La funzione degli schermi termici e la loro gestione

Vepritec kastechniek
gemaakt op :02-04-2009

Per conservare l’energia solare in entrata è fondamentale incrementare l’isolamento termico e gestire i ricambi d’aria

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Allo scopo di realizzare serre in grado di conservare l’energia solare in entrata è fondamentale incrementare l’isolamento termico e gestire i ricambi d’aria. Le perdite per convezione e irraggiamento dalle pareti della serra e il trasferimento di calore sensibile e latente attraverso la ventilazione sono i maggiori processi di perdita di energia nelle serre con il sistema di ventilazione naturale.
Conduzione, convezione e irraggiamento, sono i principali meccanismi di perdita di calore dalle serre.
La conduzione è il flusso di calore attraverso un materiale, o da un materiale all’altro. La conduttività termica è generalmente alta per i metalli o per materiali con alta densità, che sono anche detti conduttori. Viceversa, vi sono materiali con bassa densità e con una bassa conduttività termica, che sono detti isolanti.
La convezione
La convezione è il trasferimento di calore per il movimento dei fluidi.
Ci sono due tipi di convezione:
a) la convezione forzata, cioè il trasferimento di calore da una superficie esposta ad una corrente di aria;
b) la convezione naturale, che dipende dal trasferimento di calore da una superficie, più fredda o più calda, all’aria circostante.
Diverse sono le modalità di perdita di calore per convezione nelle serre:
1) Infiltrazione e scambi con aria esterna: l’aria passa attraverso le fessure e i buchi della serra oltre che dalle aperture delle serre.
2) Ventilazione: è spesso necessario ridurre la temperatura e l’umidità dell’aria nella serra, introducendo aria dall’esterno. Ci possono essere delle perdite quando, a causa del malfunzionamento dei termostati, si attua un raffreddamento troppo spinto della serra, con perdite eccessive di calore.
3) Il moto convettivo con condensazione o sublimazione del vapore su superfici fredde/ghiacciate può essere una fonte importante di perdita di calore, in quanto parte del calore rilasciato fuoriesce dalla serra stessa.
L’irraggiamento
L’irraggiamento è un processo continuo che avviene tra corpi con temperature diverse. Il sole emette energia radiante sotto forma di radiazione visibile e sotto forma di calore.
La serra non consente il passaggio all’interno della stessa di tutta la radiazione del sole, in quanto è coperta con materiali che hanno una certa trasmittanza, “intesa come rapporto tra la luce che passa la superficie e quella incidente in modo perpendicolare sulla superficie stessa”.
La copertura della serra è attraversata dalla radiazione totale esterna in misura variabile fra il 50 e l’80%. La radiazione in entrata è poi riflessa dal suolo, dalle piante e dalla struttura della serra stessa, aumentando la sua lunghezza d’onda. Questo fa sì che poi il materiale di copertura non consenta l’uscita di tutte le radiazioni con lunghezze d’onda maggiori rispetto a quelle che l’hanno attraversata in entrata, trattenendo così una parte di energia all’interno della serra (in particolare energia termica), cosiddetto effetto serra.
Il vetro è quasi impermeabile a questo tipo di radiazioni, ne trasmette solo il 10% verso l’esterno, mentre il film plastico funziona come un setaccio, è impermeabile ad alcune lunghezze d’onda, mentre ne lascia passare completamente delle altre. Generalmente, per il film plastico, la trasmittanza di questo tipo di radiazioni è pari al 70-80%.
La condensazione all’interno della serra, che abbiamo detto è una perdita di calore per convezione, in questo caso riduce le perdite per irraggiamento, in quanto l’acqua assorbe moltissimo le radiazioni nell’infrarosso.
In generale le perdite per irraggiamento sono di difficile stima, e sono molto più basse nelle serre in vetro rispetto alle serre in plastica.
Utilizzo degli schermi termici
Lo schermo termico è un telo in alluminio traforato e altri materiali, tenute insieme da una trama di fili, solitamente in poliestere, che scorre su fili e rotaie e viene tirato sotto al cielo della serra quando fa troppo freddo o c’è troppo sole. Con esso si aggiunge una barriera fra l’ambiente della serra e la zona circostante riducendo sia le perdite per ventilazione che per convezione. Inoltre se mobile, lo schermo presenta un minor impatto sulla trasmissione della luce rispetto a schermi fissi o a doppi strati di copertura.
Grazie ai materiali che li compongono sono in grado di modificare sensibilmente i parametri climatici più importanti dell’ambiente serricolo, come:
a) Temperatura;
b) Luminosità;
c) Umidità relativa.
Sistemi e impianti
Esistono in commercio vari sistemi e impianti di schermi termici: energetici, ombreggianti e oscuranti
Questi teli o schermi realizzati, sono disponibili in vario materiale, come il polietilene, il poliestere/hd, l’alluminio, ecc.. Esistono anche teli UV stabilizzati e traspiranti, e grazie ad accessori quali meccanismi motorizzati e/o automatizzati si possono aprire e chiudere, anche parzialmente, in funzione della gestione delle condizioni climatiche richieste in serra. Alcuni degli schermi in commercio hanno la trama di filo in cotone acrilico in grado di assorbire l’umidità, riducendo la condensa sotto la serra, specialmente se coperte in film plastico. Ciò permette un vantaggio alle piante che restano più asciutte durante la notte, scongiurando la possibile insorgenza di malattie fungine.
Sono disponibili vari tipi di schermi con diverse percentuali di ombreggiamento e risparmio energetico. Ultimamente vengono prodotti schermi anche con lamina bianca per una ottimale luce diffusa sulle colture orticole. Naturalmente gli schermi con la lamina in alluminio hanno un risparmio energetico maggiore. Possono essere con trama a maglia chiusa oppure a maglia aperta per una migliore areazione durante l’estate.
