Quando la maggior parte delle persone pensa al raffreddamento, immaginano automaticamente l'aria condizionata, o raffreddare l'aria in una stanza. Ma c'è un modo molto più efficiente per raffreddare le persone, utilizzando le radiazioni del corpo.

Per dimostrare l'effetto del raffreddamento radiante, Forrest Megger, assistente professore di architettura e il Centro Andlinger per l'energia e l'ambiente, e un team di ricercatori ha costruito il Cold Tube a Singapore l'anno scorso. Era un padiglione esterno rivestito con nuovi pannelli radianti isolati che contenevano tubi dell'acqua fredda all'interno. Il corpo umano scambia costantemente radiazioni con gli oggetti che lo circondano e le radiazioni fluiscono dalle superfici calde a quelle fredde. I partecipanti che hanno attraversato la mostra hanno diffuso le loro radiazioni verso i pannelli e hanno riferito di sentirsi freschi, nonostante l'aria stessa abbia livelli di temperatura e umidità che normalmente si sentirebbero soffocanti. La nuova ricerca ha dimostrato che le persone possono sentirsi a proprio agio in ambienti esterni caldi e umidi utilizzando solo il raffreddamento radiante, che potrebbe utilizzare molta meno energia rispetto al raffreddamento di grandi volumi d'aria.

Per coincidenza Yueh-Lin (Lynn) Loo, direttore dell'Andlinger Center for Energy and the Environment, ha sede a Singapore negli ultimi cinque mesi, non lontano da dove il team di Meggers ha testato il Cold Tube. "Questi progetti alternativi possono interrompere il modo in cui pensiamo al raffreddamento degli spazi e alla promozione della circolazione dell'aria contemporaneamente, " disse Loo, che è anche Theodora D. '78 e William H. Walton III '74 Professore di Ingegneria e professore di ingegneria chimica e biologica. "Penso che il Cold Tube e tecnologie simili siano esattamente i tipi di innovazioni che possono aiutare a rendere più piacevole la vita ai tropici".

I ricercatori di Princeton, collaborando con studiosi della University of British Columbia, Università di Berkeley, ETH Zurigo a Singapore, e l'Università della Pennsylvania, ha pubblicato i risultati di Cold Tube nel numero del 18 agosto del Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze ( PNAS ).

In questo Q&A, Meggers e primo autore dell'articolo, Dott. Eric Teitelbaum, che ha completato la ricerca come studente laureato sotto Meggers ed è ora un ingegnere senior presso AIL Research, commentare il potenziale della loro tecnologia per risparmiare denaro ed energia, anche per aiutare a mantenere le persone al sicuro in una pandemia come l'attuale crisi COVID-19 consentendo un maggiore flusso d'aria in un edificio senza installare nuove infrastrutture o richiedere energia extra per raffreddare il maggior volume d'aria.

Qual è il più grande malinteso sull'aria condizionata?

Meggers:L'aria condizionata non è sinonimo di raffreddamento. È un metodo altamente radicato per raffreddare gli edifici, ma non è l'unico. Inoltre, i tuoi condizionatori da finestra stanno solo raffreddando l'aria esistente nella stanza; non portano novità, aria fresca nella tua stanza. Le unità di condizionamento dell'aria (AC) sono diventate così normalizzate e integrate nella vita quotidiana ma, in realtà, sono macchine enormi che richiedono molta energia, e non dovrebbe essere trattato come accendere un interruttore della luce. Un'unità finestra apparentemente semplice richiede da 10 a 1000 volte più energia di un ventilatore da soffitto, e lasciare l'aria condizionata accesa è paragonabile in termini di energia a lasciare la luce accesa in 100 stanze.

Qual è il vantaggio delle superfici di raffreddamento, come pareti e tavoli, invece di raffreddare l'aria?

Meggers:Nel tubo freddo, gli occupanti sono completamente raffreddati per irraggiamento termico, il che significa che l'energia è stata utilizzata principalmente per raffreddare l'acqua all'interno delle pareti, non raffreddare l'aria. Con aria condizionata, la deumidificazione e il raffreddamento avvengono contemporaneamente. Il vantaggio della tecnologia Cold Tube è che disaccoppia il raffreddamento dalla fornitura di aria fresca, significa che le persone possono tenere le finestre aperte, pur mantenendo il comfort, e senza spendere enormi quantità di energia per raffreddare e deumidificare il flusso d'aria. L'aria dovrebbe essere solo per respirare, non raffreddamento.

