Κλιματιστικές… στέγες

Τα καλοκαίρια στην Ελλάδα είναι σήμερα πολύ θερμότερα από ό,τι ήταν παλιότερα, και τα κλιματιστικά μηχανήματα έχουν μπει για τα καλά στη ζωή μας. Ωστόσο η άνεση που μας προσφέρουν δεν είναι χωρίς κάποιο αντίτιμο. Η ζέστη που εκπέμπουν έξω από τα σπίτια ανεβάζει τη θερμοκρασία της πόλης, η ενέργεια που καταναλίσκουν επιβαρύνει τον λογαριασμό του ηλεκτρικού ρεύματος και τα ζεστά μεσημέρια το δίκτυο της ΔΕΗ και των άλλων παραγωγών ενέργειας δοκιμάζεται έντονα από την υψηλή ζήτηση. Θα μπορούσαμε άραγε να αποφύγουμε, ή έστω να περιορίσουμε, την ανάγκη για κλιματισμό; Φαίνεται πως ναι, αν κρίνει κανείς από την πρόοδο που συντελείται στη λεγόμενη παθητική ψύξη των κτιρίων. Η τελευταία εξέλιξη σε αυτόν τον τομέα είναι η εφεύρεση –από μια ερευνητική ομάδα του Πανεπιστημίου του Κολοράντο στις ΗΠΑ –μιας μεμβράνης, που μπορεί να τοποθετηθεί στη στέγη ενός κτιρίου και να μειώσει την εσωτερική θερμοκρασία του σημαντικά.

Ενα σώμα που φωτίζεται από τον Ηλιο απορροφά ένα μέρος από την ενέργεια του ηλιακού φωτός και θερμαίνεται. Από την άλλη μεριά, επειδή είναι θερμό, ακτινοβολεί στα υπέρυθρα μήκη κύματος και ψύχεται. Στην κατάσταση ισορροπίας ακτινοβολεί στο υπέρυθρο τόση ενέργεια όση φωτεινή ενέργεια απορροφάει, έτσι ώστε η θερμοκρασία του να παραμένει σταθερή. Τα «τέλεια» υλικά, που μαθαίνουμε στη Φυσική του Πανεπιστημίου, ακτινοβολούν με την ίδια ευκολία με την οποία απορροφούν το φως: αν απορροφούν λίγο, εκπέμπουν λίγο, και αν απορροφούν πολύ, εκπέμπουν πολύ. Ετσι καταλήγουν πάντα στην ίδια θερμοκρασία ισορροπίας, ανεξάρτητα από τη φύση του υλικού. Ομως στη φύση τα πράγματα δεν είναι τόσο απλά. Πολύ γνωστό παράδειγμα είναι το έδαφος της Γης, που περιβάλλεται από την ατμόσφαιρά της. Η ατμόσφαιρα είναι διαφανής, και επιτρέπει στο ηλιακό φως να περάσει ελεύθερα και να θερμάνει την επιφάνεια της Γης, όμως απορροφά την υπέρυθρη ακτινοβολία και εμποδίζει το έδαφος να εκπέμψει ελεύθερα αυτή την ακτινοβολία προς το Διάστημα. Αρα τελικά το έδαφος ακτινοβολεί λιγότερο από όσο απορροφά, και το αποτέλεσμα είναι η θέρμανση της επιφάνειας της Γης. Αυτή η ιδιότητα της ατμόσφαιρας οφείλεται βασικά στο διοξείδιο του άνθρακα που περιέχει: όσο περισσότερο από αυτό το αέριο παράγουν οι ανθρώπινες δραστηριότητες, τόσο μεγαλύτερη είναι η θερμοκρασία ισορροπίας της Γης, το γνωστό φαινόμενο του θερμοκηπίου. Αν καταφέρναμε να βρούμε ένα υλικό που να έχει τις αντίστροφες ιδιότητες από την ατμόσφαιρα, δηλαδή να απορροφά λίγο φως και να εκπέμπει πολλή υπέρυθρη ακτινοβολία, θα μπορούσαμε να πετύχουμε χαμηλότερες θερμοκρασίες ισορροπίας στα σπίτια μας και έτσι να μειώσουμε την εξάρτησή μας από τα κλιματιστικά μηχανήματα.

