Come rimanere freschi

Caldo, bollente, bruciante

Fin dalla notte dei tempi, gli esseri umani hanno cercato di proteggersi dalle condizioni climatiche estreme, sia calde che fredde. Non ci è voluto molto per trovare soluzioni per riscaldarsi adeguatamente, anche se l'efficienza è ancora un problema, ma il raffreddamento è rimasto un problema sfuggente. E non è detto che la situazione migliori presto.

Il riscaldamento globale sta aumentando il numero di eventi di calore estremo ovunque sulla Terra. Sebbene il pianeta sia attualmente più caldo di un solo grado rispetto a prima della rivoluzione industriale, questo piccolo cambiamento porta a grandi variazioni nel numero e nella gravità delle ondate di calore. Le mega-ondate di calore, che erano considerate eventi "una volta ogni 50 anni", sono diventate 4,8 volte più probabili rispetto a 150 anni fa.

Naturalmente, poiché non abbiamo ancora raggiunto le emissioni nette zero, la situazione continuerà a peggiorare nei decenni a venire. Se e quando raggiungeremo i 2 gradi, le ondate di calore estremo diventeranno 13,9 volte più probabili. Questo numero arriva a 39,2 se arriviamo a 4 gradi nel 2100. In generale, sempre più giorni durante l'anno saranno considerati mortalmente caldi. Le regioni tropicali potrebbero vedere più di 200 giorni killer in più (giorni con un indice di calore superiore a 41 gradi) entro il 2100, secondo le ipotesi di emissioni elevate.

500.000 persone muoiono ogni anno per il caldo eccessivo

Questi giorni sono estremamente dannosi per gli esseri umani. Il nostro corpo non può funzionare correttamente a più di qualche decimo di grado in più rispetto alla sua temperatura abituale, quindi ha sviluppato una serie di meccanismi di raffreddamento. Tuttavia, in caso di caldo estremo, questi meccanismi possono fallire. La sudorazione, ad esempio, funziona solo quando la temperatura e l'umidità sono sufficientemente basse. L'esposizione al caldo estremo porta a disidratazione, crampi da calore e persino colpi di calore quando il corpo raggiunge una temperatura interna di oltre 40 gradi Celsius.

Complessivamente, circa 500.000 persone muoiono ogni anno a causa del caldo eccessivo. In Europa, i tassi di mortalità per calore sono aumentati del 30% negli ultimi due decenni. Proprio lo scorso giugno, i ricercatori dell'Imperial College di Londra hanno stimato che il solo aumento del calore di 1,4° ha fatto triplicare il numero di morti ed è stato responsabile di 1500 decessi in Europa. Il caldo è mortale. Il caldo è mortale.

Come ci raffreddiamo

Per proteggerci dal caldo estremo, per ora abbiamo solo due soluzioni. Rimanere in casa (in un edificio ben isolato, seguendo alcuni consigli per tenere fuori il calore) e il raffreddamento convenzionale, noto anche come raffreddamento a compressione di vapore.

Raffreddamento a compressione di vapore

Il raffreddamento a compressione di vapore utilizza la pressione e un fluido speciale chiamato refrigerante per raffreddare diversi ambienti. Il refrigerante ha proprietà rare, in particolare la capacità di vaporizzare facilmente, ma è possibile utilizzare praticamente qualsiasi liquido con sistemi leggermente più complessi. Il refrigerante funziona in un ciclo, assorbendo il calore dalla "parte fredda" (gli ambienti interni) e disperdendolo nella "parte calda" (gli ambienti esterni). Questo ciclo prevede 4 fasi principali:

• Innanzitutto il refrigerante viene compresso in un gas ad alta pressione, che lo rende molto caldo. Questa è la fase in cui l'energia viene immessa nel ciclo dalla macchina.

• Il refrigerante è ora più caldo dell'ambiente esterno. Entrambi vengono messi a contatto e il calore passa naturalmente dal refrigerante all'esterno.

• Dopo aver perso parte del suo calore, ma mantenendo la sua pressione, il refrigerante viene lasciato espandere, perdendo così la sua pressione e la sua temperatura. Tuttavia, poiché ha ceduto parte del suo calore all'esterno, il ritorno alla pressione iniziale lo lascia molto più freddo di prima.

• Il refrigerante freddo viene messo a contatto con l'ambiente interno, dove riceve naturalmente calore fino a tornare al suo stato originale.

• Una volta completato con successo il ciclo, il refrigerante ha catturato energia dall'interno e l'ha rilasciata all'esterno.

