Efficienza energetica e comfort con gli sviluppi degli involucri adattivi

Gli involucri adattivi, molti dei quali in fase prototipale, sono rivestimenti utilizzati in ambito edilizio in grado di cambiare autonomamente la propria configurazione; reagendo a al calore solare, alla temperatura o all'umidità possono garantire la salubrità degli ambienti, oltre che il risparmio energetico.

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Gli involucri adattivi sono rivestimenti utilizzati in ambito edilizio in grado di cambiare autonomamente la propria configurazione e, quindi, le proprie caratteristiche, senza fare ricorso a sistemi di alimentazione e controllo esterni.

Sfruttando stimoli ambientali come il calore solare, la temperatura dell’aria o l’umidità atmosferica, questi involucri sono in grado di migliorare l’abitabilità e la salubrità degli ambienti interni.

L’involucro Saber (Self-activated building envelope regulation), per esempio, si ispira al funzionamento della pelle umana (vedi foto in alto).

Sfruttando le proprietà di un idrogel poroso a cambiamento di fase composto da reticoli geometrici di Poli(N-isopropilacrilammide), un termo-polimero, il rivestimento è in grado di gestire autonomamente la propria struttura in ragione della temperatura esterna, del grado di umidità atmosferica e dell’insolazione.

La contrazione e la dilatazione della struttura porosa permette di regolare la temperatura e il grado di umidità degli ambienti interni. La tecnologia è in fase di sviluppo da circa un decennio presso l’università di Berkley.

Anche i progetti che sfruttano proprietà termiche delle lamine bimetalliche si ispirano al funzionamento della pelle umana.

Una lamina bimetallica si compone di due lamine metalliche con gradiente di dilatazione termica differente saldate a formare una sola lamina composita. Esposte a una fonte di calore, la tensione tra i due strati produce un incurvamento della superficie.

Attualmente, vengono utilizzate per la realizzazione di rivestimenti dinamici, in grado di regolare insolazione e ventilazione degli ambienti, oppure all’interno dei doppi vetri per schermare gli ambienti dalla radiazione solare, riducendo il fabbisogno energetico legato alla climatizzazione. Nel corso dell’ultima conferenza annuale TED (Technology Entertainment Design), un marchio di conferenze statunitensi gestite dall’organizzazione privata non-profit The Sapling Foundation, sono stati presentati prototipi che hanno riscosso un notevole successo.

Parallelamente, sono in corso di sviluppo rivestimenti dinamici che sfruttano le proprietà igroscopiche (attitudine di una sostanza ad assorbire umidità) di alcuni polimeri per ottenere risultati analoghi.

Simili rivestimenti sono in grado di proteggere le pareti dall’acqua e schermarle dalla radiazione solare, limitando il surriscaldamento degli ambienti interni.

Prototipi avanzati di rivestimenti water-reacting impiegano idromembrane, materiali compositi a base di polimeri e silicone, che attribuiscono al rivestimento la capacità di regolare l’umidità indoor e di sfruttare le proprietà idromorfiche del materiale sotto forma di raffrescamento evaporativo. Sono disponibili numerosi prototipi ma la tecnologia appare ancora in fase embrionale.

Anche i rivestimenti in idroceramica, un materiale composito formato da due strati ceramici traspiranti (forati o porosi) e uno strato di idrogel, si ispirano ai meccanismi di termoregolazione della pelle, focalizzandosi però sulla sudorazione.

In condizioni di irroramento ottimale (naturale o indotto) il materiale è in grado di ridurre sensibilmente (fino a 6 gradi) le temperature interne, regolando inoltre il tasso di umidità. La tecnologia risulta particolarmente interessante anche in ragione dei costi, estremamente contenuti, e delle prospettive di sviluppo legate all’evoluzione dei materiali.

Anche i mattoni raffrescanti sfruttano le caratteristiche della ceramica e degli idrogel.

La loro struttura ceramica porosa, realizzata tramite stampa 3D, gli permette di assorbire l’acqua piovana, rimanendo però contemporaneamente permeabili all’aria. La ventilazione esterna, perciò, passando attraverso i muri viene naturalmente raffrescata (raffrescamento evaporativo), contribuendo a diminuire la temperatura degli ambienti interni.

Gli involucri adattivi che sfruttano le proprietà termiche della cera di paraffina, invece, sono concepiti secondo un approccio completamente diverso.

La cera di paraffina è un materiale a cambio di fase suscettibile al calore, con un punto di fusione compreso tra i 35 e i 50 gradi. Raggiunta questa temperatura la cera si inizia a liquefare, aumentando notevolmente il proprio volume.

Sfruttando questa caratteristica, alcuni prototipi utilizzano l’espansione della cera di paraffina come forza motrice programmabile per attivare coperture mobili e regolare quindi l’insolazione degli ambienti, oppure per alimentare meccanismi altrimenti allacciati alla rete di distribuzione della corrente elettrica.

Sviluppi e applicazioni degli involucri adattivi

Anche se nessuna di queste tecnologie ha un profilo rivoluzionario, non vanno tralasciate le possibili applicazioni nell’edilizia urbana, soprattutto pubblica, commerciale e industriale.

Inoltre, questi indirizzi di ricerca rappresentano un ottimo esempio di come implementare capillarmente la transizione energetica.

Se sul fronte della produzione elettrica è difficile immaginare un modello di sviluppo che non vada a premiare le economie di scala e che non concentri le risorse nell’opzione migliore, sul fronte dell’efficienza energetica è invece necessario farlo.

Su questo versante, infatti, non saranno l’innovazione tecnologia vera e propria, il gigantismo o l’omologazione a garantire una progressiva riduzione dei costi o il raggiungimento di standard elevati, ma anzi, al contrario, la ricerca applicata, l’inventiva, l’immaginazione.

Solo valorizzando l’intrinseca diversità dei tessuti urbani, segmentando il fabbisogno energetico, diversificando la domanda e l’offerta tecnologica e commerciale sarà possibile tagliare capillarmente e durevolmente i consumi, anche utilizzando questi nuovi materiali.

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