Technology

Stiamo freschi

 By Nicholas Newman

In tutto il mondo le utenze cittadine cercano nuove soluzioni più ecologiche e a minor consumo per abbassare le temperature negli ambienti, anche con sistemi combinati di riscaldamento, ventilazione e aria condizionata capaci di fornire servizi di regolazione della temperatura ad una molteplicità di hotel, centri commerciali, uffici e aziende in un determinata area di riferimento. I condizionatori ad aria che usiamo oggi infatti consumano molto; e più un apparecchio viene usato più energia consuma per mantenere la temperatura impostata. Che fare? Nicholas Newman racconta la rivoluzione del tele-raffreddamento, le città dove lo si sta sperimentando e i vantaggi che comporta in termini di risparmio energetico e produttività sui posti di lavoro…

(Cover foto tratta da www.krowmark.com)

Per i paesi del Medio Oriente, del Mediterraneo, dell’America Latina e per gli stati sudisti degli Usa mantenere freschi i luoghi di lavoro, i centri commerciali, gli ospedali e gli hotel durante il periodo estivo è una sfida tra le più importanti. Le soluzioni tradizionali, ad esempio i ventilatori elettrici da soffitto, sono state di recente sostituite dai condizionatori, che però sono spesso rumorosi e molto costosi. I condizionatori ad aria che usiamo oggi consumano molto; e più un apparecchio viene usato più energia consuma per mantenere la temperatura impostata.

Soddisfare le richieste crescenti di frescura sta diventando quindi una sfida impellente per le aziende energetiche, spingendole all’applicazione di nuove tecnologie e all’integrazione del controllo della temperatura e dei sistemi di ventilazione con impianti centrali di raffreddamento capaci di servire simultaneamente diversi edifici di un determinato quartiere cittadino. Secondo le testimonianze storiche, la Colorado Automatic Refrigerator Company installò il primo sistema al mondo di tele-raffreddamento addirittura a Denver nel 1889. Negli anni trenta il Rockefeller Center di New York e gli edifici del Congresso in Washington DC avevano anch’essi dei sistemi di tele-raffreddamento.

In tutto il mondo le utenze cittadine cercano nuove soluzioni più ecologiche e a minor consumo per abbassare le temperature negli ambienti, anche con sistemi combinati di riscaldamento, ventilazione e aria condizionata (HVAC, heating, ventilation and air conditioning) capaci di fornire servizi di regolazione della temperatura ad una molteplicità di hotel, centri commerciali, uffici e fabbriche in un’area di riferimento. In particolare gli USA, il Giappone, la Danimarca e il Regno Unito hanno visto una crescita rapida nell’applicazione dei sistemi di tele-raffreddamento, già in uso in molti edifici noti come il Pentagono e il più grande quartiere d’affari d’Europa, La Defense a Parigi. Attualmente è però la città stato del Qatar ad avere la maggiore struttura di tele-raffreddamento al mondo, gestita dalla Qatar District Cooling Company.

(Foto tratta da www.ciphr.com)

Tuttavia l’uso della tecnologia HVAC non si limita agli edifici commerciali moderni ma viene sempre più impiegata negli edifici storici e nei gioielli architettonici dov’è proibita l’installazione di sistemi di raffreddamento individuali. Ad esempio per proteggere il capolavoro di Michelangelo dal deterioramento causato dalle migliaia di visitatori quotidiani, la Cappella Sistina a Roma è dotata di tecnologia HVAC come lo sono diverse miniere di oro e platino in Sud Africa, la cui temperatura può superare i sessanta gradi.

Dispositivi HVAC smart, collegati all’ Internet of Things sono ora sul mercato per dare risposte immediate alle mutevoli condizioni e temperature. Questi strumenti digitali possono fornire un flusso d’aria ventilata e temperature ambiente ben regolate all’interno dei luoghi di lavoro, migliorando sia la produttività che la longevità delle apparecchiature.

Business Sweden conferma che l’opzione del tele-raffreddamento è da 5 a 10 volte più efficiente in termini di energia, ha costi operativi inferiori ed è più affidabile dei sistemi di raffreddamento tradizionali.

