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Come l’aria condizionata ha cambiato il mondo

 By Nicholas Newman

Proteggersi dal caldo dell’estate ha rappresentato una sfida sin dai tempi antichi: difatti, l’aria condizionata nelle case non è un’idea nuova…

Ci sono testimonianze che gli antichi romani facessero il possibile per stare freschi nella canicola estiva. Eliogabalo, imperatore romano del terzo secolo, mandava gli schiavi a raccogliere la neve dalle montagne vicine per distribuirla nei suoi giardini. Inoltre, faceva usare ventagli ai suoi servitori per generare una brezza rinfrescante.
Altri mezzi di raffreddamento passivi usati nel corso dei secoli erano l’uso di colori chiari sui muri e i tetti per riflettere il calore e la creazione di fontane e specchi d’acqua. Molti dei palazzi storici del mondo, come l’Alhambra a Granada, Villa d’Este a Tivoli vicino a Roma e il villaggio di Santorini in Grecia sono esempi di tecnologie di condizionamento passivo in uso.

Villa d'Este, Tivoli (M.Maselli, Flickr)

La nascita del sistema di climatizzazione moderno

Tuttavia, fino all’inizio del 20° secolo, ci furono pochi progressi nello sviluppo delle tecnologie di condizionamento. Nel 1902, però, nacque il raffreddamento artificiale o quello che noi oggi chiamiamo aria condizionata. L’innovazione è merito di un giovane ingegnere di nome Willis Carrier, che al tempo lavorava per un’azienda di riscaldamento chiamata Buffalo Forge. Willis Carrier venne consultato dalla Sackett & Wilhems, un’azienda tipografica del tempo con base a New York, perché questa aveva problemi nel processo di stampa a causa delle fluttuazioni nei livelli di umidità. Quando si stampava a colori lo stesso foglio doveva essere stampato quattro volte: in ciano, magenta, giallo e nero. Se il tasso d’umidità cambiava tra una stampa e l’altra, il foglio di carta si espandeva o ritirava leggermente dando una finitura di stampa di bassa qualità.

Willis Carrier progettò il primo sistema moderno di aria condizionata (williscarrier.com)

Willis Carrier trovò la soluzione. La sua idea innovativa di controllare i livelli di umidità divenne quello che oggi chiamiamo “aria condizionata”: consisteva nel far circolare l’aria su spirali raffreddate con ammoniaca compressa, che mantenevano l’umidità ad una percentuale costante del 55%.
Ben presto questa scoperta fu adottata da diversi settori, tra cui il tessile, i mulini e la Gillette Corporation, per ridurre l’umidità nella produzione di lame da rasoi. Tuttavia solo nel 1906 Willis Carrier ebbe la possibilità di sfruttare la sua scoperta in edifici pubblici come i teatri e i cinema. In realtà tutto, dalla produzione di alimenti da forno alle forniture belliche, fu reso possibile grazie all’aria condizionata. Negli anni venti e trenta, l’arrivo dell’aria condizionata nelle sale cinematografiche contribuì a rendere popolare l’andare al cinema proprio per sfuggire alla calura estiva. Grazie a questa invenzione, in grado di controllare la temperatura dell’aria e l’umidità, si diffusero i centri commerciali, i voli transoceanici, i computer e i server che supportano internet.

Il mercato della climatizzazione

Oggi sembra ci sia nel mondo una costante necessità di rinfrescamento mediante sistemi di condizionamento dell’aria. Il mercato dovrebbe generare più di 68,93 miliardi di dollari di cifra d’affari entro il 2022 secondo un tasso di crescita annuale comparata composta stimato al 4,34% dal 2016 al 2022, che potrebbe significare che entro il 2020 saranno stati venduti 137,8 milioni di impianti. Il mercato principale per i sistemi di condizionamento è quello dell’area asiatica del Pacifico, con la Cina in testa, anche se c’è stata crescita in altre aree in via di sviluppo, come l’India, il Medio Oriente e l’Africa.
La domanda di impianti di condizionamento in molti paesi emergenti dovrebbe continuare a crescere, in linea con la loro crescita economica e demografica. Per esempio, il mercato della climatizzazione in Arabia Saudita dovrebbe crescere secondo un tasso comparato di crescita annuale intorno al 8,7% per i prossimi 5 anni. In India il consumo totale per l’aria condizionata dovrebbe decuplicare nel corso dei prossimi dieci anni, e in Brasile la domanda è triplicata in soli 5 anni.
Ci sono diverse ragioni per cui la domanda di impianti di condizionamento continua a crescere, tra cui il miglioramento del tenore di vita in molti paesi, i progressi tecnologici e l’impatto che le innovazioni hanno avuto sull’accessibilità economica delle apparecchiature.

