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Il cielo può nascondere il segreto per un'efficiente climatizzazione
L'aria condizionata rappresenta quasi il 15% di tutto il consumo energetico degli edifici negli Stati Uniti. Un modo per tagliarlo è inviare calore allo spazio esterno, secondo Aaswath Raman .
Raman è il cofondatore di una nuova società chiamata Sistemi SkyCool . La startup, nata dalla Stanford University, è uno dei numerosi gruppi che commercializzano un approccio di raffreddamento efficiente dal punto di vista energetico che sfrutta la freddezza dello spazio.
L'idea è di sfruttare un fenomeno naturale chiamato raffreddamento radiativo. Tutti gli oggetti emettono radiazioni termiche. Quando viene emesso verso il cielo, una parte di esso viene assorbita e riflessa dall'atmosfera. Un'altra porzione, che rientra in un particolare intervallo di frequenze, fuoriesce nell'atmosfera superiore e nello spazio esterno, dove le condizioni sono molto più fredde. Ciò può far raffreddare l'oggetto che emette quella radiazione al di sotto della temperatura dell'aria circostante.
SkyCool sta sviluppando una tecnologia destinata a sfruttare questo fenomeno, basata su progressi relativamente recenti nella capacità di manipolare la luce su scala nanometrica. Gli ingegneri sanno da tempo che il raffreddamento radiativo è utile per raffreddare gli edifici di notte. Durante il giorno, invece, l'irraggiamento solare contrasta l'effetto rinfrescante. Ma alcuni anni fa Raman e un collega di Stanford hanno stabilito che dovrebbe essere effettivamente possibile ottenere il raffreddamento radiativo durante il giorno.
I prototipi di raffreddamento radiativo di SkyCool.
Nel 2014, il gruppo ha pubblicato un articolo in Natura in cui hanno dimostrato che un dispositivo progettato per combinare le proprietà ottiche di tre diversi materiali, disposti in una pila di più strati, si è raffreddato fino a quasi 5 °C al di sotto della temperatura dell'aria ambiente. Ciò ha dimostrato che la fredda oscurità dell'Universo può essere utilizzata come risorsa rinnovabile, anche durante le ore più calde della giornata, hanno scritto i ricercatori.
Negli ultimi due anni, molti altri gruppi hanno iniziato a perseguire il raffreddamento radiativo diurno. Tre team hanno recentemente ottenuto finanziamenti da ARPA-E per sviluppare tecnologie per centrali termoelettriche, che in questo momento consumano enormi quantità di acqua.
Un'illustrazione concettuale di un futuro sistema sul tetto dotato della tecnologia di raffreddamento radiativo di SkyCool.
Raman afferma che la sua azienda sta esplorando una gamma di potenziali applicazioni, negli edifici e in molti tipi di strutture al di là di quelli che pensiamo come edifici convenzionali, nel mondo in via di sviluppo come in quello sviluppato.
Un modello esistente per l'approccio generale di SkyCool, dice, è lo sviluppo e la commercializzazione abbastanza recenti di tecniche per l'applicazione di rivestimenti ottici per rendere le finestre più efficienti dal punto di vista energetico.
Raman afferma che l'azienda ha anche dimostrato che i suoi prototipi possono abbassare significativamente la temperatura dell'acqua, il che significa che dovrebbe essere possibile collegarlo a un'ampia gamma di sistemi di raffreddamento e refrigerazione che utilizzano l'acqua raffreddata per rimuovere il calore dall'aria. Per gli edifici tipici del Nord America, aggiunge, vorrai usarlo insieme a un sistema di raffreddamento o refrigerazione esistente.
Srinivas Katipamula , uno scienziato del personale presso il Pacific Northwest National Laboratory che studia concetti avanzati di riscaldamento e raffreddamento, ha recentemente condotto a studio modellistico con tre colleghi del PNNL e ha scoperto che il raffreddamento radiativo diurno potrebbe ridurre il consumo energetico di un edificio per uffici di medie dimensioni dal 30 al 50%. Fondamentalmente, tuttavia, non è ancora chiaro quanto costerà la tecnologia, quindi è difficile sapere quanto tempo ci vorrebbe per ripagare l'investimento, dice.