Il fresco del sottosuolo

وَٱللَّهُ جَعَلَ لَكُم مِّمَّا خَلَقَ ظِلَٰلًا وَجَعَلَ لَكُم مِّنَ ٱلْجِبَالِ أَكْنَٰنًا

«E Dio vi ha fatto, di ciò che ha creato, ombre; e vi ha fatto, dei monti, rifugi.»

Corano, an-Naḥl, 16:81.

Il dato, con la sua incertezza

Il terreno indisturbato oscilla intorno alla media annua dell’aria — a Ragusa 17,1 gradi — con un’ampiezza che decresce esponenzialmente con la profondità e un ritardo che cresce con essa; è il modello che Kusuda e Achenbach pubblicarono nel 1965 e che i programmi di calcolo energetico usano ancora.1 La grandezza che governa tutto è la diffusività termica del suolo, che per le terre e le rocce sedimentarie sta fra 0,01 e 0,08 metri quadri al giorno; per la calcarenite iblea nessuno l’ha misurata, e il modellino lascia scegliere fra un valore basso, uno medio e uno alto.2 Con il valore medio, a due metri e mezzo l’ampiezza annua si riduce a un terzo e il ritardo è di circa due mesi: in agosto il terreno sta fra i diciotto e i ventun gradi, e il suo massimo cade in ottobre; sotto i dieci metri l’oscillazione è quasi spenta.

La temperatura del terreno lungo l’anno, alle diverse profondità

Lettura. Il modello è quello di Kusuda e Achenbach (1965): la temperatura del terreno indisturbato oscilla intorno alla media annua dell’aria — a Ragusa 17,1 °C — con un’ampiezza che decresce esponenzialmente con la profondità e un ritardo che cresce con essa. La curva in nero è l’aria (medie mensili della stazione); le altre sono il terreno a un metro, alla profondità scelta e a cinque metri. Con una diffusività media, a due metri e mezzo l’ampiezza si riduce a un terzo e il ritardo è di circa due mesi: in agosto il terreno sta fra 18 e 21 °C, e il suo massimo cade in ottobre. Che cosa non dimostra: la diffusività della calcarenite iblea non è stata misurata; le tre opzioni coprono l’intervallo pubblicato per suoli e rocce sedimentarie (Andújar Márquez et al. 2016; Mathur et al. 2015). Il dato è portante per il condotto, e va misurato in sito prima di scavare.

È un calcolo di modello e non una misura in sito. Poiché il dato è portante per il dimensionamento del condotto, va misurato sul posto prima di eseguire l’opera — una sonda a due e a tre metri, per un anno — e la misura è fra le verifiche della fase in corso; il suo valore sarà pubblicato con gli altri.

Il condotto interrato

Il progetto prevede centocinquanta metri lineari di condotto interrato che prende aria dal giardino nord, la fa percorrere sotto terra e la immette negli ambienti. L’aria cede calore al terreno lungo il percorso e arriva più fresca di quanto sia entrata, con un consumo elettrico limitato al ventilatore che la muove: è il solo motore che il clima della casa ammette, e la ragione per cui lo ammette sta nel rapporto fra ciò che consuma e ciò che rende. Il modellino usa la legge più semplice che descriva lo scambio — l’aria si avvicina alla temperatura del terreno con andamento esponenziale lungo il tubo — e dice che cosa cambiano la lunghezza, il diametro e la portata.3

Il condotto interrato: che cosa rende, e a che prezzo

Lettura. Modello a un parametro: l’aria che percorre il tubo si avvicina alla temperatura del terreno secondo una legge esponenziale, con un coefficiente di scambio effettivo fra aria e terreno di 2,5 W/m²K, che riassume la convezione nel tubo e la resistenza del suolo attorno. Con centocinquanta metri di condotto da venticinque centimetri, seicento metri cubi d’aria all’ora e terreno a 20 °C, l’aria entra a 32 gradi ed esce a poco meno di 23; la potenza sottratta si legge accanto, insieme al consumo del ventilatore stimato con una prevalenza modesta. Allungare il tubo oltre un certo punto non serve più; alzare la portata dà più potenza ma aria meno fresca. Che cosa non dimostra: il modello ignora la saturazione del terreno attorno al tubo dopo giorni di lavoro (Mathur et al. 2015: due o tre gradi di peggioramento in dodici ore di funzionamento continuo), la condensa, e la geometria vera del percorso. I rendimenti misurati in Italia sono dell’ordine di 14–21 kWh termici per kWh elettrico (Grosso e Chiesa 2015, Imola); quello della masseria si misurerà.

