Il controllo dell’umidità ha un enorme impatto sulle emissioni di gas serra

Secondo un’analisi degli scienziati del National Renewable Energy Laboratory e dello Xerox PARC, le emissioni di gas serra dei condizionatori d’aria dovrebbero aumentare mentre la crescita economica spinge gli sforzi per controllare sia la temperatura che l’umidità.

La ricerca, che esplora l’impatto ambientale del controllo dell’umidità, appare nella rivista Joule come “l’impatto dell’umidità sulle emissioni di gas serra dell’aria condizionata”. Sebbene l’energia utilizzata per alimentare i condizionatori d’aria abbia chiare implicazioni sulle emissioni di gas serra, l’impatto della rimozione dell’umidità dall’aria è finora sfuggito a uno studio approfondito. I ricercatori hanno dimostrato che il controllo dell’umidità è responsabile di circa la metà delle emissioni legate all’energia, mentre l’altra metà è dovuta al controllo della temperatura.

“È un problema impegnativo che le persone non hanno risolto da quando i condizionatori d’aria sono diventati un luogo comune più di mezzo secolo fa”, ha affermato Jason Woods, un ingegnere ricercatore senior di NREL e coautore del nuovo studio. I suoi coautori di NREL sono Nelson James, Eric Kozubal ed Eric Bonnema. I collaboratori di Xerox PARC, una società di ricerca e sviluppo che lavora su come rimuovere l’umidità dall’aria in modo più efficiente, sono Kristin Brief, Liz Voeller e Jessy Rivest.

I ricercatori hanno sottolineato che la crescente necessità di raffreddare l’aria è sia una causa che un effetto del cambiamento climatico.

Anche una piccola quantità di umidità nell’aria può far sentire le persone a disagio e persino danneggiare gli edifici sotto forma di muffe e funghi. Inoltre, il controllo dell’umidità interna attraverso le tecnologie di condizionamento dell’aria disponibili in commercio ha un impatto sull’ambiente in tre modi: 1) consumano una notevole quantità di elettricità, 2) usano e perdono refrigeranti a base di CFC con un potenziale di riscaldamento globale 2.000 volte più potente del carbonio diossido e 3) anche la produzione e la fornitura di questi sistemi rilasciano gas serra.

I ricercatori hanno calcolato che l’aria condizionata è responsabile dell’equivalente di 1.950 milioni di tonnellate di anidride carbonica rilasciata ogni anno, ovvero il 3,94% delle emissioni globali di gas serra. Di quella cifra, 531 milioni di tonnellate provengono dall’energia spesa per controllare la temperatura e 599 milioni di tonnellate dalla rimozione dell’umidità. Il saldo di 1.950 milioni di tonnellate di anidride carbonica deriva dalla fuoriuscita di refrigeranti che causano il riscaldamento globale e dalle emissioni durante la produzione e il trasporto di apparecchiature per il condizionamento dell’aria. La gestione dell’umidità con i condizionatori d’aria contribuisce maggiormente al cambiamento climatico rispetto al controllo della temperatura. Il problema dovrebbe peggiorare poiché i consumatori di più paesi, in particolare in India, Cina e Indonesia, stanno installando rapidamente molti più condizionatori d’aria.

“È una cosa buona e una cattiva”, ha detto Woods. “È positivo che più persone possano beneficiare di un maggiore comfort, ma significa anche che viene utilizzata molta più energia e aumentano le emissioni di carbonio”.

Per calcolare le emissioni per gestire sia la temperatura che l’umidità, i ricercatori hanno diviso il globo in una griglia sottile che misura 1 grado di latitudine per 1 grado di longitudine. All’interno di ciascuna cella della griglia sono state considerate le seguenti caratteristiche: popolazione, prodotto interno lordo, proprietà stimata del condizionatore d’aria pro capite, intensità di carbonio della rete e tempo orario. Hanno eseguito quasi 27.000 simulazioni in tutto il mondo per edifici commerciali e residenziali rappresentativi.

Il cambiamento climatico sta influenzando la temperatura e l’umidità dell’ambiente in tutto il mondo, rendendolo più caldo e umido. Nell’ambito dello studio, i ricercatori hanno considerato l’impatto del cambiamento climatico sull’uso dell’energia dei condizionatori d’aria entro il 2050. Ad esempio, lo studio prevede che l’uso di energia dei condizionatori d’aria aumenterà del 14% nel clima più caldo studiato (Chennai, India) e del 41 % nelle zone più miti (Milano, Italia) entro il 2050. Si prevede che l’aumento dell’umidità globale avrà un impatto maggiore sulle emissioni rispetto all’aumento delle temperature globali.

“Abbiamo già reso la tecnologia esistente, vecchia di un secolo, quasi il più efficiente possibile”, ha affermato Woods. “Per ottenere un cambiamento trasformativo in termini di efficienza, dobbiamo considerare approcci diversi senza i limiti di quello esistente”.

La tecnologia di compressione del vapore esistente è ottimizzata per raffreddare i nostri edifici utilizzando un “ciclo di compressione del vapore”. Questo ciclo utilizza refrigeranti dannosi per raffreddare l’aria a un livello sufficientemente basso da strizzarne l’umidità, spesso raffreddando eccessivamente l’aria e sprecando energia. Il miglioramento del ciclo di compressione del vapore sta raggiungendo limiti pratici e teorici, indicando così la necessità di scavalcare un modo completamente nuovo di raffreddare e deumidificare gli edifici. Le nuove tecnologie che dividono questo problema di raffreddamento e controllo dell’umidità in due processi mostrano il potenziale per migliorare l’efficienza del 40% o più. Una volta tale spazio tecnologico è l’uso di cicli di raffreddamento basati su essiccante liquido, come le numerose tecnologie di condizionamento dell’aria con essiccante liquido che NREL sta attualmente sviluppando con molti partner, come Emerson e Blue Frontier.

I ricercatori sottolineano che l’uso di essiccanti liquidi cambia radicalmente il modo in cui viene controllata l’umidità e ha un limite di efficienza teorica che è 10 volte superiore al solo ciclo di compressione del vapore. Una tecnologia ipotetica – a solo la metà di questo nuovo limite – ridurrebbe le emissioni di energia di raffreddamento del 42% nel 2050, con l’equivalente di evitare 2.460 milioni di tonnellate di anidride carbonica all’anno.

L’Ufficio Tecnologie Edilizie del Dipartimento dell’Energia ha finanziato la ricerca pubblicata in Joule.

NREL è il principale laboratorio nazionale del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti per la ricerca e lo sviluppo delle energie rinnovabili e dell’efficienza energetica. NREL è gestito per DOE da Alliance for Sustainable Energy LLC.

Articolo per gentile concessione del National Renewable Energy Laboratory.


 

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