Da Oxford arriva un rivestimento intelligente di vetro che riduce il consumo energetico degli edifici.
Per ridurre i consumi energetici di un edificio si deve intervenire su diversi fronti, dalla struttura agli impianti ai comportamenti dei suoi abitanti. Dal primo punto di vista, la ricerca ha prodotto negli ultimi anni materiali edilizi sostenibili capaci di cambiare stato a seconda della temperatura e perciò di accumulare e rilasciare energia termica all’occorrenza. Sono i “materiali a cambiamento di fase”, perfetto esempio di rivestimento intelligente per gli edifici.
Il rivestimento intelligente in vetro
Una novità in materia arriva dalla Oxford University, dove un gruppo di ricercatori guidati dal dottor Nathan Youngblood ha sviluppato un vetro con rivestimento intelligente a bassa emissività. Il materiale a cambiamento di fase può ridurre i consumi energetici – e dunque le emissioni – dell’edificio che ne fosse rivestito grazie alla sua capacità di controllare la quantità di calore che penetra all’interno. Tutto ciò senza intaccare la quantità e la tipologia della luce, che continuerebbe a passare indisturbata. Grazie a questa caratteristica, è un perfetto collettore solare intelligente, che trasforma le radiazioni solari in energia termica a uso e consumo degli edifici.
Le finestre costituite da questa tipologia di vetro cambiano comportamento in base alle esigenze stagionali e giornaliere. Caratteristiche che a determinate latitudini possono variare di molto dall’estate all’inverno e dal giorno alla notte. In inverno, quando è importante massimizzare l’apporto di energia termica dai raggi del sole, il vetro ne assorbe la maggiore quantità possibile, trasformandola in calore tramite riscaldatori trasparenti elettrici collocati nel substrato del vetro. D’estate, quando, al contrario, è importante schermare l’interno dalla potenza dei raggi del sole, il vetro li riflette, invece di assorbirli. In tal modo, la stanza rimane fresca anche senza dover essere oscurata.
Il prototipo del rivestimento intelligente in questione è già stato realizzato dai ricercatori, che hanno utilizzato un materiale a cambiamento di fase a base di un chalcogenide, un composto chimico. È grazie a questa caratteristica che il vetro può adattarsi alle temperature esterne, consentendo di risparmiare energia in ogni stagione. In estate sul raffrescamento, dato che le stanze rimangono già fresche, e in inverno sul riscaldamento, dato che viene massimizzato l’apporto solare.
Oggi sono in commercio vetri a bassa emissività che hanno sempre lo scopo di ridurre i consumi, ma senza garantire lo stesso apporto di luce. Il vetro prodotto a Oxford invece non presenta variazioni dal punto di vista estetico, eppure riduce i consumi di una casa fino a un terzo – dal 20% al 34% – rispetto alle normali finestre con vetri doppi. Non resta che continuare a studiare la tecnologia per verificarne le possibilità di industrializzazione e commercializzazione.
Cosa sono i materiali a cambiamento di fase
A consentire l’adattamento del rivestimento intelligente in vetro alle temperature esterne è appunto il fatto che si tratti di un materiale a cambiamento di fase, una caratteristica chiave dell’efficientamento energetico degli edifici e non solo. I cosiddetti PCM (Phase Change Material) sono infatti capaci di accumulare ed emettere calore (energia termica) cambiando il loro stato da solido a liquido e viceversa a seconda delle variazioni di temperatura. A temperatura ambiente mantengono uno stato solido, ma più la temperatura si alza più si liquefanno. In questo modo accumulano energia termica latente, che non fa aumentare la loro temperatura. Quando la temperatura ricomincia a scendere, invece, sprigionano il calore assorbito tornando alla forma solida.
Esistono PCM organici, come quelli composti da paraffina o gli acidi grassi, e inorganici, tra i quali sali idrati e i metalli. Alcuni di essi, tuttavia, presentano cambiamenti di fase irreversibili, come i metalli, o perdono gradualmente reversibilità. Altri sono nocivi, come gli acidi grassi. Il PCM più utilizzato nell’edilizia è perciò la paraffina, compatibile con altri materiali, chimicamente stabile e con temperature di fusione idonee. La paraffina, come tutti i PCM, può essere anche inglobata in altri materiali, sotto forma di nanosfere inerti che vengono mescolate all’impasto di cartongesso, intonaci, cemento, plexiglass o vetrocamere. In tal modo, la normale capacità di accumulo di questi materiali aumenta senza modifiche a livello di massa, una soluzione ideale per un rivestimento intelligente.
I vantaggi connessi all’uso di PCM in una struttura edilizia dovrebbero essere evidenti, data la loro capacità di riduzione delle fluttuazioni di temperatura. Sono infatti in grado di prelevare calore anche dall’interno, rilasciandolo quando la temperatura si abbassa, per esempio di notte. Evitano così picchi di temperatura in un senso e nell’altro. Si comportano insomma come depositi di energia termica da utilizzare all’occorrenza, per limitare la necessità di utilizzo degli impianti di riscaldamento e raffrescamento.
Un rivestimento intelligente in PCM è perciò la caratteristica che consente all’edificio di risultare dinamico dal punto di vista strutturale. Una capacità fondamentale all’epoca della transizione energetica, che ben si integra con la smartness degli impianti domotici e di building automation.