In base al tipo di coltura, sono disponibili sul mercato anche degli schermi in grado di creare le condizioni climatiche ideali per la crescita delle piante e, (grazie al loro potere termico), a contenere i costi energetici.
È importante mettere in evidenza che i costi di risparmio energetico sono maggiori se si riduce il volume d’aria “cielo” (tra il telo superiore e falda serra) anziché il volume interno. Quindi una serra alta ha un ulteriore vantaggio rispetto ad una serra bassa. Normalmente gli agricoltori spesso, credono che installare un intercapedine in serra riducendo maggiormente il volume d’aria alle piante possa aumentare il risparmio sul riscaldamento.
Gli schermi a risparmio energetico sono riconosciuti dalla Gse per ottenere i certificati bianchi.
In base alla tipologia tecnica-costruttiva ed alla finalità di utilizzo le strisce degli schermi possono avere diverse funzioni:
a) Risparmio energetico e trasmissione della luce sia diretta che diffusa.
b) Risparmio energetico e luce diffusa per ombreggiamento.
c) Risparmio energetico e ombreggiamento.
Il risparmio energetico
In particolare la funzione di risparmio energetico viene ottenuta mediante:
a) Riduzione del volume da riscaldare nel caso di presenza di uno specifico impianto.
b) Creazione di una camera d’aria con funzione di isolante termico nella parte superiore della serra compresa tra i teli e la copertura.
c) Riduzione delle perdite di calore per irraggiamento verso la volta celeste.
Questo risparmio è particolarmente evidente nelle ore notturne, quando le perdite di calore sono maggiormente consistenti ed è possibile stendere completamente gli schermi senza conseguenze sulla fotosintesi.
In questo modo, di notte i raggi infrarossi delle piante e dell’interno della serra vengono riflessi in basso e impedendo il loro contatto con la copertura (a contatto con l’aria fredda esterna), si impedisce anche la formazione di condensa; Mentre nelle ore di eccessivo soleggiamento diurno si ha invece un effetto ombra con un abbassamento delle temperature interne alla serra.
L’utilizzo degli schermi durante le ore diurne deve invece essere attentamente valutata in relazione alla inevitabile diminuzione di luminosità e in dipendenza dalle esigenze della coltivazione e dalle condizioni atmosferiche.
Inoltre bisogna monitorare:
a) il possibile aumento di umidità relativa dell’aria nella zona di coltivazione. Questo può essere ridotto mediante l’utilizzo di teli permeabili.
b) Il controllo dell’apertura degli schermi al mattino. L’aria di intercapedine, infatti, essendosi raffreddata durante la notte si trova ad una temperatura notevolmente più bassa dell’aria sotto gli schermi e, pertanto tende a scendere velocemente per gravità, potendo creare danni alle colture. Pertanto, è essenziale che la movimentazione degli schermi rientri nella gestione climatica automatizzata della serra.
Vernici ombreggianti
L’uso di vernici ombreggianti sulla superficie esterna del film di copertura è ancora in uso grazie alla sua economicità. Tuttavia è un sistema estremamente semplice che non consente alcuna regolazione.
Ai fini della sostenibilità ambientale è necessario conoscere la composizione della vernice, preferendo quelle a base di prodotti naturali (calce, gesso, etc.) anziché a base di polimeri sintetici, in modo da evitare il rilascio di sostanze inquinanti a seguito della sua rimozione.
Idroserre
Un semplice sistema antibrina è costituito dalle cosiddette “idroserre”. Il funzionamento prevede l’aspersione di acqua sulla copertura della serra in corrispondenza di condizioni climatiche caratterizzate da basse temperature esterne e cielo limpido.
Il film di acqua che si forma sulla copertura funziona da coibente, ritardando il raffreddamento notturno dell’aria all’interno della serra. Al fine di limitare il consumo di acqua è indispensabile provvedere alla raccolta delle acque da utilizzare per altri impieghi.
Gli schermi termici e/o energetici sono già largamente utilizzati nelle serre per il floro-vivaismo o per le colture floricole, ma sono poco utilizzate nell’orticoltura mediterranea protetta, di solito per la loro scarsa conoscenza ed i loro elevati costi.
La densità degli schermi termici può essere calcolata in modo semplice con la seguente formula del valore di variazione della temperatura dell’aria:
V. T. aria = [T° sopra lo schermo – T° esterna] / [T° sotto lo schermo – T° esterna]
In una serra senza schermi il valore è pari a 1, mentre con uno schermo ad elevata capacità isolante in una serra impermeabile il valore diventa 0,3.
Nel campo della costruzione di schermi termici è stata indagata un’ampia gamma di soluzioni, ma ad oggi i sistemi mobili a scorrimento sono i più diffusi in tutta Europa. Le innovazioni mirano a ridurre sempre più l’intercettazione della luce provocata dai sistemi costruttivi e dagli schermi in posizione ripiegata. Altre innovazioni riguardano le operazioni di controllo sulla base delle relazioni tra energia e produzione.
Infatti, un uso energeticamente efficiente degli schermi richiede una compensazione fra risparmio energetico e gli eventuali effetti su quantità e qualità delle produzioni, determinati dall’aumento di umidità e dalla riduzione di illuminazione conseguenti al loro impiego.
Se uno schermo viene regolato e gestito mediante un computer climatico ed il telo installato rispetta le giuste condizioni ambientali per la coltura (luce ed umidità), il risparmio energetico può essere superiore al 40% per una serra riscaldata. Quindi è importante valutare bene il tipo di schermo da installare.

