Il raffrescamento degli ambienti da energie rinnovabili

Si possono raffrescare gli ambienti con le fonti di energia rinnovabile? Scopri come alimentare il condizionatore con energia pulita.

Un impianto di raffrescamento, nelle abitazioni private, oggi, è ancora in gran parte costituito dai condizionatori d’aria, che sfruttano come fonte d’energia l’energia elettrica, così come d’altra parte anche i grandi impianti di condizionamento per uffici, o a refrigerazione industriale.

L’energia elettrica è prodotta in gran parte da fonti tradizionale di tipo fossile, ma è possibile prevedere un prossimo futuro in cui per gli impianti di raffrescamento o refrigerazione, in modo progressivo utilizzeranno energia provenite da fonti rinnovabili?

Proviamo a fare un po’ il punto della situazione. II funzionamento dei sistemi di raffrescamento e refrigerazione funzionano sull’utilizzo di un ciclo termodinamico. In particolare si adotta il ciclo frigorifero;o a compressione o ad assorbimento; esso è in grado di trasferire calore da un ambiente a bassa temperatura ad uno a temperatura superiore.

Perché questo ciclo funzioni occorre fornire energia, elettrica nel caso di ciclo a compressione, calore nel caso del ciclo ad assorbimento.

Le fonti di energia rinnovabile possono intervenire a monte nella produzione di energia elettrica o di calore.Si può ad esempio sfruttare il sole attraverso gli impianti solari termici.

Un primo filone di ricerca tecnologica è quella del solar cooling che consiste nell’abbinamento tra pannelli solari termici ed una macchina frigorifera ad assorbimento.

In altre parole, la tecnologia del solar cooling permette di produrre freddo, sotto forma di acqua refrigerata o di aria condizionata, a partire da una sorgente di calore.Il consumo di energia elettrica per il funzionamento delle apparecchiature di condizionamento e refrigerazione, è allora limitato al solo azionamento delle pompe e delle centraline di controllo.

Considerando gli elevati costi e le taglie che caratterizzano le macchine frigorifere (poche sotto i 20 kW), ad oggi il solar cooling risulta realizzabile soltanto per sistemi di condizionamento/refrigerazione di tipo centralizzato.

Il solar cooling apporta benefici su due fronti. Dal punto di vista del sistema elettrico nazionale, la diffusione su larga scala di questa tecnologia può contribuire ad allentare la pressione sulla rete elettrica, evitando i pericolosi picchi estivi.

Dal punto di vista di chi sceglie di installare un impianto solar cooling, ci sono consistenti benefici in termini di risparmio energetico ed economico. Senza considerare la riduzione di emissioni inquinanti e di CO2 in atmosfera.

Un altro beneficio è il fatto di utilizzare tutta l’acqua calda prodotta da impianti solari di medie e grandi dimensioni, anche nel corso della stagione estiva.In commercio, oggi, ci sono gruppi refrigeranti ad acqua calda di piccole potenze (già da 17 Kw frigoriferi) che risultano particolarmente indicati in tutti i casi in cui è disponibile acqua a temperature comprese fra 80° e 100°C, quali, ad esempio, impianti di cogenerazione, di processo industriale, di teleriscaldamento, a recupero di calore, ed, in ultimo da “collettori solari”.

Insomma questa tecnologia applicata al solare termico sembra essere promettente per il futuro, un ostacolo al suo pieno sviluppo è ancora legato ai costi, la tecnologia è comunque matura e sviluppata.

Altro filone seguito è quello della realizzazione di condizionatori d’aria e dispositivi refrigeranti più efficienti ed economici grazie all’impiego di nuovi materiali che permetteranno di mettere a punto refrigeratori ad assorbimento più piccoli così da migliorarne l’abbinamento con gli impianti solari temici.

La tecnologia del raffreddamento ad assorbimento ha fatto numerosi passi avanti nel corso degli ultimi anni, è infatti aumentata la qualità dei dispositivi sia in termini di efficienza sia di affidabilità.

I ricercatori del Pacific Northwest National Laboratory hanno sviluppato nuovi materiali ad elevata porosità adatti per il processo di raffreddamento ad assorbimento che può essere impiegato per il funzionamento di condizionatori d’aria e di frigoriferi; essi permetteranno di ridurre sensibilmente la dimensione ed il costo dei refrigeratori ad assorbimento così da incrementarne la competitività rispetto ai tradizionali refrigeratori azionati da compressore.

I ricercatori americani hanno migliorato le caratteristiche del materiale solido assorbente. Questa nuova generazione di refrigeratori ad assorbimento è adatta per funzionare in associazione al solare termico, potrà infatti sfruttare l’acqua calda proveniente dai pannelli solari.

In questo modo si arriverà all’obbiettivo di rinfrescare durante l’estate ed avere acqua calda ed una integrazione al riscaldamento durante l’inverno.

I ricercatori americani proseguiranno i loro studi per ottimizzare le prestazioni dei nuovi materiali e per realizzare un prototipo entro i prossimi tre anni.

Altra strada che si segue è quella dell’utilizzo delle pompe di calore geotermiche possono essere utilizzate anche per il raffrescamento estivo degli ambienti secondo due soluzioni differenti:

Active cooling

E’ possibile attraverso l’inversione del ciclo di funzionamento della pompa di calore (è una macchina reversibile), questo sistema ha un doppio vantaggio, in quanto rigenera nella sorgente il calore che è stato sottratto nel periodo invernale

Natural cooling

Il natural cooling avviene attraverso un secondo circuito di tubi che non attraversa più lo scambiatore della pompa di calore, che risulta inattiva, ma disperde il calore dell’abitazione direttamente nella sorgente esterna, consentendo in questo modo di ottenere il cosiddetto “effetto cantina”.

E’ chiaro che il natural cooling non è percorribile come soluzione progettuale in zone molto umide o con elevate temperature estive, avrei delle differenze di temperatura tra sorgenti molto alte e ridurrei l’efficienza del sistema.

Il raffrescamento passivo nasce dall’esigenza di raffrescare gli ambienti sta acquistando un significato sempre maggiore nel panorama edilizio attuale in cui la grande attenzione riservata al contenimento dei consumi invernali talvolta peggiora il funzionamento del sistema edificio-impianto durante la stagione estiva.

Con il termine raffrescamento passivo s’intendono una serie di accorgimenti che premettono il controllo delle condizioni interne minimizzando i consumi energetici utilizzando le risorse climatiche disponibili e realizzando sistemi a basso impatto ambientale.

Generalmente questi approcci vengono distinti in tre categorie.

  • Protezione dagli apporti di calore(solari o ambientali)
  • Modulazione degli apporti di calore
  • Dissipazione del calore

Un’ulteriore strada che potrebbe essere seguita è quella della trigenerazione, è un particolare campo dei sistemi di cogenerazione che, oltre a produrre energia elettrica, consente di utilizzare l’energia termica recuperata dalla trasformazione anche per produrre energia frigorifera, ovvero acqua refrigerata per il condizionamento o per i processi industriali.

Per quanto riguarda la produzione diretta di energia elettrica per le macchine di refrigerazione che funzionano a compressione, la tecnologia delle energie rinnovabili può proporre i pannelli fotovoltaici per la fornitura di energia elettrica a macchine di piccola e media taglia, in tale senso ci sono già prototipi di condizionatori collegati a pannello fotovoltaico, mentre per impianti più grandi si può proporre la tecnologia della combustione a biomassa , che può fornire energia sotto forma di calore (utile in inverno) ed energia elettrica per fornire la nostra macchina frigorifera.