La Cupola Raffreddante Di Buckminster Fuller di Stuart McMillenNel Agosto 1940, Buckminster Fuller, stava lavorando nel caldo Kansas. Con la Seconda Guerra Mondiale che infuriava in Europa, gli Stati Uniti stavano lavorando sulle funzionalità industriali pre-guerra e Bucky Fuller stava investigando modi economici per ospitare le truppe durante l'imminente sforzo di guerra.Ideo' un modo per convertire piccoli silo in acciaio per il grano in abitazioni e stava ergendo il suo primo prototipo, chiamato Unita' Di Schieramento Dymaxion (UDSD), con un gruppo di lavoratori ed ingegneri.Preoccupato per la sicurezza dei lavoratori, Bucky uso' un metodo di costruzione dall'alto verso il basso. I lavoratori lavoravano in sicurezza al piano terra, mentre la struttura crescente era progressivamente elevata sempre più in alto, sospesa da una carrucola fissata ad un palo centrale.Era un giorno veramente caldo e il presidente della joint-venture di Bucky Fuller arrivo' al sito di costruzione. I lavoratori esausti riposarono un momento mentre il presidente ispeziono' l'Unita' Di Schieramento Dymaxion completata, che era sospesa sopra le fondamenta sul suo palo centrale.Sebbene facesse caldo, il presidente si accuccio' sotto la UDSD sospesa in aria ed entro' nella cupola. Bucky Fuller e i suoi lavoratori guardarono con attenzione mentre il sole continuava a scaldare il silo di metallo. Si aspettavano che il presidente si ritirasse dall'inferno in qualsiasi momento.Invece una voce urlo' dall'interno della struttura. “Ragazzi! Dovete entrare! E' fresco qua dentro!”. Bucky Fuller e i lavoratori si guardarono attorno increduli. Ma dopo altre intimidazioni del presidente, decisero di prestarsi al suo scherzo ed entrarono nel silo.Gli uomini furono stupiti. Il presidente diceva la verità! Sebbene la temperatura esteriore fosse ben oltre i 37°C (100°F) l'interno del silo era più freddo di 11°C (20°F) rispetto a fuori.Nel mezzo di un'estate del Kansas, durante un ondata di caldo, il loro silo per il grano di metallo senza isolamento era...confortevole!Dopo essersi ripreso dal caldo, Bucky e i suoi fidati ingegneri iniziarono a spiegare il mistero. Il disegno di Bucky per la UDSD aveva un foro per la ventilazione sopra il silo a forma di cupola. Si aspettava che questo foro sarebbe stato utile per la fuoriuscita verso l'alto di aria calda.Invece, Bucky e gli ingegneri notarono che stava accadendo l'opposto. Una corrente d'aria fresca stava soffiando sugli uomini dal foro sul soffitto.Come un cane che segue una traccia, Bucky segui' le correnti d'aria. Si accuccio' e usci' dalla UDSD e si accorse che la brezza saliva verso l'alto. Il calore del metallo scaldato dal sole stava creando correnti ascensionali di aria calda che salivano veloci verso il cielo, lontane dalla cupola di Bucky.Mentre l'aria riscaldata fluiva verso l'alto, le molecole d'aria vicine seguivano il movimento dell'aria, formando una corrente convettiva. Questa convezione tirava fuori l'aria dall'interno della cupola di Bucky e risucchiava una corrente d'aria verso il basso attraverso il foro di ventilazione sulla cima della cupola.Bucky e gli ingegneri trovarono presto la risposta. Lo spazio sotto la cupola sospesa aveva un area molto più grande del piccolo foro per la ventilazione in cima alla cupola. La cupola sospesa era, a tutti gli effetti, un enorme valvola di raffreddamento!Bucky capi' che la differenza di dimensione dei fori di ventilazione era il fattore critico che raffreddava l'aria dentro la cupola. Mentre grandi volumi di aria fluttuavano dalla grande area sotto la 'gonna' della cupola un volume di aria uguale doveva essere succhiato attraverso il piccolo foro per la ventilazione, in cima alla cupola.Visto che il foro di uscita era molto più grande del foro di entrata, bilanciare il flusso in entrata e in uscita richiedeva che l'aria accelerasse mentre entrava