Parete con più unità CA

Il problema, naturalmente, è che l'elettricità utilizzata per far funzionare queste macchine spesso proviene dalla combustione di combustibili fossili, il che rafforza il problema da cui ci protegge. Si tratta di un circolo vizioso: più il pianeta si riscalda, più abbiamo bisogno di raffreddarci, più contribuiamo al riscaldamento del pianeta. L'aria condizionata emette già oltre 1 miliardo di tonnellate di CO2 ogni anno ed è la fonte di emissioni di CO2 in più rapida crescita legata agli edifici.

L'aria condizionata è responsabile del 3% delle nostre emissioni e del 7% del nostro consumo di elettricità.

Come possiamo fare meglio?

Attualmente ci sono molte startup e aziende che cercano di migliorare la nostra metodologia di raffreddamento per renderla più efficiente e meno impattante.

Nuove tecniche di raffreddamento

Il raffreddamento a compressione di vapore non è l'unica tecnica esistente. Diamo uno sguardo più approfondito a tre nuovi tipi di raffreddamento in fase di sviluppo.

Il primo è un miglioramento molto semplice del raffreddamento a vapore: la sostituzione del refrigerante, spesso un fluido molto inquinante (di solito più di 1000 volte più dannoso per il clima della CO2), con fluidi semplici come acqua o CO2. Aziende come Enersion o Green-Y stanno trovando processi creativi per utilizzare questi refrigeranti ecologici senza compromettere l'efficienza del dispositivo.

La seconda tecnica è molto più complessa e si chiama raffreddamento magnetocalorico. Sfrutta l'effetto magnetocalorico, in base al quale alcuni solidi si riscaldano o si raffreddano quando viene applicato loro un campo magnetico. I sistemi magnetocalorici funzionano in modo molto simile ai sistemi a compressione di vapore: sostituiscono solo il refrigerante con un pezzo di metallo e il compressore con un campo magnetico. Sebbene questo effetto sia stato scoperto più di cento anni fa (il nonno del nostro fondatore, Auguste Piccard, fu tra i primi a osservarlo), la tecnologia è ancora agli inizi. Sebbene non possa essere teoricamente più efficiente del ciclo di Carnot dal punto di vista termodinamico, può essere complessivamente più efficiente perché si spende meno energia per le parti in movimento. Aziende come Magnoric, Camfridge e Polaris stanno lavorando attivamente per portare sul mercato applicazioni commerciali di questa tecnologia.

La terza tecnica è l'uso di motori termoacustici. Questi sfruttano il fatto che il suono, muovendo le particelle nei solidi, crea attrito e quindi calore. Questo effetto può essere invertito e il calore può essere trasformato in suono. Naturalmente è molto più complicato di quanto sembri (il gioco di parole è d'obbligo), ma potete saperne di più su come funziona qui, o dare un'occhiata ad alcune delle nostre soluzioni etichettate che cercano di creare sistemi industriali funzionali e finanziariamente sostenibili, come Equium o Blue Heart Energy.

Inoltre, il raffreddamento può essere talvolta impossibile da ottenere per le installazioni lontane dalla rete elettrica. Questo lascia le popolazioni che vivono in aree remote senza alcuna soluzione per mantenere il cibo fresco e proteggersi dal calore. Sono state create nuove tecnologie per consentire il raffreddamento off-grid, come Cool Box di Solar Polar, che utilizza l'energia del sole per creare un raffreddamento senza emissioni e senza parti in movimento, o Helio Cooling di HelioClim, che incanala i raggi solari concentrati per alimentare una pompa di calore.

Nuove tecniche di stoccaggio

Raffreddare le cose è fantastico, ma per ottenere una vera efficienza dobbiamo essere in grado di immagazzinare il calore e il freddo in modo efficiente. In questo modo, possiamo produrre freddo quando le condizioni sono migliori e usarlo quando è necessario.

Il terreno è un luogo ideale per immagazzinare calore e freddo. Questo perché l'inerzia termica del terreno è notevole, il che significa che la sua temperatura varia molto poco quando è soggetta a variazioni di temperatura o a flussi di energia dall'ambiente circostante. Ciò significa che a più di 4 metri di profondità il suolo mantiene una temperatura costante durante tutto l'anno, indipendentemente da ciò che accade al di sopra. Da ciò si possono trarre due conclusioni:

• Possiamo utilizzare il terreno come fonte di calore o di freddo costante durante tutto l'anno. Se il terreno sotto casa è a 16°, si può far circolare l'acqua e ottenere una fonte di calore in inverno o di freddo in estate. Questo è il concetto alla base della parete geotermica GeoTerre.

• Possiamo utilizzare il terreno per immagazzinare un po' del nostro calore extra in estate, raffreddando così la nostra casa, e poi prendere questo calore extra in inverno per riscaldarci, in un processo chiamato Geostorage. Questo è ciò su cui sta lavorando il team di Accenta.