Un caso tipico è Dubai che ha investito 150 milioni di dollari tra il 2009 e il 2014 per costruire la più estesa rete di tele-raffreddamento al mondo, in grado di rimuovere uno sbalorditivo milione di tonnellate di refrigerazione (una misura calcolata sulla quantità di calore rimosso) all’anno. Entro il 2030, Dubai si aspetta che il tele-raffreddamento riduca il consumo di aria condizionata del 50%, che sarebbe un vero cambiamento rispetto alla situazione attuale dove il 70% del consumo di energia in Dubai è dovuto, appunto, alla climatizzazione.

Essenzialmente, i sistemi di tele-raffreddamento portano acqua gelata a diversi edifici da un impianto centrale attraverso un sistema di tubature sotterranee. L’acqua circola nelle bobine di refrigerazione o entra nei sistemi di climatizzazione attraverso i refrigeratori ad assorbimento. L’energia necessaria per far funzionare i refrigeratori può provenire da fonti multiple come la dispersione di calore da impianti di produzione di energia o di lavorazione industriale, da turbine di vapore o da raffreddatori elettrici.

Gli impianti HVAC, a Kuala Lumpur, la capitale della Malesia, per esempio, sono versatili e possono essere alimentati da diverse fonti, come i gas naturali e l’energia solare.

(Foto tratta da www.aircargoupdate.com)

Gli impianti HVAC possono funzionare con acqua corrente, acqua del mare e acque scure trattate, una fonte di raffreddamento relativamente nuova: per esempio, viene usata acqua fredda marina proveniente dall’oceano Atlantico meridionale a Città del Capo nell’impianto di raffreddamento di 6MW di Carrier che fornisce acqua fredda e calda alla Torre dell’orologio, al Zeitz Museum di Arte contemporanea recentemente completato e all’hotel Radisson Red, che è attualmente in costruzione. Il sistema funziona facendo circolare acqua del mare fredda (che è abbondante) attraverso scambiatori di calore ed emettendo il calore in eccesso nel porto locale, invece che riversarlo nell’atmosfera per mezzo di ciminiere di sfogo. Secondo chi lo gestisce, il raffreddatore 23XRV a velocità variabile funziona ad un coefficiente di 10,37 fino a 16,04 di efficienza, il che rappresenta una rendimento sicuramente molto alto.

L’acqua dolce corrente viene invece normalmente utilizzata in Canada e Finlandia. Per esempio gli impianti HVAC del centro affari di Toronto usano acqua proveniente dal lago Ontario, e il quartiere centrale di Helsinki viene rifornito di acqua dai laghi vicini e l’acqua viene poi conservata in un enorme serbatoio sotterraneo, che si trova in città sotto l’Esplanade Park. Il serbatoio, scavato nella roccia ad una profondità di 100 metri, può contenere fino a 25 milioni di litri in volume di acqua. L’acqua fredda viene pompata fuori dal serbatoio per rinfrescare la città durante le ore più calde del giorno e l’acqua riscaldata torna al serbatoio la notte per essere raffreddata nuovamente. Il sistema è assolutamente ecologico poiché emette circa 80% in meno di ossido di carbonio ed altri gas ad effetto serra rispetto ai sistemi di climatizzazione convenzionali per un numero uguale di edifici. Secondo gli operatori del sistema, inoltre, questo ha un’efficienza energetica complessiva di circa cinque volte quella dei sistemi di raffreddamento individuali per edificio.

A Parigi, il più grande sistema di raffreddamento d’Europa, che si trova a La Defenseusa acqua pompata dalla Senna. Il sistema, che è gestito dalla Société Urbaine de Climatisation, una società controllata dal gruppo internazionale Dalkia, raffredda 1,5 milioni di metri quadrati di uffici direzionali di prim’ordine. L’acqua lascia le unità di refrigerazione a 4,5°C e, dopo aver assorbito calore dagli edifici, vi ritorna riscaldata a 14,5°C. Un modello di filtro Bernoulli BSG 500 fatto su misura è stato installato in modo da proteggere lo scambiatore di calore (PHE) da intasamenti o depositi dovuti all’acqua sporca del fiume. L’impianto di raffreddamento ha una capacità di produzione di 76,5 MW e, nonostante la dimensione importante della struttura, viene contenuto in un edificio insonorizzato e dall’aspetto comune che ben si inserisce nel paesaggio urbano.

