaldamento con massicci termosifoni e una caldaia che sembra quella del Titanic. L’anno scorso, la spesa di metano si è aggirata sui 3000 euro per i due appartamenti (al piano di sotto abita mio padre).

Quest’anno, con le gelate che ci sono state, ho avuto un momento di panico: al solo rumore del bruciatore in cantina mi immaginavo il troll che lo alimentava spalandoci dentro biglietti da 50 euro. La cosa mi ha spinto a esplorare la situazione: è possibile fare qualcosa per non rovinarsi per scaldare la casa?

Ci ho fatto grandi ragionamenti sopra, ho contattato vari tecnici e ho sfruttato al massimo la competenza dei membri del forum “nuovetecnologieenergetiche.” I risultati sono, credo, abbastanza interessanti anche se, purtroppo, non del tutto confortanti. Trasformare una casa anni ’60 in una “casa passiva” è veramente molto difficile.

La cosa più sconfortante è stata contattare di persona alcuni cosiddetti “esperti” in forma di installatori di pannelli, cappotti e isolamenti vari. Non voglio offendere nessuno dei lettori di questo blog che potessero appartenere alla categoria, ma quelli che ho trovato io mi sono parsi anche più ignoranti e impreparati di quelli che sostengono che i ghiacci del Polo Nord aumentano. Se gli fai la minima domanda, ma perché proprio quel tipo di isolamento, perché proprio li’,  e se gli chiedi di quantificare appena un po’ il risultato che ne otterrai, beh, buonanotte.

Insomma, prima di svenarmi a incappottare questo o quello, ho deciso di mettermi a fare delle misure per vedere cosa potevo capire delle prestazioni di casa mia come entità abitativa riscaldante l’inquilino al suo interno. Inizialmente avevo pensato che gli installatori fossero attrezzati con adeguati strumenti, ma poi mi sono accorto che non ne sanno di telecamere a raggi infrarossi più di quanto il mio cane ne sappia di apriscatole. Per cui mi sono attrezzato di persona.

Il primo macchinario che ho cercato di procurarmi è stata una telecamera a infrarossi. Qui, mi sono accorto subito che i prezzi sono troppo alti per le finanze di un privato. Minimo qualche migliaio di euro e non ne vale la pena. Per fortuna, Luigi Tacconi, socio di ASPO si è molto gentilmente prestato a venire a casa mia con la telecamera di proprietà della provincia di Firenze, a lui affidata. I risultati sono stati piuttosto interessanti, ne avate visto un esempio più sopra; eccone un altro, un tantino più mirato

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Questa che vedete qui sopra è una delle finestre di casa mia,presa dall’interno con la telecamera a infrarossi. Vedete che l’infisso in legno è abbastanza bene isolante, meglio del doppio vetro che – peraltro è più o meno alla stessa temperatura del muro ai lati. Notate la “cornice” blu intorno alla finestra; una zona un paio di gradi più fredda del resto dovuta al fatto che in quella zona il muro è molto più sottile.

Ho passato qualche ora a esaminare casa mia con la telecamera a infrarossi. I risultati sono stati interessanti, ma non del tutto soddisfacenti. La telecamera è uno strumento potente, ma non è facile trovare il modo di fare delle buone misure. Si sente la mancanza di uno zoom ottico e – dall’esterno – uno trova ogni sorta di inconvenienti in forma di alberi, altri edifici, e tutto quello che può ingombrare la visuale. La telecamera la vedo bene per esaminare grandi edifici facendosi un quadro d’insieme in un colpo solo. Per una casa come la mia, sicuramente non vale la spesa.

Di conseguenza,  mi sono attrezzato con un oggetto molto meno sofisticato: un termometro a raggi infrarossi. Eccolo qua in mano all’autore in posa Jamesbondesca:

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L’oggetto è comprato a Hong Kong via ebay per una quaantina di Euro. E’ corredato di un mirino laser che ti da una buona idea di cosa stai misurando. Qui lo vedete in azione.

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Con il termometro infrarosso, si possono fare molte misure, in diverse condizioni di temperatura esterna e interna. Questi termometri non sono precisi per misure assolute, ma vanno molto bene per misure relative. Così, ti puoi fare un’idea approssimata di dove sono le perdite principali in casa tua. Così, ho confermato l’impressione che avevo avuto con la telecamera. In sostanza, a parte la striscia intorno alle finestre, le perdite  sono, in ordine decrescente, 1) dai doppi vetri, 2) dalle pareti esterne e 3) dal soffitto. Le differenze sono abbastanza piccole, tipicamente dell’ordine di un grado centigrado con una temperatura esterna che va da 5 a 8 gradi centigradi e una interna intorno a 16 gradi.

In sostanza, con una piccola spesa, puoi vedere se ci sono delle perdite importanti in casa tua e prendere dei provvedimenti in proposito. Nel mio caso, tuttavia, non è che da queste misure sia venuta fuori una soluzione miracolosa. Dall’ordine delle perdite, deduco che, probabilmente, la misura più efficace sarebbe passare dai doppi vetri ai tripli vetri, ma ci vorrebbero infissi tutti nuovi e – a parte la spesa – il regolamento edilizio del comune dove abito impone infissi in legno, per i quali (credo) i doppi vetri sono difficili da inserire. In seconda battuta, ci sarebbe la possibilità di incappottare la casa. Ma, anche qui, la casa anni ’60 non è stata costruita con questa idea in mente. Ci sono finestre di quelle “a persiana”, grondaie accostate al muro, ogni sorta di ingombri che andrebbero tutti modificati. Non so quali sarebbero i costi di una cosa del genere, ma ho il dubbio che sarebbero stratosferici.

Per il momento, mi sono limitato a abbassare  il termostato. Ho visto che, con un bel maglione, in casa si sta benissimo anche a 16 gradi. Questo ha portato già a un notevole risparmio rispetto alla situazione precedente, quando il termostato era settato a 20 gradi, anche se il totale della spesa lo devo ancora vedere.

Per fare un ragionamento serio di costi/benefici, putroppo, nemmeno il termometro a infrarossi basta. Bisognerebbe fare delle misure continuative su tempi lunghi per vedere come si comporta il “sistema casa” a diverse condizioni di temperatura esterna, vento, insolazione, eccetera. Da questo, uno potrebbe fare un modello che ti dice che cosa cambia e quanto risparmi se fai un “cappotto” o cose del genere. Ma questo non è ovvio a farsi, soprattutto quando uno ha a che fare con installatori che rimangono a bocca aperta quando vedono un termometro a infrarossi. Quindi, aspettando il prossimo inverno, se qualcuno dei lettori di questo blog mi può dare un suggerimento, è benvenuto.

Ringrazio Luigi Tacconi per il prestito della telecamera a infrarossi