Prova comparativa
I dati di questa prova sono stati estratti dal progetto: La Serra sostenibile “SUSTGREENHOUSE” realizzato nel Lazio, in provincia di Latina con il contributo del programma comunitario LIFE 2007 Environment Policy and Governance (http://www.sustgreenhouse.eu/) .
Nella prova comparativa tra serra convenzionale (senza riscaldamento**) e serra dotata di schermo termico si è evidenziato che i benefici ottenibili permettono il loro ammortamento in un piano finanziario di non più di 10 anni.
In sintesi, dalla prova si è evidenziato che il clima più temperato all’interno della serra con lo schermo ha permesso un + 16% di produzione (stagione più lunga e maggiore raccolto). Lo schermo ha anche permesso di evitare la pratica estiva della “calcinazione o imbiancatura” (imbiancatura del film plastico di copertura con la calce) per ombreggiare le piante ed abbassare le temperature elevato all’interno.
Grazie allo schermo termico la serra ha anche avuto un clima più secco, che ha determinato una condizione sfavorevole alle sviluppo malattie fungine, e di conseguenza per il loro controllo sono stati necessari un minor numero di trattamenti anticrittogamici (1,9 Kg x 1000 m2). Al contrario nella serra convenzionale c’è stato un maggior livello di attacchi fungini, che ha comportato un maggior numero di trattamenti fitosanitari (5,3 Kg x 1000 m2).
Ma è soprattutto in termini di risparmio di acqua per “irrigazione antibrina” che lo schermo termico è stato di importanza fondamentale.
Il sistema di protezione antibrina abbinato all’utilizzo dello schermo termico ha permesso un risparmio di acqua dell’86%, consentendo nel mese più freddo dell’anno, febbraio, il prelievo di soli 370 m3 di acqua di falda, contro i 2.754 m3 utilizzati dalla serra convenzionale.
Questa tecnica ha permesso una temperatura interna notturna della serra con lo schermo sempre più elevata di 1,5 – 2 °C rispetto alla serra convenzionale. n

*Agronomo – www.fritegotto.it
** Il costo di un impianto di schermo si ammortizza in meno di 2/3 anni quando la serra viene riscaldata ad una temperatura minima 18°C.