Come la climatizzazione ha cambiato il mondo

Oggi l’aria condizionata non significa solo dare refrigerio alle persone, ma anche controllare le condizioni ambientali negli uffici, nelle industrie e sui treni. Per molti significa assicurare una temperatura adeguata per lavorare e nei processi di lavorazione industriale l’aria condizionata non solo controlla la temperatura ma anche il grado di umidità.
Ha difatti cambiato l’aspetto degli edifici, che in passato venivano realizzati in modo che fossero freschi in maniera passiva, mentre i progetti moderni prevedono un raffreddamento artificiale, sulla base del quale gli architetti hanno abbandonato l’uso di tecniche di raffreddamento passivo, quali per esempio i muri spessi, i soffitti alti, le veneziane, i balconi, i cortili e le finestre non rivolte al sole per mantenere gli ambienti freschi. Il Prof. Derek Clements-Croome dell’università di Reading in una telefonata ci ha indicato che “Gli edifici normalmente di struttura pesante sono per loro natura freschi nei paesi caldi, se paragonati agli edifici moderni leggeri nella struttura che possono scaldarsi molto, a meno che non siano adeguatamente ventilati”.
Per esempio, l’aria condizionata ha portato dei cambiamenti non solo alla progettazione degli edifici ma anche all’economia degli Stati Uniti del sud. Prima dell’aria condizionata gli edifici avevano verande e persiane per assicurare frescura e l’economia di quest’area geografica aveva risultati inferiori rispetto alle aree più fresche del nord degli USA. Ora l’economia degli Stati Uniti del sud è in piena espansione, grazie anche all’aria condizionata che ha permesso ad aziende come GE di trasferire gli stabilimenti per la costruzione di locomotive in Texas.

Park 288 a Houston, Texas (colliers.com)

L’aria condizionata ha anche portato dei benefici migliorando la capacità delle persone di lavorare, studiare e fare altre attività. Secondo Geoffrey Heal e Jisung Park, un anno più caldo della media è negativo per la produttività nei paesi caldi ma positivo nei paesi freddi: i picchi individuali di produttività – secondo i due esperti – si ottengono a temperature tra 18° e 22°. Se un ambiente è troppo caldo, chi vi lavora tende a sentirsi insonnolito e il suo livello di concentrazione diminuisce notevolmente.

I problemi legati al condizionamento artificiale dell’aria

Ci sono alcuni problemi nella climatizzazione dell’aria: per esempio, l’impatto ambientale e l’uso di energia.
Usare l’aria condizionata può far consumare molta energia: la ricerca ha rilevato che un sistema di climatizzazione centralizzato in America usa 11 KWh al giorno, l’equivalente di quello che in media serve ad un abitante del Marocco in una settimana. La città di Wellesley in Massachusetts ha riscontrato che un qualunque sistema centralizzato di aria condizionata per ambienti domestici, che sia in funzione per 6 ore al giorno, consuma circa 900 kWh al mese: al costo di $0,134 per kWh, il totale mensile è di $120,60. Un’unità termica di 12.000 BTU installata in una finestra e che sia in funzione per 6 ore al giorno consumerà 270 kWh, al costo di $36,26 al mese, ma un più piccolo impianto di climatizzazione di ambiente (di 6.500 BTU) potrebbe usare 144 kWh al costo di $19,34 al mese. Tuttavia, nella calura estiva il consumo energetico è prevedibilmente più alto che in inverno.

