materiali edili innovativi
Materiali

Materiali edili innovativi: le finestre che si autoregolano in base alle condizioni climatiche

Il costruito è responsabile della quota maggiore delle emissioni nocive a livello globale. Per questo motivo negli ultimi anni stiamo assistendo a un’evoluzione del comparto dell’edilizia e dell’architettura verso standard che privilegiano il basso impatto ambientale e la sostenibilità, raggiungibili grazie a sistemi, prodotti e processi più efficienti. La sfida è quella di riuscire a coniugare le innovazioni tecnico-scientifiche con l’utilizzo di risorse naturali, prime fra tutte il sole. Massimizzare il guadagno solare consente infatti di sfruttare l’illuminazione naturale, riducendo al contempo i consumi energetici ma per farlo non basta puntare su grandi vetrate bensì su materiali edili innovativi in grado di reagire in base alle condizioni climatiche esterne gestendo l’apporto di luce e calore in base alle esigenze del sistema-edificio.

Materiali edili innovativi: i dispositivi cromogenici

È ciò che fanno i materiali cromogenici, sostanze capaci di mutare le proprie caratteristiche ottiche in risposta a stimolazioni esterne e che non a caso vengono sempre più utilizzati per la realizzazione di finestre ma anche di coperture e pavimentazioni. Grazie a un comportamento dinamico e reversibile questi materiali edili innovativi riescono a trasformarsi, in base alle condizioni atmosferiche o alle esigenze degli occupanti, passando dall’essere trasparenti e con un elevato grado di trasmittanza termica e solare ad uno stato di opacità che tende a riflettere, con minore o maggiore intensità, i raggi solari.

Sistemi che si autoregolano senza bisogno di elettricità

I dispositivi cromogenici si suddividono in due categorie, quelli attivabili elettricamente e che necessitano quindi di un’alimentazione elettrica esterna, gestita dagli utenti e quelli invece che non hanno bisogno di essere collegati a una fonte elettrica perché riescono ad autoregolarsi. Rientrano nel primo caso i sistemi a cristalli liquidi e quelli elettrocromici, su cui si continua a investire con diversi progetti di ricerca ma che sono già disponibili sul mercato. Mentre alcuni materiali edili innovativi, come i vetri fotocromici e termocromici sono ancora in fase sperimentale, al centro di diverse ricerche e applicazioni prototipali.

SMART WINDOWS, TUTTE LE INNOVAZIONI

Vediamo alcune ricerche sul fronte delle smart windows che potrebbero aprire la strada a interessanti scenari per un’edilizia efficiente e a basso impatto ambientale.

Elettrolita liquido per finestre autosufficienti

MATERIALI EDILI ALTERNATIVI

Alcuni ricercatori della Nanyang Technological University (NTU) di Singapore hanno messo a punto una finestra intelligente che può scurirsi o schiarirsi senza la necessità di un alimentatore esterno e che anzi produce un surplus di energia in grado di alimentare delle luci LED. L’autosufficienza della finestra è stata resa possibile grazie a un elettrolita liquido inserito tra due lastre di vetro ricoperte di ossido di indio e stagno (ITO), comunemente usato come rivestimento conduttivo per gli schermi televisivi. Una delle due lastre è rivestita con uno strato aggiuntivo di un pigmento noto come blu di Prussia, mentre l’altra è collegata a una sottile striscia di alluminio.

Le due lastre di vetro sono collegate tra loro da cavi elettrici e quando il circuito elettrico si interrompe si innesca una reazione chimica tra il blu di Prussia e l’ossigeno disciolto nell’elettrolita, che fa fa diventare il vetro blu, oscurandolo.

Il colloide che respinge il 25% dei raggi solari

Per ottenere una finestra in grado di bloccare il calore esterno quando la temperatura aumenta, un team della East China University of Science and Technology di Shanghai ha puntato invece su un colloide, una sostanza formata in gran parte da una miscela di acqua e glicerolo, che contiene un polimero termosensibile in grado di cambiare forma se la temperatura esterna supera i 32° C. Quando ciò avviene le molecole del liquido si trasformano in piccole palline che filtrano parte della radiazione infrarossa. Stando ai test in laboratorio la smart window riesce a respingere circa il 25% della luce visibile e infrarossa, consentendo una forte riduzione dei consumi energetici legati alla climatizzazione.

Nanocristalli per controllare distintamente luce e calore

SMART WINDOWS

La ricerca sui materiali edili innovativi ha aggiunto un importante tassello grazie al contributo di un team di ricerca della Scuola di ingegneria Cockrell dell’Università del Texas che ha messo a punto un nuovo materiale hi-tech in grado di filtrare luce o calore in modo distinto e in base alle esigenze.  Questo avviene grazie a dei materiali elettrocromici a doppia banda caratterizzati da due proprietà ottiche distinte: una consente di controllare la luce e l’altra il vicino infrarosso, che è responsabile del calore. I nanocristalli, grazie a una leggera scarica elettrica, sono in grado di passare da una modalità di raffreddamento elettrocromico altamente selettivo a una di riscaldamento, con un meccanismo di funzionamento simile ad un vero e proprio interruttore.

Finestre intelligenti grazie a uno strato di micro-specchi

FINESTRE INTELLIGENTI

Un team del Politecnico di Losanna (EPFL) ha sviluppato un sistema vetrato dotato di micro-specchi in grado di modulare la radiazione solare in base alle stagioni e alle condizioni climatiche. I micro-specchi sono stati scolpiti utilizzando un laser ad alta precisione e incorporati nel film polimerico interposto tra i due strati di una tradizionale vetrocamera. Nella stagione estiva gli specchi riflettono la luce solare in modo da respingere la radiazione diretta e il conseguente surriscaldamento degli ambienti mentre in quella invernale il processo si inverte con le microstrutture che riescono ad accogliere e assorbire gran parte della luce e del calore esterno all’interno. Secondo le stime la smart window potrebbe contribuire a una riduzione fino al 20% del carico termico rispetto a un sistema tradizionale, migliorando anche le condizioni di comfort interno perché la luce verrebbe diffusa in modo uniforme negli ambienti interni.

Materiali organici e sale metallico per passare dalla trasparenza all’oscuramento totale

In questa carrellata di studi su materiali edili innovativi non poteva di certo mancare il contributo del MIT – Massachusetts Institute of Technology – che ha sviluppato un prototipo di finestra intelligente che possa autoregolarsi in base alle condizioni climatiche esterne. Alla base dell’innovazione ci sono i materiali elettrocromici, che sono stati migliorati grazie all’utilizzo di metal-organic frameworks (MOFs), che possono condurre sia elettroni che ioni ad alte velocità e che hanno consentito quindi di rendere molto più rapido il mutamento della finestra. Per ottenere invece il passaggio da uno stato totalmente trasparente a uno totalmente oscurato, il team ha preso in considerazione una soluzione che unisce due composti chimici: un materiale organico e un sale metallico.