Raffrescare con il sole
Ugo Sasso

Debitrice nei confronti delle ricerche e delle applicazioni realizzate in ambito nordico, la cultura bioclimatica ha posto sino ad oggi l’accento sui problemi dell’isolamento termico e del recupero del calore. Cioè sui problemi relativi al contenimento dei consumi invernali. In realtà, come periodicamente pongono in evidenza i ricorrenti black out energetici, alle nostre latitudini si prospetta con sempre maggiore evidenza il problema dell’estate. I motivi di questa esplosione delle necessità di condizionamento sono diversi: le mutazioni climatiche che accentuano le fasi estreme eludendo quelle intermedie; la frammentazione dei periodi di ferie per cui mentre una volta si saltava a piè pari almeno tutto il mese d’agosto oggi si tende a corrodere il pacchetto con tre giorni qua, due giorni là utilizzati durante l’anno; soprattutto sono mutate le esigenze, la capacità di sopportazione e la possibilità di spesa. Oggi, una bocchetta di condizionatore non si nega neanche all’usciere. Quello che invece non è cambiato, ovviamente, è il sistema di controllo termico incorporato nel nostro organismo il quale, mediante opportune regolazioni, consente adattamenti a condizioni ambientali anche molto variabili, riuscendo a mantenere la temperatura corporea attorno ai 37° C. Ad esempio nelle situazioni calde la pelle accentua le sue capacità di scambiatore di calore interno/esterno: all’alzarsi della temperatura, i vasi sanguigni superficiali si dilatano per aumentare i flussi di calore e quindi lo smaltimento.
Quando la vasodilatazione non è più sufficiente per dissipare il calore prodotto dal metabolismo corporeo, alcune valvole distribuiscono sul corpo un sottile velo d’acqua in maniera che l’evaporazione consenta ulteriori dissipazioni. La produzione di calore prodotta dai corpi varia rispetto a molteplici fattori: attività, cibo ingerito, età, sesso, struttura fisica, ecc. Ad esempio le donne e le persone anziane hanno un metabolismo più lento e quindi gradiscono temperature leggermente più alte, parimenti alle persone lunghe e magre che, presentando un più alto rapporto superficie/volume, in proporzione disperdono più calore: sopportano meglio il caldo piuttosto che il freddo.
Di contro, lo strato adiposo funziona come un vero e proprio isolante e quindi d’inverno disperde meno, ma se invece di ricevere calore deve cederlo all’esterno, ha bisogno di temperature più basse per dissiparne la stessa quantità. Ma, lungi dall’essere riducibile ad un fatto fisiologico, la percezione del caldo e del freddo comprende, come accennato, abitudini, fattori psicologici e di status sociale. Oggi sembra diventato indispensabile avere a disposizione ambienti surriscaldati d’inverno e per contro raffreddarsi in estate. Così da un lato i consumi assorbiti dalla climatizzazione si impennano, si diffonde dall’altro – almeno nelle fasce più consapevoli della società – la percezione che l’epoca dell’energia a buon mercato sta con rapidità concludendosi. Negli ultimi anni sono state quindi avviate su questi temi numerose ricerche e attivate applicazioni. Quelle che si pongono l’obiettivo di utilizzare il calore del sole per raffrescare gli ambienti, non solo paiono ricche di interessanti sviluppi ma assumono anche un particolare fascino concettuale. Se può in qualche misura apparire scontato riscaldarsi utilizzando il calore sprigionato dal solare (come evidenziano gli innumerevoli accorgimenti bioclimatici dell’edilizia storica) certamente più raffinato è utilizzare la stessa fonte che produce la situazione di disagio (il calore esterno alla casa) per mitigare tale situazione. Il sogno è di instaurare un sistema perfettamente omeostatico, capace cioè di autoregolarsi: al crescere della temperatura ambientale determinata dalla radiazione solare, questa stessa accresce in maniera proporzionale l’efficienza dei sistemi di raffrescamento. Poiché in ecologia ogni semplificazione tecnologica è ben accetta, la soluzione più immediata utilizza il calore del sole – direttamente o mediante dispositivi di accumulo nell’aria, nell’acqua o in altri fluidi – per alimentare i cosiddetti “camini solari”, dei semplici condotti che, riscaldati, riescono ad innescare processi di estrazione dell’aria dagli ambienti, da rimpiazzare con aria a temperatura inferiore affluente da zone a nord dell’edificio oppure raffrescata facendola prima passare attraverso condotti interrati. Si tratta di tecnologie molto semplici che sfruttano la conosciutissima e naturale tendenza dei fluidi a stratificarsi in funzione della propria temperatura, con la parte più calda in alto e quella più fredda in basso.
Più raffinata è la tecnologia che prevede la movimentazione dell’aria (tipo “ventilatore”) o comunque la sua circolazione forzata mediante dispositivi elettrici alimentati dal fotovoltaico. Anche in questo caso è facile stabilire un rapporto diretto tra irraggiamento, produzione di energia elettrica e velocità di movimentazione per cui, più man mano che si alza la temperatura, accellerano i ventilatori.
Come noto, uno dei parametri fondamentali nella percezione del benessere è costituito dall’umidità relativa (data dal rapporto tra la quantità di acqua presente nell’atmosfera e la massima quantità contenibile a quella stessa temperatura) proprio perché incide sui fenomeni di evaporazione: se il termometro segna più di 32° e se l’umidità relativa supera il 70 %, il sudore non ce la fa ad evaporare e si accentua la sensazione di caldo. Viene cioè impedito il raffrescamento del corpo tramite evaporazione del velo di sudore, fenomeno che sfrutta quell’altra basilare legge fisica (fondamentale nella tecnologia del raffrescamento) secondo la quale ogni variazione di stato e/o di volume della materia assorbe (e quindi sottrae) energia termica.