Un commesso sistema un condizionatore d'aria Haier in un negozio del Queens, New York (usa.chinadaily.com.cn)

La domanda di climatizzatori aumenta la pressione sulle centrali elettriche in molti stati, come l’India, il Brasile e l’Arabia Saudita. In India si prevede che il consumo totale per la climatizzazione decuplichi nel corso dei prossimi dieci anni: i condizionatori già sono palesemente responsabili addirittura del 40% di tutto il consumo energetico di Mumbai in India. Più della metà del consumo estivo di elettricità in Arabia Saudita, generato consumando 1 miliardo di barili di petrolio all’anno, è dovuta alla climatizzazione. Le vendite di impianti di condizionamento sono quasi raddoppiate in Cina solo negli ultimi cinque anni, contribuendo ad un’impennata nel consumo energetico. Inoltre, gli aumenti vertiginosi nella domanda di elettricità nei paesi dell’Europa meridionale sono attribuiti alle necessità degli impianti di condizionamento.
Un ulteriore problema sta nel fatto che l’uso crescente di condizionatori sta creando delle isole di calore sopra città come Londra, New York, e Singapore. Uno studio condotto dalla Arizona State University su Phoenix, Arizona, ha rilevato che il calore di scarto prodotto dagli impianti di condizionamento ha probabilmente fatto salire le temperature notturne delle città di più di 1°C in alcuni siti urbani. È un’esperienza condivisa dai pendolari che viaggiano dalle aree rurali verso Londra percepire che la capitale è più calda di alcuni gradi.
Tuttavia, è provato che ci siano anche ripercussioni negative sul benessere fisico degli utilizzatori: può diminuire la capacità del corpo di adattarsi alle temperature estreme, aumentare il senso di fatica e, in caso di impianti con un cattivo stato di manutenzione, causare la sindrome da “sick building” per la quale molte persone in uno stesso edificio non si sentono bene.

Ancora a proposito di climatizzazione passiva

Le bollette in aumento a causa dei condizionatori stanno spingendo i proprietari di case alla prevenzione del calore mediante tecniche di raffrescamento passive.
Si vedono sempre più edifici con veneziane o tende che riflettono la luce solare, con piante per dare ombra e muri dipinti in colori chiari per riflettere il calore e mantenere il fresco all’interno. A Los Angeles la municipalità sta dipingendo le strade di bianco in modo da abbassare le temperature nelle aree urbane.

Un’altra scelta è quella di applicare le tecniche di modulazione e dissipazione del calore. Il Prof. Clements-Croome suggerisce: “I metodi tradizionali, come aprire le finestre per far entrare l’aria possono essere di aiuto” e aggiunge “Se si crea una corrente d’aria il vento può far circolare l’aria attraverso l’edificio: la circolazione dell’aria è la forma più comune e più facile – e spesso la meno costosa – di raffrescamento passivo e ventilazione.
Un altro modo per rinfrescare gli ambienti è la ventilazione a camino, che usa le differenze di temperatura per muovere l’aria: l’aria calda sale perché ha una pressione inferiore. Un buon esempio sono le Houses of Parliament in Gran Bretagna, dove le molte torri che si vedono come il Big Ben e la Victoria Tower originariamente avevano lo scopo di mantenere il fresco all’interno mediante l’aria fresca esterna, che entrava attraverso aperture progettate a livello del suolo. Esempio di edifici moderni che usano sistemi di raffrescamento passivo sono l’Energon in Germania, il Building Research Establishment in Inghilterra e il Solar XXI in Portogallo.
I sistemi di condizionamento passivo dell’aria fanno risparmiare energia e producono vantaggi per il contesto interno ed esterno degli edifici; sono particolarmente utili nei paesi dove le forniture di energia sono limitate e dove regolarmente si hanno dei blackout. Tuttavia per i proprietari e gli utilizzatori degli edifici, il condizionamento passivo dell’aria ha anche un altro vantaggio: tenere basse le bollette e aumentare i livelli di comfort degli utenti.

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