Le misure pubblicate confermano l’ordine di grandezza. A Imola, un campo di trentadue tubi da venticinque centimetri, lunghi settanta metri e interrati a due metri e sessanta, seguito per trenta mesi, ha reso in estate fra quattordici e ventun chilowattora termici per ogni chilowattora elettrico speso; per i climi italiani la letteratura colloca il tempo di ritorno dell’investimento fra cinque e nove anni.4 Due condizioni decidono se un dispositivo di questo tipo funziona o diventa un problema sanitario: la pendenza continua con raccolta e scarico della condensa, perché l’aria estiva che si raffredda nel tubo deposita acqua e l’acqua ferma nutre le muffe; e l’accessibilità per l’ispezione e la pulizia.5 Entrambe vanno risolte nel progetto esecutivo, e un condotto che non le risolva è meglio non costruirlo.

Ciò che insegnano i qanat e le camere dello scirocco, e ciò che non insegnano

La piana di Palermo conserva una rete di gallerie drenanti di tipo qanāt, scavate quasi in orizzontale nel banco di calcarenite fino a raggiungere la falda: i più antichi documentati, allo Scibene e a Danisinni, risalgono al XII e al XIII secolo; il Gesuitico Alto fu scavato all’inizio del Cinquecento per Gerardo Alliata. Accanto ai qanāt la tradizione locale distingue gli ingruttati, gallerie di collegamento fra pozzi, e i catusi, condotti di terracotta.6 Alla stessa rete si innestano le camere dello scirocco: ambienti ipogei voltati, raffrescati dal passaggio di acqua corrente in una canaletta, talvolta dotati di lucernari e di una presa d’aria. Qui occorre una correzione che si legge di rado: la tipologia si diffonde nelle ville nobiliari fra il Cinquecento e il Settecento, riutilizzando un’infrastruttura idraulica medievale — la più antica documentata è quella di villa Naselli-Ambleri, costruita nel 1552, e l’espressione «camera dello scirocco» compare in un atto notarile del 1691 — sicché chi le presenta come invenzione dell’età islamica anticipa di cinque secoli. Fa eccezione la grotta dell’Uscibene, presso il palazzo arabo-normanno dello Scibene, dove l’acqua della sorgente percorreva un vano ipogeo sfruttato allo stesso scopo.7

La misura che di quelle camere si possiede è antica ma eloquente: alla fine dell’estate del 1987, a villa Naselli-Ambleri, il pavimento della camera stava a ventidue gradi mentre fuori se ne misuravano trentatré; lo studio analitico del 2015 conferma il principio — acqua, aria e calcare che lavorano insieme — e nota che le alterazioni del primo Novecento ne hanno ridotto l’efficacia.8 Ciò che questi manufatti insegnano, e che vale la pena riprendere, è il principio combinato: non l’aria raffrescata dal terreno soltanto, ma l’aria raffrescata dal terreno e insieme dall’evaporazione di acqua corrente lungo il percorso. Il condotto del giardino nord può ricevere quell’aggiunta a costo modesto, ed è il punto in cui il precedente siciliano diventa una prescrizione tecnica invece di una citazione.

مُّتَّكِـِٔينَ فِيهَا عَلَى ٱلْأَرَآئِكِ ۖ لَا يَرَوْنَ فِيهَا شَمْسًا وَلَا زَمْهَرِيرًا

«Adagiati là su divani, non vi vedranno né sole né gelo.»

Corano, al-Insān, 76:13.

Il freddo conservato

Sugli Iblei e sull’Etna il freddo fu conservato in neviere: cave e cupole interrate, foderate di pietra a secco, dove la neve invernale, coperta di paglia, erbe e felci, si serbava fino all’estate. Il commercio è documentato dal 1619 fra Buccheri e Malta, e nel Settecento l’isola ne esportava oltre mille tonnellate l’anno; i centri erano Buccheri, Palazzolo, Chiaramonte, Buscemi, Ferla, Monterosso e Giarratana, a poche miglia dalla masseria.9 Non è un’istituzione di età islamica, ed è citata qui per una ragione soltanto: nella stessa area, con gli stessi materiali, qualcuno ha già risolto il problema di tenere basso un ambiente interrato per mesi, e le sue soluzioni sono ancora osservabili.

Ciò che non si promette

Non si promette la temperatura di uscita del condotto, perché dipende da un dato — la diffusività del suolo — che nessuno ha misurato per la calcarenite iblea, e da un fenomeno — la saturazione del terreno attorno al tubo dopo giorni di lavoro — che il modellino ignora. Non si promette che il condotto si faccia, se il progetto esecutivo non risolve la condensa e l’ispezione. Si promette la sonda nel terreno dal primo anno, e la pubblicazione della misura, sotto la revisione del Comitato Scientifico che la casa sta costituendo.

