Il raffreddamento climatico degli ambienti nel settore civile comporta un impatto sempre maggiore nel consumo globale di energia, risultando altresì anche una delle principali cause dei picchi della
domanda di energia elettrica. Negli Stati Uniti l’uso dell’aria condizionata, ad esempio, rappresenta quasi il quindici per cento dell’energia primaria utilizzata negli edifici.
E’ divenuto dunque importante, nel campo dell’efficienza energetica, lo sviluppo di tutte quelle soluzioni definite passive, in quanto prive di sistemi/soluzioni che necessitano di energia per il
loro funzionamento, che consentono di minimizzare i consumi di energia elettrica, determinati proprio dal massiccio ricorso all’aria condizionata per il raffrescamento degli edifici, quota questa particolarmente significativa nei grandi agglomerati urbani.
Gli ingegneri della Università di Colorado Boulder e della Università University di Wyoming hanno creato un innovativo sistema di raffreddamento ad acqua in grado di fornire un raffreddamento radiativo continuo giorno e notte per le strutture. Questo progetto potrebbe aumentare l’efficienza degli impianti di generazione di energia elettrica in estate e portare a un controllo della temperatura più efficiente ed ecologico per abitazioni, aziende, servizi pubblici e industrie.
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La nuova ricerca dimostra come questo metamateriale di raffreddamento radiativo organico-inorganico ibrido a basso costo, che ha debuttato nel 2017, possa essere ridimensionato in un array di circa 140 piedi quadrati, abbastanza piccolo da adattarsi alla maggior parte dei tetti, e agire come una sorta di naturale condizionatore d’aria con un consumo di energia elettrica quasi nullo.
“È possibile posizionare questi pannelli sul tetto di una casa unifamiliare e soddisfare i propri requisiti di raffreddamento”,
ha dichiarato Dongliang Zhao, autore principale dello studio e ricercatore postdottorato nel Dipartimento di ingegneria meccanica di CU Boulder.
Questa tecnologia, che sfrutta i principi naturali del raffreddamento radiativo, è descritta oggi sulla rivista Joule.
“Mentre la temperatura terrestre aumenta a causa del calore assorbito dalla luce solare durante il giorno, emette continuamente luce infrarossa verso l’universo freddo tutto il tempo”,
ha affermato il professor Ronggui Yang di ingegneria meccanica e autore principale dello studio. “Durante la notte, la Terra si raffredda a causa dell’emissione senza il sole.”
Il materiale, simile a un film, riflette in ingresso quasi tutta la luce del sole, consentendo comunque al calore immagazzinato da un oggetto di sfuggire il più possibile, mantenendolo più freddo rispetto all’aria ambientale anche a mezzogiorno.
“Questo materiale, che ora possiamo produrre a basso costo utilizzando le attuali tecniche di produzione roll-to-roll, offre vantaggi significativi.” Ha affermato il professore associato Xiaobo Yin di Ingegneria Meccanica e il Programma di Scienza e Ingegneria dei Materiali di CU Boulder.
“Ora possiamo applicare questi materiali sui tetti e persino costruire sistemi di raffreddamento ad acqua su larga scala come questo con significativi vantaggi rispetto ai sistemi convenzionali di condizionamento dell’aria, che richiedono elevate quantità di energia elettrica per funzionare”,
ha affermato il professore associato Gang Tan di il Dipartimento di Ingegneria Civile e Architettonica dell’Università del Wyoming.
I ricercatori hanno testato il loro sistema all’aperto in una varietà di condizioni meteorologiche, tra cui vento, precipitazioni e umidità. Negli esperimenti condotti nei mesi di agosto e settembre 2017, il modulo proprietario RadiCold ha mantenuto un contenitore d’acqua, ricoperto dal metamateriale, a una temperatura di 20 gradi Fahrenheit (circa 10 °C) inferiore rispetto all’aria ambiente. E questo tra le 12:30 e le 15:30, quando la luce solare estiva è più intensa.
I ricercatori hanno inoltre introdotto un elemento di pianificazione dinamica per la loro tecnologia, prevedendo che strutture come gli uffici potrebbero avere una domanda di raffreddamento limitata o assente di notte. In un sistema integrato nell’edificio, tuttavia, è possibile aggiungere un’unità di conservazione del freddo per catturare il freddo attraverso un fluido termovettore come l’acqua e immagazzinarlo in questo sistema per consentirne il recupero durante il giorno successivo e ridurre la carenza di raffreddamento durante i periodi di picco di domanda.
“Abbiamo costruito un modulo che funziona in situazioni pratiche e reali”, ha affermato Yang. “Ci siamo mossi abbastanza velocemente da un livello di materiali a un livello di sistema.”
Il modulo RadiCold potrebbe diventare una valida soluzione per il raffreddamento supplementare di case unifamiliari, aziende, centrali elettriche, servizi municipali e strutture di data center, tra le molte potenziali applicazioni, ha detto Yang.
