Usare il calore per raffreddare gli edifici

Presto potrebbe essere più pratico raffreddare gli edifici utilizzando scaldacqua solari e il calore di scarto dei generatori. Ciò è dovuto ai nuovi materiali porosi sviluppati dai ricercatori del Pacific Northwest National Laboratory. Questi materiali possono migliorare un processo chiamato raffreddamento ad adsorbimento, che può essere utilizzato per la refrigerazione e il condizionamento dell'aria.

impacco caldo : un display durante una conferenza mostra un nuovo materiale (verde chiaro) confezionato in una schiuma metallica. Il materiale viene utilizzato per migliorare una tecnologia che utilizza l'energia termica per guidare un processo di raffreddamento.

I refrigeratori ad adsorbimento sono troppo grandi e costosi per molte applicazioni, come l'uso domestico. Peter McGrail , che dirige lo sforzo di ricerca, prevede che i materiali potrebbero consentire ai refrigeratori ad adsorbimento di essere più piccoli del 75% e costosi della metà. Ciò li renderebbe competitivi con i tradizionali refrigeratori azionati da compressore.

Tutti i frigoriferi e i condizionatori d'aria si raffreddano evaporando un refrigerante, un processo che assorbe il calore. Differiscono nel modo in cui il refrigerante viene condensato in modo che possa essere riutilizzato per il raffreddamento. A differenza della tecnologia all'interno della maggior parte dei condizionatori d'aria, che utilizza compressori ad azionamento elettrico per comprimere meccanicamente il refrigerante vaporizzato, i refrigeratori ad adsorbimento utilizzano il calore per condensare il refrigerante. I refrigeratori ad adsorbimento sono in genere molto meno efficienti dei refrigeratori che utilizzano compressori elettrici e sono ingombranti e costosi. Ma hanno il vantaggio di essere economici per funzionare, poiché richiedono pochissima elettricità. Se hai calore disperso, puoi farlo funzionare gratuitamente, dice McGrail.

Finora questi refrigeratori sono stati limitati ad applicazioni in cui c'è molto calore di scarto, come impianti industriali e centrali elettriche, o dove l'elettricità non è sempre disponibile. La riduzione delle loro dimensioni e dei costi potrebbe renderli attraenti in più applicazioni, comprese le case, dove potrebbero essere utilizzati utilizzando l'acqua calda dei riscaldatori solari, afferma McGrail.

La chiave è migliorare il materiale assorbente solido. In un refrigeratore ad adsorbimento, il refrigerante evaporato viene adsorbito: aderisce alla superficie di un solido, come il gel di silice. Il gel di silice può contenere una grande quantità di acqua in un piccolo spazio: essenzialmente agisce come una spugna per il vapore acqueo. Quando il gel si riscalda, rilascia le molecole d'acqua in una camera. All'aumentare della concentrazione di vapore acqueo nella camera, la pressione aumenta fino a quando l'acqua non si condensa.

McGrail sta sostituendo il gel di silice con un materiale ingegnerizzato realizzato creando strutture nanoscopiche che si autoassemblano in forme tridimensionali complesse. Il materiale è più poroso del gel di silice, il che gli conferisce una superficie più ampia a cui le molecole d'acqua possono aderire. Di conseguenza, può intrappolare da tre a quattro volte più acqua, in peso, rispetto al gel di silice, il che aiuta a ridurre le dimensioni del refrigeratore.

Il materiale si lega anche meno fortemente alle molecole d'acqua. Ciò riduce la quantità di calore necessaria per liberare le molecole d'acqua, rendendo il processo più efficiente, e accelera il processo di adsorbimento e desorbimento dell'acqua da 50 a 100 volte, il che aiuta a ridurre le dimensioni del refrigeratore. I materiali funzionano anche con refrigeranti diversi dall'acqua, il che amplia l'intervallo di temperatura a cui è possibile il raffreddamento.

Poiché gli attuali refrigeratori ad adsorbimento possono essere due o tre volte più grandi dei refrigeratori che utilizzano compressori elettrici, ridurre le dimensioni dei refrigeratori ad adsorbimento del 75% potrebbe renderli competitivi, afferma Yunho Hwang , professore presso il Center for Environmental Energy Engineering presso l'Università del Maryland. I refrigeratori potrebbero essere particolarmente utili per il raffreddamento con acqua calda proveniente da scaldacqua solari, poiché i refrigeratori ad adsorbimento possono utilizzare la temperatura relativamente bassa prodotta da tali riscaldatori, afferma.

Una sfida per tali applicazioni potrebbe essere la sincronizzazione della domanda di raffreddamento con la produzione di calore: in alcuni casi, potrebbe essere necessario includere un costoso sistema di accumulo del calore per mantenere il refrigeratore in funzione anche dopo il tramonto.

I ricercatori del PNNL hanno ricevuto 2,54 milioni di dollari dall'Advanced Research Projects Agency for Energy per dimostrare il materiale in un sistema di raffreddamento. In base alla sovvenzione, hanno tre anni per ottimizzare le prestazioni del materiale e incorporarlo in un piccolo refrigeratore dimostrativo.

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