Lo sfruttamento tecnologico del calore solare trova però importanti limitazioni nella discontinuità nel tempo della fonte (giorno/notte; estate/inverno), quindi la ricerca sta puntando sia sulla sperimentazione di vapori in grado di espandersi anche a temperature relativamente basse, sia su miscele di fluidi capaci – variando le percentuali dei componenti – di vaporizzare a temperature e pressioni diverse, adeguandosi in questo modo alla disponibilità della fonte e quindi ottimizzando il calore volta per volta disponibile.
Il sistema “ecologico” oggi più diffuso è tuttavia l’utilizzo delle pompe termiche che, trasportando tutto da una parte il calore presente in due luoghi diversi, permette di riscaldare e raffrescare gli edifici con un unico impianto. La tecnologia della pompa di calore è ormai matura ed affidabile. Si tratta in poche parole di un circuito chiuso percorso da un fluido frigorigeno che, al variare delle condizioni di temperatura e di pressione, assume ora lo stato di liquido ora quello di vapore. Il ciclo è concettualmente semplice: diminuendo la pressione sul fluido, lo si fa evaporare all’interno nell’ambiente più freddo, in maniera che assorba da questo tutto il calore necessario a compiere la sua trasformazione di stato; quindi lo si comprime (è questa la fase che richiede apporto di energia elettrica) fino a che la sua temperatura raggiunge un valore più alto di quello dell’ambiente caldo. A questo punto il fluido è pronto per cedere sia il calore assorbito dalla sorgente fredda, sia il calore determinato dalla compressione. La pompa di calore è quindi una macchina in grado di trasferire calore da un corpo a temperatura più bassa ad un corpo a temperatura più alta. E, come tutte le macchine, per funzionare ha bisogno di energia. Tralasciando i rari casi in cui tale energia viene prodotta in loco mediante pannelli fotovoltaici o microturbine azionate dall’acqua o dal vento, quasi sempre la fonte proviene da una spina elettrica.
A grandi linee l’efficienza teorica di una pompa è circa 3, cioè restituisce con interessi del 300% l’investimento energetico assorbito. Una valutazione più attenta, che conteggi anche i rendimenti della catena di produzione, trasporto e distribuzione dell’energia elettrica, fissa tra il 110 e il 140% i rendimenti complessivi annuali, sicuramente un risultato positivo se si considera che le caldaie a gas più efficienti presentano rendimenti medi stagionali intorno all’ 80% mentre l’efficienza dei condizionatori è inferiore al 30%.
Le pompe di calore, se usate per riscaldare, possono coprire l’intero fabbisogno termico in zone climatiche dove non si scende per più di un paio di giorni sotto i 4-5 °C. Ma il bello delle pompe di calore, almeno quelle di più recente produzione, è la invertibilità del ciclo per cui risultano utilizzabili sia d’inverno che per il condizionamento estivo. In entrambi i casi, come ovvio, l’efficienza del sistema aumenta quando la temperatura tra le due fonti, quella fredda e quella calda, si avvicinano; detto in altre parole, è più facile riscaldare o raffrescare quando la temperatura delle fonti esterne si approssima ai 21 °C che vogliamo nei nostri ambienti. Per cui nelle situazioni in cui abbiamo bisogno di caldo, l’aria reflua (quella che espelliamo durante i normali ricambi d’aria) costituisce la sorgente fredda più vantaggiosa da cui assorbire calorie: prima di buttarla fuori a modificare la temperatura esterna, la pompa di calore può recuperare buona parte delle sue calorie.
Per quanto concerne il raffrescamento in genere risulta più vantaggioso lo scambio con l’acqua di falda, la cui temperatura è costante e si aggira intorno ai 10 °C senza risentire troppo delle condizioni climatiche esterne, allo stesso modo del terreno profondo 1-2 metri, che può essere utilizzato in alternativa là dove le falde sono incontaminate e quindi vanno evitate modifiche della loro temperatura e inquinamenti da possibili sversamenti di fluidi. Se i vantaggi economici e soprattutto energetici nell’utilizzo di tecnologie solari per riscaldare e raffrescare sono evidenti, ve ne sono altri non sempre considerati.
Per esempio la possibilità di evitare l’utilizzo di caldaie che possono perdere monossido di carbonio, di gas che possono saturare l’ambiente, di stoccaggi di oli combustibili ad elevato rischio di incendio che in caso di sversamenti contaminano i suoli, di trasporti da distanze lontane che contribuiscono a inquinare l’atmosfera, di guerre per l’accaparramento delle risorse, ecc. Anche le manutenzioni ad impianti di climatizzazione solari sono limitate e sicuramente inferiori a quelle richieste da gruppi frigoriferi e caldaie, quali pulizia dei camini, controllo dei bruciatori, messa a punto delle ventole, ecc.
Sul piano estetico, si evita sia l’installazione delle teste dei condizionatori sulla facciata degli edifici, sia le nicchie per l’alloggiamento dei contatori. In conclusione, poiché il futuro ci obbligherà comunque a ricorrere a fonti alternative rispetto al gas e al petrolio, è importante ricordarsi che l’energia solare è a disposizione per riscaldare ma anche per raffrescare i nostri ambienti. Questo sia a livello di organizzazione dell’edificio sia di semplice impiantistica. Anche se l’obiettivo prioritario rimane quello educativo: comprendere cioè che molto può fare un maglione in più, insieme alla consapevolezza che, all’interno di una certa fascia di variazioni climatiche, un corpo sano possiede notevoli capacità di acclimazione.

Relazione introduttiva al Convegno internazionale “Raffrescare con il sole”, Bologna il 30 maggio 2005.