dal foro superiore. Questa accelerazione era alimentata dal calore dell'aria, convertendo l'energia termale in energia cinetica secondo il principio di conservazione dell'energia. Come risultato, le molecole d'aria si raffreddavano, mentre entravano dentro la cupola.Quando l'aria entrava dentro la cupola, si espandeva in volume, spingendo contro l'aria a bassa pressione presente. Mentre accadeva questo, ancora più calore era convertito in energia cinetica, per alimentare lo spostamento d'aria già presente nella cupola. Questo procedimento di raffreddamento mentre l'aria si espande in un'area a bassa-pressione e' conosciuto in fisica come espansione adiabatica lo stesso principio che raffredda l'aria pressurizzata che esce fuori dalla valvola dei pneumatici.Bucky aveva accidentalmente creato un frigo ad energia zero! Sorrise a trentasei denti e ringrazio' il presidente per questa scoperta fortuita nella cupola.Essendo uno stacanovista, Buckminster Fuller era costantemente diviso fra molti progetti simultanei. Tuttavia, tenne in memoria il silo per il grano raffreddante del Kansas per tutto il resto della sua carriera. Come proponente di soluzioni efficaci per consumo di energia Bucky incorporo' il raffreddamento passivo nei suoi progetti.Attraverso altre sperimentazioni, determino' che fra tutte le forme per una casa, il foro circolare in una cupola geodetica era il modo più efficiente per usare l'effetto raffreddante in una struttura. Bucky riprodusse l'effetto del silo del Kansas che era sospeso sopra la terra su un palo installando numerose porte di raffreddamento attorno alle estremità delle sue cupole geodetiche assicurandosi che l'area totale delle valvole di uscita fosse maggiore dell'area delle valvole di entrata in cima alla cupola.L'effetto sifone poteva essere interrotto chiudendo manualmente le valvole, sigillando l'interno della cupola dall'atmosfera esterna. Questo avrebbe permesso all'aria tiepida di essere contenuta dentro alla cupola durante i periodi freddi come l'inverno o la notte. Bucky penso' che un giorno questo sistema di ventilazione avrebbe potuto essere controllato automaticamente da computer e valvole elettroniche.Buckminster Fuller mori' nel 1983, all'età di 87. “Call me trimtab.” - Bucky (1895 - 1983). Comunque, nonostante la sua vita di lavoro continuo, non e' stato in grado di testare esaustivamente la posizione ottimale dei fori di ventilazione nelle sue strutture ne e' stato in grado di testare completamente il rapporto fra valvola di entrata ÷ valvola di uscita o di capire come il fenomeno della cupola di raffreddamento potesse essere combinato al meglio in altri progetti. Questi lavori, li ha lasciati a noi.Esattamente 75 estati fa, nel 1940, Buckminster Fuller scopri' una tecnologia che prometteva di permettere all'umanità di ridurre o eliminare il bisogno di aria condizionata alimentata dall'elettricità. In un pianeta che si sta riscaldando, con un urgente bisogno di tagliare l'uso di combustibili fossili cosa potremmo imparare, ristudiando le cupole raffreddate passivamente ad energia zero di Buckminster Fuller?


• Le mie referenze primarie sono i libri Buckminster Fuller’s Universe by L. Steven Sieden (1989; pp208-9), BuckyWorks by J. Baldwin (1996; p36 & pp114-17) e Critical Path by R. Buckminster Fuller (1982; p211). Anche, Buckminster Fuller’s Everything I Know lettura 10 (30 Gennaio 1975).
• Grazie a Chris Weekes per il suo aiuto nella valutazione e nello spiegarmi la fisica dietro l’effetto della “cupola raffreddante”.
• Questo rimane un fenomeno relativamente sconosciuto che e’ capito male da architetti, costruttori e abitanti di case.
• Discuto delle “prove a favore” e le “prove a sfavore” di questo fenomeno della cupola raffreddante in un articolo del mio blog (in inglese).

Nico

25 gennaio 2016

Ingegnoso!

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