Sistema di raffreddamento a energia solare

condizionatore d'aria - Foto di Muzz MitchellCondizionatori 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.

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. L’uso dei nuovi materiali permetterà di realizzare apparecchi di piccole dimensioni a basso consumo energetico.

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. Tuttavia allo stato attuale i refrigeratori ad assorbimento hanno dimensioni troppo grandi e sono eccessivamente costosi per essere impiegati in numerosi apparecchi come quelli di uso comune nelle abitazioni.

I nuovi materiali realizzati dai ricercatori del Pacific Northwest National Laboratory 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.

Frigoriferi e condizionatori d’aria rinfrescano grazie all’evaporazione di una sostanza refrigerante e questo passaggio di stato sottrae il calore. I diversi dispositivi differiscono tra loro per come la sostanza refrigerante viene condensata nuovamente allo scopo di essere riutilizzata più volte.
I refrigeratori ad assorbimento usano il calore per condensare il refrigerante mentre la tecnologia presente nella maggior parte dei condizionatori d’aria sfrutta l’energia elettrica per azionare il compressore e comprimere il refrigerante vaporizzato.

Il vantaggio dei refrigeratori ad assorbimento è il basso costo di funzionamento poiché consumano pochissima elettricità, tuttavia risultano meno efficienti rispetto ai sistemi con compressori elettrici, sono ingombranti e costosi. Ecco perché fino ad oggi hanno avuto un impiego molto limitato che si concentra in prevalenza nelle applicazioni industriali legate ad una elevata dispersione di calore e nelle zone prive di rete elettrica.

Per rendere questi apparecchi più attraenti dal punto di vista commerciale i ricercatori americani hanno migliorato le caratteristiche del materiale solido assorbente.

In un refrigeratore ad assorbimento la sostanza refrigerante allo stato di vapore viene assorbita: aderisce alla superficie di un solido come il gel di silice. Questo gel può trattenere una grande quantità di liquido in uno spazio ridotto, si comporta quindi come una spugna che trattiene il vapore acqueo.
Quando il gel viene riscaldato inizia a liberare le molecole d’acqua in una camera, all’aumentare della concentrazione di vapore acqueo la pressione sale fino a quando l’acqua condensa.

Il gel di silice è stato rimpiazzato con un nuovo materiale ingegnerizzato, fatto con nano-strutture che si assemblano da sole per creare complesse forme tridimensionali. Questo nuovo materiale è più poroso e ciò consente di avere una elevata superficie disponibile ad ospitare le molecole d’acqua. Come risultato l’acqua viene trattenuta quattro volte di più rispetto al gel di silice, quindi serve decisamente meno materiale per assorbire la stessa quantità di acqua: ecco come i ricercatori sono riusciti ad ottenere una prima importante riduzione delle dimensioni del refrigeratore.

Il nuovo materiale ha un’altra caratteristica vantaggiosa che permette di ridurre ancora di più la dimensione dell’apparecchio: forma legami più deboli con l’acqua e ciò riduce sia la quantità di calore necessaria per liberare le molecole d’acqua sia il tempo necessario per l’assorbimento e il desorbimento della sostanza in modo da rendere il processo più efficiente.

I nuovi materiali funzionano sia con acqua sia con altre sostanze refrigeranti.

L’impiego dei nuovi materiali messi a punto dai ricercatori del Pacific Northwest National Laboratory permetterà di ridurre la dimensione dei refrigeratori ad assorbimento del 75%.

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.