Treated sewage effluent (TSE), ovvero le acqua sporche trattate sono un altro possibile agente raffreddante, specialmente in aree con scarsità d’acqua come il Medio Oriente. Secondo George Berbari, CEO di DC Pro Engineering, usare le TSE può essere sei volte più economico dell’usare acqua desalinizzata e sembra sia tre volte più economico dell’acqua desalinizzata dei pozzi prodotta dagli impianti ad osmosi inversa. Attualmente il tele-raffreddamento ad Abu Dhabi e in Qatar funziona quasi al 100% con TSE, a Dubai è a più del 30% e in Arabia Saudita l’uso di TSE raggiungerà il 60% nei prossimi anni.

Come funzionano i distretti dell'energia nelle moderne smart cities
Il controllo termostizzato di interi edifici ha attirato le lamentele delle donne. Ricerche condotte recentemente da Boris Kingma della University Medical Centre di Maastricht in Olanda hanno dimostrato che la definizione di una temperatura unica ignora completamente la differenza di metabolismo tra uomini e donne

Seguendo una presentazione in power-point fatta dalla Nalco, società di trattamento delle acque con sede negli USA, si vede che i vantaggi, oltre l’importante risparmio economico, sono soprattutto in termini di disponibilità e sostenibilità delle TSE. Ci sono, tuttavia, anche degli svantaggi nell’uso di TSE, quali corrosione, formazione di depositi di fosfati e di sostanze vischiose per la presenza di microbi e possibili conseguenze sulla salute pubblica. E poi ci sono ulteriori ostacoli per la diffusione del sistema di teleraffreddamento. Negli Emirati Arabi Uniti, per esempio, alcune normative, edifici mal progettati e problemi di misurazione dei consumi, nonché una tariffa unica più bassa per sistemi di climatizzazione tradizionali, limitano l’uso del teleriscaldamento. E non aiuta neppure il fatto che secondo Tabreed, la prima società per il teleriscaldamento degli EAU, l’acqua dolce sia limitata e la caduta del prezzo del petrolio stia conducendo a tagli di budget che minacciano la fine dei sussidi per l’acqua e l’energia negli Stati del Golfo. Molto probabilmente questi fattori ridurranno i profitti delle aziende per il teleriscaldamento che fanno già fatica ad ottenere un ritorno economico del 10%.

In linea più generale, il controllo termostizzato di interi edifici ha attirato le lamentele delle donne. Ricerche condotte recentemente da Boris Kingma della University Medical Centre di Maastricht in Olanda hanno dimostrato che la definizione di una temperatura unica ignora completamente la differenza di metabolismo tra uomini e donne. Gli uomini, infatti, hanno più massa muscolare in grado di generare maggior calore rispetto alle donne e perciò sono più a loro agio a temperature più basse. La ricerca ha testato uomini e donne giovani, vestiti con pantaloni e t-shirt, mentre facevano lavoro leggero in ufficio ed ha scoperto che la temperatura ideale per le donne era di 24,5°C mentre per gli uomini di 22°C. “Queste scoperte potrebbero essere significative nel prossimo giro di controllo degli standard di comfort termico, che sono pubblici e continuamente aggiornati, per l’opportunità di migliorare lo stato di chi lavora in ufficio e ridurre il consumo energetico”, ha detto il Joost van Hoof  direttore di ricerca per la Fontys University of Applied Sciences nei Paesi Bassi.

I sistemi di teleriscaldamento sono ecologici, efficienti in termini energetici e potenzialmente più economici rispetto ai convenzionali sistemi di climatizzazione individuali o per edificio. E con la rapida urbanizzazione e l’attività in crescita, anche l’Africa, dove le autorità cittadine e i promotori per lo sviluppo immobiliare sono attivamente impegnati per tagliare i costi dell’energia e le emissioni dannose, potrebbe rivelarsi un mercato rilevante nel futuro.

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