T. Kusuda, P. R. Achenbach, Earth temperature and thermal diffusivity at selected stations in the United States, National Bureau of Standards, Report 8972, 1965; il modello è quello adottato da EnergyPlus per la temperatura del terreno indisturbato. Media annua dell’aria a Ragusa (515 m): 17,1 °C (1991–2019, fonte secondaria).

J. M. Andújar Márquez et al., «Ground thermal diffusivity calculation by direct soil temperature measurement», Sensors 16 (2016), 306: 0,98·10⁻⁶ m²/s (≈ 0,085 m²/giorno) in un suolo sabbioso-ghiaioso umido; J. Mathur et al., Energy Reports 1 (2015), pp. 17–21: 1,4–9,7·10⁻⁷ m²/s per i suoli esaminati, e peggioramento di 2–2,6 K dell’uscita dopo dodici ore di funzionamento continuo nei suoli meno diffusivi.

Modello a un parametro: Tu = Ts + (Ti − Ts)·exp(−U·π·D·L / ṁ·cp), con U = 2,5 W/m²K effettivi fra aria e terreno; potenza del ventilatore stimata da perdite di carico distribuite e un rendimento di 0,5. È un ordine di grandezza, non un progetto.

M. Grosso, G. Chiesa, «Horizontal earth-to-air heat exchanger in Imola, Italy. A 30-month-long monitoring campaign», Energy Procedia 78 (2015), pp. 73–78: efficacia 0,7–0,9, COP di raffrescamento 20, 14 e 21 nei tre anni; F. Ascione, L. Bellia, F. Minichiello, «Earth-to-air heat exchangers for Italian climates», Renewable Energy 36 (2011), pp. 2177–2188.

G. Chardome, V. Feldheim, «Heat transfer and condensation in an earth–air heat exchanger», Energy and Buildings 205 (2019), 109532, sul rischio di muffe e batteri nella condensa stagnante; H. Wei et al., Applied Energy 276 (2020), 115493, sulla quota latente del raffrescamento nei climi umidi.

P. Todaro, G. Barbera, A. Castrorao Barba, G. Bazan, «Qanāts and historical irrigated landscapes in Palermo’s suburban area (Sicily)», European Journal of Post-Classical Archaeologies 10 (2020), pp. 335–370; P. Todaro, Il sottosuolo di Palermo, Palermo 1988; id., Guida di Palermo sotterranea, Palermo 2002.

T. Firrone, «Le camere dello scirocco: archetipi bioclimatici della Palermo antica», in Palermo città delle culture; per le fonti antiche, V. Di Giovanni, Palermo restaurato (1615), e F. Baronio, De majestate panormitana (1630). Sullo Scibene, G. Spatrisano, La Zisa e lo Scibene di Palermo, Palermo 1982.

M. Saeli, E. Saeli, «Analytical studies of the Sirocco room of Villa Naselli-Ambleri: a XVI century passive cooling structure in Palermo (Sicily)», Journal of Cultural Heritage 16/3 (2015), pp. 344–351; la misura del 1987 in Firrone, cit.

A. Patanè, I viaggi della neve. Raccolta, commercio e consumo della neve dell’Etna nei secoli XVII–XX, Palermo, Mediterranea, 2014; L. Lombardo, «Il viaggio della neve nel Mediterraneo: dalla Sicilia all’isola di Malta», Dialoghi Mediterranei 8 (2014).

Il Comitato Scientifico, in via di costituzione, che leggerà queste misure è detto nella pagina Aria, acqua e ombra.

Ciò che la masseria faceva già, detto in lingua d’oggi

I traguardi che seguono descrivono, in lingua d’oggi, un uso del sottosuolo che la Sicilia ha praticato per secoli, e che qui torna come prescrizione tecnica.

Condotto interrato: fresco dal terreno con il solo ventilatore — 7.3 efficienza energetica · 13.1 resilienza ai rischi climatici

Qanāt, camere dello scirocco, neviere: un patrimonio ipogeo studiato prima che citato — 11.4 salvaguardare il patrimonio culturale

Condensa, ispezione, misura del terreno: la salute prima dell’immagine — 3.d riduzione dei rischi sanitari · 13.3 capacità sull’adattamento

I termini di queste pagine sono raccolti nel glossario e le fonti nella pagina delle fonti. Le immagini sono elaborazioni di studio: la masseria non è ancora restaurata.