Installazione geotermica in Islanda

Quando il terreno non è un'opzione, esistono alternative creative. Soprema, ad esempio, ha scoperto che alcune strutture già esistenti possono essere utilizzate per trattenere il calore o il freddo. Hanno modificato il serbatoio antincendio obbligatorio del loro edificio per utilizzarlo come deposito di calore o di freddo. Boreales ha notato che il ghiaccio ha una grande capacità di trattenere il freddo, quindi è in grado di creare freddo quando l'energia è abbondante, immagazzinarlo sotto forma di ghiaccio e rilasciarlo su richiesta. HeatTank, invece, ha scelto la strada dell'alta tecnologia e utilizza biomateriali chiamati Phase Change Materials per immagazzinare il freddo in modo compatto, riducendo così del 90% il volume necessario per l'accumulo di calore.

Migliorare l'efficienza degli edifici.

È fantastico poter generare freddo quando e dove vogliamo, ma il passo più importante verso l'efficienza energetica è conservare il freddo che già abbiamo. Ecco una panoramica di tutto ciò che possiamo fare a questo scopo.

L'idea più ovvia per mantenere il freddo all'interno è quella di migliorare l'isolamento. L'isolamento è fondamentale per mantenere il calore all'esterno. È stato dimostrato che un isolamento insufficiente può far perdere alle case un terzo del loro calore in inverno. Un buon isolamento fa risparmiare denaro e CO2 e aggiunge comfort alla casa. L'isolamento dipende dai materiali utilizzati e dalla struttura delle pareti. Il miglior isolante è il vuoto, poiché non lascia passare il calore, ma è molto difficile da realizzare nelle pareti. Esistono aziende che cercano di creare pareti isolate dal vuoto, come i pannelli isolanti WALLRUS, ma esistono anche altri modi per creare un ottimo isolamento:

• Airium è un materiale unico nel suo genere che offre un ottimo isolamento a basso costo. È facile da usare e da riciclare.

• Tl-Skin è un nuovo materiale che utilizza materiali a cambiamento di fase (proprio come HeatTank) per immagazzinare il calore in entrata e impedirne il passaggio.

• I nuovi blocchi strutturali come Caleosol ECO+ o EPIC Block semplificano la costruzione di strutture ben isolate con blocchi modulari che si adattano ovunque e sono facili da assemblare.

• LoStructure Cooling è un approccio creativo per mantenere gli edifici freschi facendo circolare l'acqua di scarico fresca attraverso le pareti.

Un'altra soluzione per proteggere gli edifici dal calore esterno è quella di rivestirli con uno strato protettivo. Esistono due alternative principali, entrambe efficienti ma incompatibili tra loro:

• Dipingere gli edifici con vernici bianchissime, come SolarCoat o CoolRoof, che riflettono quasi il 100% della luce solare, facendo in modo che questa non venga intrappolata dal tetto e trasformata in calore.

• Ricoprire gli edifici di piante, con giardini pensili e pareti verdi. Le piante sono incredibili nel trattenere il calore all'esterno o all'interno: possono migliorare la bolletta energetica di un edificio del 22%. Questa è la strada scelta da soluzioni come Vertiscape o Sky Water Roof.

Il teleraffreddamento implementato da Engie

Infine, uno strumento per gestire la temperatura degli edifici è quello di unire le loro risorse per ottenere maggiore efficienza e flessibilità. I sistemi di teleraffrescamento funzionano come i sistemi di riscaldamento centralizzati: forniscono il freddo agli edifici che ne hanno bisogno da una struttura centralizzata. In questo modo gli edifici possono ottenere esattamente il freddo di cui hanno bisogno quando ne hanno bisogno, senza doversi occupare di costosi sistemi di raffreddamento. I sistemi di ultima generazione possono fornire sia il riscaldamento che il raffreddamento a diversi edifici e reimmettere il calore di scarto del processo di raffreddamento nel sistema di riscaldamento. È questa l'idea alla base di soluzioni come CAAS o Boostherm.

Cosa resta da fare?

Come abbiamo visto, le soluzioni per riscaldare e raffreddare in modo efficace sono numerose. Tuttavia, non hanno molta importanza se non vengono implementate. Oggi la maggior parte dei consumatori acquista il condizionatore più economico sul mercato, che a volte è 5 volte meno efficiente del miglior condizionatore disponibile. Questo comporta bollette energetiche più alte, una durata di vita più breve e un aumento delle emissioni. Il problema non è quindi tanto quello di quali tecnologie siano disponibili, quanto quello di quali regolamenti e incentivi possiamo far sì che queste tecnologie vengano ampiamente adottate.