In che modo i risultati sono rilevanti per proteggere le persone da virus come il COVID-19?

Teitelbaum:Il modo in cui gli edifici sono costruiti oggi, utilizzando esclusivamente AC per il raffreddamento, non possiamo aumentare la quantità di aria fresca che forniamo agli edifici a piacimento perché il flusso d'aria è accoppiato con la quantità di aria condizionata che gli edifici devono fornire. Se si desidera che più aria esterna entri nell'edificio, è inoltre necessaria una capacità aggiuntiva per deumidificare e raffreddare l'aria. La maggior parte dei sistemi non è stata costruita con la capacità di far fluire la quantità di aria che, in molti casi, si raccomanda di diluire i contaminanti dell'aria interna e prevenire la diffusione del contagio, come il recente virus COVID-19. E se possono, richiede enormi quantità di energia. Ma con i sistemi radianti, le persone possono aprire le finestre e stare comunque comode, lasciando entrare aria extra per ridurre la concentrazione di virus nell'aria.

In che modo questa tecnologia aiuta a mitigare i cambiamenti climatici?

Teitelbaum:questo sistema utilizza almeno il 50% di energia in meno rispetto a un condizionatore d'aria di dimensioni comparabili. Lasciare che l'aria si riscaldi di cinque gradi mentre le superfici di raffreddamento possono ridurre la richiesta di energia fino al 40% e mantenere il comfort degli occupanti. Consentire temperature dell'aria ancora più elevate comporterebbe un maggiore risparmio energetico.

Questa alternativa all'aria condizionata potrebbe migliorare anche la qualità dell'aria esterna mitigando l'effetto isola di calore urbana?

Meggers:La maggior parte dei miei coautori ed io abbiamo viaggiato nel sud-est asiatico e abbiamo visto in prima persona quanto velocemente le unità AC sono state schierate su larga scala. L'aggiunta di finestre AC o unità split agli edifici viene eseguita con poca considerazione degli effetti sulle temperature superficiali, e il clima e il calore di una città. Le unità funzionano respingendo il calore dall'aria in una stanza verso l'esterno. Il rifiuto del calore all'esterno degli edifici lungo la facciata fa sì che i marciapiedi e le aree intorno agli edifici diventino molto caldi, e molti spazi diventano inutilizzabili. La nostra tecnologia fa esattamente l'opposto; offre opportunità per recuperare l'accettabilità termica in varie parti della città senza dover costruire un enorme parco. Puoi installare questi pannelli di raffreddamento all'esterno e costruire "paradisi fantastici" dove le persone possono riunirsi, mangiare, e gioca.

Quanto è importante questo esperimento per aprire la strada a un mondo in cui le persone sono raffreddate senza aria condizionata?

Teitelbaum:Ci vorranno più di 8 mesi di esperimento per cambiare il modo in cui le persone pensano ai sistemi di comfort e all'efficienza energetica nell'ambiente costruito. Gran parte della ricerca del laboratorio C.H.A.O.S del professor Megger si è concentrata sull'espansione della bolla di conoscenza dell'influenza della radiazione termica sul comfort e sull'efficienza. L'esperimento Cold Tube ha creato molte nuove conoscenze, che è un grande successo accademico. Commercialmente, mentre ci sono aziende che producono tecnologie simili, c'è ancora bisogno di continuare a dimostrare e sperimentare nuovi concetti non solo per promuovere la tecnologia, ma anche questo cambio di paradigma. Il passaggio dall'aria condizionata a un design del comfort più olistico ci aiuterebbe ad agire come amministratori del pianeta e dei nostri ambienti costruiti. In molte parti del mondo, come Singapore e altre aree tropicali che cercano sempre più modi per condizionare gli spazi, significativamente più energia va alla deumidificazione dell'aria rispetto al semplice raffreddamento dell'aria. Questo è uno dei luoghi in cui crediamo che il nostro paradigma di comfort avrà i maggiori incrementi di efficienza e impatto, poiché la deumidificazione non è necessaria affinché le persone si sentano a proprio agio.