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Verso la neutralizzazione del carbonio: raffreddamento radiativo dell’involucro per ridurre il consumo energetico dell’aria condizionata

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a Diagramma schematico dello scambio termico tra un involucro a temperatura regolata attivamente e lo spazio esterno attraverso il tetto. b Spettri ideali per la superficie esterna (rossa) e la superficie interna (blu) del sistema ECRC (Enhanced color-preserving radiative cooling). c Upper: immagine ottica dei pattern ricoperti dalle due superfici. Inferiore: custodia simulata con il dispositivo. d Risultati sperimentali: confronto tra temperatura ambiente e consumo energetico tra tetto nudo, tetto con solo specchio caldo e tetto con ECRC. Crediti: Yining Zhu, Hao Luo, Chenying Yang, Bing Qin, Pintu Ghosh, Sandeep Kaur, Weidong Shen, Min Qiu, Pavel Belov e Qiang Li

Il consenso internazionale è che il raggiungimento del picco di emissioni di carbonio e la conseguente neutralità del carbonio siano da considerare le principali sfide globali. La ricerca mostra che il consumo di energia degli edifici rappresenta oltre il 35% del consumo totale di energia, di cui i sistemi HVAC (riscaldamento, ventilazione e aria condizionata) rappresentano il 44%. Recentemente, il raffreddamento radiativo è stato ampiamente studiato come metodo di raffreddamento passivo, che può ridurre efficacemente la temperatura target aumentando l’emissività termica e la riflettività solare della superficie dell’oggetto.

In un nuovo articolo pubblicato in Scienza della luce e applicazione, un team di scienziati, guidato dal professor Qiang Li dell’Università di Zhejiang e dal professor Min Qiu dell’Università di Westlake, in Cina, e collaboratori hanno proposto una strategia di gestione termica con ingegneria fotonica che incorpora un sistema di raffreddamento radiativo (ECRC) ottimizzato per la conservazione del colore negli involucri a temperatura attiva esistenti. Attraverso un’efficiente regolazione dell’energia, si ottiene un risparmio energetico fino al 63% per il consumo energetico.

Il sistema di raffreddamento radiativo ottimizzato per la conservazione del colore è progettato sulla base di un modello di trasferimento del calore che coinvolge involucri, refrigeratori attivi e ambiente (atmosfera, spazio esterno e sole). Considerando molteplici fattori, gli autori propongono che la superficie esterna dell’edificio dovrebbe riflettere simultaneamente l’energia solare e irradiare energia infrarossa, mentre la superficie interna deve impedire alla radiazione di calore di entrare nello spazio interno. Per combinarsi con edifici esistenti, le pellicole rivestite dovrebbero essere altamente trasparenti.

I ricercatori hanno progettato e fabbricato il dispositivo utilizzando SiO2/TiO2 impilare il film come superficie esterna e il film ITO-PET come superficie interna. Attraverso l’ottimizzazione fotonica, le prestazioni spettrali sono ulteriormente migliorate vicino all’ideale. Quindi, un involucro simulato viene utilizzato per testare le prestazioni di raffreddamento e l’effetto di risparmio energetico del dispositivo. I risultati mostrano che nelle stesse situazioni, la temperatura interna della custodia con il dispositivo è inferiore di 9,6 ℃ rispetto a quella senza il dispositivo. Inoltre, quando la temperatura interna è fissata a circa 26℃, il consumo energetico della custodia con il dispositivo si riduce del 63% rispetto a quello senza dispositivo, il che dimostra una notevole capacità di risparmio energetico del dispositivo.

Inoltre, a causa dell’elevata trasparenza complessiva del dispositivo nella banda visibile, non è possibile rilevare quasi nessuna differenza di colore durante la copertura di superfici decorative con il dispositivo. Pertanto, il dispositivo può essere applicato in modo flessibile su tetti o finestre esistenti senza sacrificare l’estetica.


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