Δυστυχώς ένα τέτοιο υλικό δεν υπάρχει έτοιμο στη φύση, και θα πρέπει να το φτιάξουμε εμείς. Αν μάλιστα θέλουμε το υλικό αυτό να έχει πρακτική εφαρμογή, θα πρέπει να μπορεί να κατασκευαστεί σε βιομηχανική κλίμακα και να έχει λογική τιμή. Αυτό τον συνδυασμό των δύσκολων στόχων κατάφεραν να πετύχουν οι ερευνητές του Πανεπιστημίου του Κολοράντο. Η εφεύρεσή τους είναι μια πλαστική μεμβράνη, στην οποία είναι διασκορπισμένοι μικροί σφαιρικοί κόκκοι από γυαλί, στο μέγεθος ενός μικροβίου, και της οποίας το κάτω μέρος είναι επικαλυμμένο από ένα λεπτό στρώμα αργύρου. Αυτή η κατασκευή πετυχαίνει «με έναν σμπάρο δυο τρυγόνια». Η στρώση του αργύρου αντανακλά το μεγαλύτερο μέρος του ηλιακού φωτός, που πέφτει στη μεμβράνη την ημέρα, και έτσι δεν επιτρέπει τη σημαντική θέρμανση των αντικειμένων που βρίσκονται πίσω από αυτήν. Παράλληλα, οι γυάλινοι κόκκοι, που είναι διασκορπισμένοι στο πλαστικό, εκπέμπουν μεγάλα ποσά υπέρυθρης ακτινοβολίας, τόσο την ημέρα όσο και τη νύχτα, επιτρέποντας την ψύξη του υλικού το οποίο καλύπτεται με τη μεμβράνη. Η ιδέα δεν είναι εντελώς καινούργια, αφού πριν από τρία χρόνια ερευνητές του Πανεπιστημίου του Στάνφορντ κατασκεύασαν ένα υλικό με παρόμοιες ιδιότητες. Η μεγάλη διαφορά με την πρόσφατη εφεύρεση, όμως, είναι στη μέθοδο κατασκευής και στο κόστος. Το υλικό του Στάνφορντ αποτελείται από επτά στρώσεις διοξειδίου του χαφνίου, οι οποίες έχουν εναποτεθεί εναλλάξ με επτά στρώσεις διοξειδίου του πυριτίου, με το σύστημα να βρίσκεται πάνω σε μια βάση πυριτίου. Αυτή η κατασκευή απαιτεί εξειδικευμένες εγκαταστάσεις και έχει υψηλό κόστος. Αντίθετα, το υλικό της νέας εφεύρεσης μπορεί να κατασκευαστεί με μεθόδους παρόμοιες με την κατασκευή της πλαστικής μεμβράνης που χρησιμοποιούμε για να καλύπτουμε φαγητά.

Η πλαστική μεμβράνη είναι κατασκευασμένη από πολυμεθυλπεντάνιο (TPX), ένα διαφανές πολυμερές που έχει εγγυημένη διάρκεια υπαίθριας ζωής είκοσι έτη. Κατά τη βιομηχανική διαδικασία κατασκευής του φύλλου, που έχει πάχος 50 μικρόμετρα, όσο δηλαδή και το φύλλο αλουμινίου με το οποίο καλύπτουμε τα φαγητά, ενσωματώνονται οι κόκκοι από γυαλί ενώ παράλληλα καλύπτεται η πίσω πλευρά του με ένα λεπτό στρώμα αργύρου. Η διαδικασία είναι αυτοματοποιημένη και σήμερα παράγονται 5 μέτρα φύλλου το λεπτό, με κόστος που εκτιμάται σε 50 λεπτά του ευρώ ανά τετραγωνικό μέτρο σε πλήρη βιομηχανική ανάπτυξη. Σύμφωνα με τους ερευνητές, η κάλυψη 20 τετραγωνικών μέτρων της στέγης μιας μονοκατοικίας με αυτό το υλικό θα μπορούσε να δροσίσει σημαντικά το εσωτερικό του σπιτιού, ελαττώνοντας τη θερμοκρασία κατά δέκα περίπου βαθμούς Κελσίου. Μερικοί ενθουσιώδεις υπολογισμοί δίνουν μάλιστα πιο δραματικά αποτελέσματα, αφού δείχνουν ότι είναι δυνατόν με λιακάδα και εξωτερική θερμοκρασία 37 βαθμών, να έχουμε μέσα στο σπίτι μόνο 20. Φυσικά μένουν να λυθούν πολλά προβλήματα, μέχρι να αρχίσει η εφαρμογή της μεθόδου σε μεγάλη κλίμακα, ένα από τα οποία είναι τι θα κάνουμε με την επικάλυψη τον χειμώνα, οπότε το σπίτι θα γίνεται… ψυγείο. Αν όμως τελικά η μέθοδος εφαρμοστεί, όχι μόνο θα έχουμε σημαντική οικονομία στη χρήση κλιματιστικών μηχανημάτων, αλλά και θα πάψουμε να επιβαρύνουμε το ήδη προβληματικό φαινόμενο του θερμοκηπίου με άσκοπες εκπομπές θερμότητας.

Ο κ. Χάρης Βάρβογλης είναι πρώην καθηγητής του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ.