Sono uno studente di architettura cerco una tabella riportante le principali caratteristiche fisico-chimiche di vari materiali, ma soprattutto dell'aria, tipo: densità, pressione, capacità termica. Sto cercando di simulare il movimento dell'aria fra serra ed edificio con i vari materiali per calcolare il valore coibizzante della medesima, rispetto alla parete a cui è addossata nelle varie stagioni e minimizzare i consumi. Grazie per la cortese attenzione. (Filippo Baraldo) (2260_3238_5265)_9300
Le caratteristiche termofisiche di una vasta gamma di materiale di costruzione può essere reperita sul sito www.mathis.com
in cui sono elencate le caratteristiche termo-fisiche di una vasta gamma di materiali da costruzione. Per quanto riguarda l’aria si consiglia di far riferimento alle tabelle contenute in un qualsiasi buon testo di Fisica Tecnica oppure, in loro mancanza, si può scaricare liberamente la terza edizione dell’ e-book “Heat Transfer Texbook” e consultare l’Appendice A dove sono elencate le caratteristiche termo-fisiche di quasi tutti i materiali, liquidi e gas inclusi. In alternativa alla selva di tabelle e di dati disponibili nei vari testi e manuali (qualche volta in contraddizione, spesso con unità diverse oppure non S.I. ) o per superare i ben noti aspetti ostici del calcolo di fisica-tecnica, si consiglia vivamente di utilizzare Thermal Wizard che consente sia di rintracciare le caratteristiche termo-fisiche dei materiali (aria inclusa), sia di fare calcoli termici per un numero di casi sufficientemente ampio. Infatti, inserendo i dati di input e adottando le ipotesi di lavoro adeguate, Thermal Wizard permette di fare i calcoli elementari di trasmissione di calore e di idraulica, come, ad esempio, per stimare le dispersioni attraverso una parete composita verticale o orizzontale, valutare i coefficienti di scambio termico convettivo, calcolare le perdite di carico in una canalizzazione che distribuisce aria forzata, ecc. Tutti i dati e i calcoli si basano sul testo di Jack P. Holman, “Heat Transfer”, uno dei migliori testi per ricercatori di base e tecnologici, progettisti, operatori specializzati nello scambio termico. In Thermal Wizard si trovano anche numerosi riferimenti per accedere ad altri database di materiali.
Per simulare i flussi di aria e gli scambi di calore attraverso le pareti della serra e con la parete alla quale è addossata, ci sono tre possibilità.
1. Considerare l’apporto di ogni parete e dei ponti termici e con adeguate assunzioni (ipotesi di lavoro semplificative) calcolare i flussi termici sulle e attraverso le pareti multi-strato e, passo dopo passo, per l’intera serra. Questi calcoli sono descritti in dettaglio nei testi di Fisica Tecnica, nei manuali di ingegneria e nei testi citati. Come già evidenziato, il ricorso di Thermal Wizard facilita i vari calcoli per i fenomeni termici elementari. L’incertezza del calcolo, rispetto la realtà, può essere stimata in ±10-30%; molto dipende dall’attendibilità dei dati di input e dalle ipotesi di lavoro adottate in partenza. L’uso di Excel potrà essere di valido supporto nel caso di calcoli ripetuti per studio e analisi.
1. Ricorrere a formulazioni empiriche fornite dai costruttori di serre. Anche in questo caso il calcolo è semplificato e l’incertezza del calcolo è stimabile in ± 20-30% .
1. Ricorrere a un software di simulazione, più o meno complesso, per tenere in conto dello scambio termico per conduzione, convenzione e radiazione dei movimenti dell’aria per effetto dei sistemi di ventilazione forzata e naturale. In questi casi l’incertezza del calcolo può essere compresa tra il ± 5 e ± 15%. I risultati sono vincolati all’attendibilità dei dati di input e, come abbiamo visto anche per il primo caso, alla bontà delle ipotesi di lavoro. Si evidenzia la possibilità di effettuare simulazioni anche con fogli Excel utilizzando alcune funzionalità avanzate.
La prima possibilità richiede una certa dimestichezza, non solo con gli scambi per conduzione ma anche per convezione e radiazione o tra loro combinati. Tale dimestichezza si acquisisce preparando l’esame universitario di Fisica Tecnica e Impianti termo-tecnici e, soprattutto, nel fare un numero adeguato di esercizi con qualche buon testo sotto mano e buon consigliere a fianco. I due testi citati sopra sono quanto di meglio è disponibile in letteratura tecnica riguardante lo scambio termico. Altri testi consigliati sono riportati in coda alla risposta.
La seconda possibilità è di solito utilizzata da chi non dispone di tempo e conoscenze oppure per fare una stima e formulare preventivi. Questi metodi sono pratici e non bisogna pretendere una qualità elevata dei risultati. Basta saperlo. I dati ottenuti sono da prendere con le pinze perché possono essere affetti da una incertezza che può arrivare a ± 50% (sempre in eccesso trattandosi di preventivi commerciali) in funzione dell’esperienza di chi fa la stima.
La terza possibilità è praticabile con due diverse opzioni: una semplice e l’altra avanzata.
- Semplice: si tratta di una estensione del primo metodo. In proposito si può vedere il testo di Claudio Zappone - La serra solare – Editore Sistemi Editoriali, 2005 che tratta i criteri di progettazione e il risparmio energetico nelle serre addossate (proprio il caso descritto dal nostro web-nauta nella sua domanda). Il libro offre indicazioni su come progettare le serre, sui materiali e sul dimensionamento e riporta un elenco dei principali produttori di componenti. Il testo è corredato anche di un CD-Rom per la stima degli apporti solari.
- Avanzata: è praticabile solo con conoscenze avanzate di trasmissione termica, fluidodinamica, climatologia (dati di input), impiantistica e controllo dei sistemi, oltre a conoscenze avanzate di ingegneria e calcolo numerico e simulazioni dinamiche. I tempi e i costi del calcolo, in quest’ultimo caso, sono così rilevanti che si giustificano solo quando si progettano e costruiscono serre con forti personalizzazioni oppure per studi di involucri vetrati in condizioni d’uso e di microclima predefinite e particolari (ad esempio grattacieli ed edifici con pareti vetrate strutturali, serre monumentali e serragli, “mall” e centri commerciali, edifici pubblici e stadi che utilizzano luce naturale, edifici ad energia passiva, ecc.).
I testi di riferimento più utilizzati per studio, progettazione delle serre e dei suoi impianti e sistemi di supporto, sono:
- Bonacina C., Cavallini A., Mattarolo L.- Trasmissione Del Calore – Editore Cleup, 1994 - Il libro di testo per studenti di ingegneria e architettura.
- Chiras, Daniel D. - The Solar House: Passive Heating and Cooling - Pub. Chelsea Green Pub.Co., 2002 - Utile sorgente di informazioni e spunti per architetti.
- Datta, Ashim K. - Biological and Bioenvironmental Heat and Mass Transfer - Marcel Dekker, Inc. 2002 - Indispensabile per chi vuole migliorare e ottimizzare le prestazioni di una serra e degli impianti di controllo del microclima.
- Hanan, Joe J. - Greenhouses: Advanced Technology for Protected Cultivation - CRC Press, 1998 - Testo di riferimento per tutti gli addetti ai lavori per ricchezza di informazioni, esempi, letteratura.
- Nelson, Paul V. - Greenhouse Operation and Management - Prentice Hall, 6th Editino, 2003 - E’ il testo più diffuso nelle Università che hanno corsi specifici sulle serre e colture protette.
- Tesi, Romano - Mezzi di Protezione per l' Ortoflorofrutticoltura ed il Vivaismo - Il Sole 24 Ore Edagricole, Terza ed., Bologna, 1999 Il più noto dei testi in italiano in materia di serre industriali.
Per chi si occupa di serre e agricoltura sostenibile un buon punto di partenza per approfondimenti è il sito ATTRA ( National Sustainable Agriculture Information Service) in cui si trovano spunti, esempi, altri link.
Chi invece si interessa di risparmio energetico nelle abitazioni consiglio vivamente di partire da EnergoClub o da CasaClima . In particolare si potranno avere informazioni su come diventare progettisti CasaClima e realizzare case certificate A+. Tra i documenti scaricabili ci sono anche le tabelle relative alle densità e conduttività termica dei materiali da costruzione "italiani" di sicuro interesse per architetti, ingegneri, imprenditori, artigiani che operano nella filiera delle abitazioni a basso consumo energetico.
Infine utili informazioni possono essere reperite internet impostando le seguenti keywords: dati termici, scambio, termico, progettazione, serra, solare, colture protette, thermophysical, properties, heat transfer, greenhouse, design.
Gianfranco Padovan – Ingegnere