Raffreddare gli edifici con una nuova tecnologia

Gli ingegneri riportano i progressi nel raffreddamento radiativo in un nuovo studio sulla sostenibilità della natura. In futuro, questa tecnologia, senza elettricità, potrebbe aiutare a raffreddare gli edifici nelle aree metropolitane.

Gli ingegneri hanno progettato un nuovo sistema che può aiutare a raffreddare gli edifici nelle affollate aree metropolitane senza consumare elettricità, un'importante innovazione in un momento in cui le città stanno lavorando per adattarsi ai cambiamenti climatici.

Il sistema è costituito da un materiale speciale - un film di polimero / alluminio economico - installato all'interno di una scatola nella parte inferiore di un “riparo” solare appositamente progettato. Il film aiuta a mantenere fresco l'ambiente circostante assorbendo il calore dall'aria all'interno della scatola e trasmettendo quell'energia, attraverso l'atmosfera terrestre, nello spazio. Il rifugio ha un duplice scopo: aiuta a bloccare la luce solare in arrivo nel momento in cui irradia radiazioni termiche emesse dal film di polimero verso il cielo.

Lyu Zhou, (1) co-primo autore dottorando in ingegneria elettrica alla University at Buffalo School of Engineering and Applied Sciences, afferma: “il polimero rimane freddo poiché dissipa il calore attraverso le radiazioni termiche e può quindi raffreddare l'ambiente. Questo sistema di raffreddamento radiativo o passivo è molto interessante perché non consuma elettricità e non ha bisogno di una batteria o altra fonte di elettricità per realizzare il raffreddamento.”

Il ricercatore capo Qiaoqiang Gan, PhD, (2) professore associato di ingegneria elettrica presso la University at Buffalo, afferma: “una delle innovazioni del nostro sistema è la capacità di indirizzare deliberatamente le emissioni termiche verso il cielo. Normalmente, le emissioni termiche viaggiano in tutte le direzioni. Abbiamo trovato un modo per irradiare le emissioni in una particolare direzione. Ciò consente al sistema di essere più efficace negli ambienti urbani, dove ci sono edifici alti su tutti i lati. Usiamo materiali a basso costo disponibili in commercio le cui prestazioni risultano molto soddisfacenti.”

Il sistema progettato dagli ingegneri misura circa 45,72 centimetri di altezza, 25,4 centimetri di larghezza e lunghezza. Per raffreddare un edificio, è necessario installare numerose unità del sistema per coprire un tetto.

La ricerca è stata pubblicata su Nature Sustainability. (3) Lo studio è stato una collaborazione internazionale tra il gruppo del dottor Qiaoqiang Gan alla UB, il gruppo del dottor Boon S. Ooi (4) alla King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) in Arabia Saudita e il gruppo del dottor Zongfu Yu (5) all'Università del Wisconsin-Madison. Insieme a Lyu Zhou, i co-primi autori sono il dottor Haomin Song, PhD, professore associato di ricerca UB in ingegneria elettrica e Jianwei Liang al KAUST. Lo studio è stato finanziato in parte dalla National Science Foundation.

Un sistema che funziona durante il giorno e in ambienti affollati

Il nuovo sistema di raffreddamento passivo affronta un problema importante nel campo: come il raffreddamento radiativo può funzionare durante il giorno e nelle aree urbane affollate.

Il dottor Haomin Song spiega: “durante la notte, non disponiamo di energia solare, quindi le emissioni termiche escono e realizziamo facilmente il raffreddamento radiativo. Ma il raffreddamento diurno è una sfida perché il sole splende. In questa situazione, è necessario trovare strategie per impedire il riscaldamento dei tetti. È inoltre necessario trovare materiali emissivi che non assorbono l'energia solare. Il nostro sistema affronta queste sfide.”

Se posizionati all'esterno durante il giorno, il film che emana calore e il riparo solare hanno contribuito a ridurre la temperatura di un piccolo spazio chiuso di un massimo di circa 6 gradi Celsius (11 gradi Fahrenheit). Di notte, il valore sale a circa 11 gradi Celsius (circa 20 gradi Fahrenheit).

Come l'architettura innovativa può guidare il raffreddamento radiativo

Il nuovo sistema di raffreddamento radiativo incorpora una serie di caratteristiche di design otticamente interessanti. Uno dei componenti centrali è il film polimerico / metallico, che è costituito da un foglio di alluminio rivestito con un polimero trasparente chiamato polydimethylsilox. L'alluminio riflette la luce solare, mentre il polimero assorbe e dissipa il calore dall'aria circostante. Gli ingegneri hanno posizionato il materiale sul fondo di una scatola di schiuma e hanno eretto un “riparo” solare sopra la scatola, usando un materiale ad assorbimento di energia solare per costruire quattro pareti inclinate verso l'esterno, insieme a un cono quadrato rovesciato all'interno di quelle pareti.

Questa architettura ha un duplice scopo: la gestione dell'assorbimento della luce del sole; in secondo luogo, la forma delle pareti e il cono dirigono il calore emesso dal film verso il cielo.

Riferimenti:

(1) Lyu Zhou

(2) Qiaoqiang Gan

(3) A polydimethylsiloxane-coated metal structure for all-day radiative cooling

(4) Boon S. Ooi

(5) Zongfu Yu

Descrizione foto: il sistema aiuta a raffreddare l'ambiente circostante assorbendo il calore dall'aria all'interno della scatola e trasmettendo quell'energia attraverso l'atmosfera terrestre nello spazio. - Credit: University at Buffalo.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: In the future, this electricity-free tech could help cool buildings in metro areas