I ricercatori del Fraunhofer Institute hanno sviluppato un rivestimento intelligente per vetri edili in grado di scurirsi automaticamente alla luce del sole. Questa tecnologia combina materiali elettrocromici e termocromici, rispondendo sia agli stimoli elettrici che alle variazioni di temperatura. Negli edifici moderni con ampie facciate continue in vetro, il rivestimento riduce efficacemente il surriscaldamento interno causato dall'irradiazione solare, diminuendo così la dipendenza da sistemi di condizionamento dell'aria ad alta intensità energetica.
L'industria delle costruzioni è una delle principali fonti di emissioni globali di gas serra. In Germania, ad esempio, secondo le statistiche dell'Agenzia federale per l'ambiente, il settore edile rappresenta circa il 30% delle emissioni di anidride carbonica del paese e il 35% del suo consumo energetico. Gli edifici con grandi facciate e tetti in vetro, in particolare le strutture per uffici, subiscono forti aumenti delle temperature interne durante la forte irradiazione solare estiva. I tradizionali dispositivi di ombreggiatura come tende e persiane spesso compromettono l'estetica visiva e ostruiscono la vista. Di conseguenza, tali edifici si affidano comunemente all'aria condizionata per il raffreddamento, con conseguente elevato consumo di elettricità e un'impronta di carbonio maggiore.
Per affrontare questo problema, il Fraunhofer Institute for Silicate Research (ISC) e il Fraunhofer Institute for Organic Electronics, Electron Beam, and Plasma Technology (FEP) hanno guidato congiuntamente il progetto "Switch2Save" finanziato dall'UE. Hanno collaborato con università e partner industriali in diversi paesi europei per far progredire lo sviluppo e l'applicazione della tecnologia di rivestimento per finestre intelligenti.
In questo sistema di rivestimento intelligente, il componente elettrocromico si basa su un film conduttivo trasparente. L'applicazione di tensione al film innesca la migrazione di ioni ed elettroni, consentendo al vetro di passare reversibilmente da trasparente a scuro. Il rivestimento termocromico, d'altra parte, riflette automaticamente il calore solare quando la temperatura ambiente raggiunge una soglia specifica, operando senza alimentazione esterna come meccanismo di risposta passivo.
Gli elementi elettrocromici possono essere integrati con sensori e un sistema di controllo per monitorare l'intensità della luce e la temperatura in tempo reale. Quando i valori superano i parametri impostati, il sistema invia un segnale elettrico al film conduttivo, oscurando gradualmente il vetro. Questo blocca efficacemente l'ingresso di calore e fornisce funzionalità anti-abbagliamento. Nelle giornate nuvolose o di notte, il vetro torna alla piena trasparenza, massimizzando l'introduzione di luce naturale.
La tecnologia è già stata implementata in applicazioni pratiche di costruzione. Ad esempio, questo sistema di vetro intelligente è stato installato nella clinica pediatrica di un grande ospedale ad Atene, in Grecia, e in un edificio per uffici a Uppsala, in Svezia. I ricercatori condurranno uno studio di monitoraggio del consumo energetico della durata di un anno per confrontare l'utilizzo di elettricità dei sistemi di condizionamento dell'aria prima e dopo il retrofit, verificando le prestazioni di risparmio energetico in condizioni climatiche reali.
In termini di produzione, il team utilizza processi chimici umidi e tecnologia di rivestimento sottovuoto. Il rivestimento elettrocromico è integrato su un film polimerico flessibile, mentre lo strato termocromico è preparato su un substrato di vetro ultrasottile. I metodi di produzione roll-to-roll consentono una produzione economica e scalabile. Il prodotto finale è spesso solo poche centinaia di micrometri di spessore e pesa meno di 500 grammi per metro quadrato, rendendolo facile da installare nelle finestre degli edifici esistenti senza modifiche strutturali.
Attualmente, il team del progetto si concentra sull'ulteriore miglioramento dell'applicabilità della tecnologia. Gli sforzi includono la combinazione di unità elettrocromiche e termocromiche per migliorare la flessibilità normativa, lo sviluppo di processi di rivestimento adatti al vetro curvo e l'espansione delle opzioni di colore oltre il grigio e il blu per soddisfare le diverse esigenze estetiche architettoniche.
Con il riscaldamento globale e l'avanzamento del Green Deal dell'UE, la domanda di tecnologie edilizie ad alta efficienza energetica sta crescendo rapidamente. Tutti gli edifici nell'UE dovrebbero raggiungere la neutralità carbonica entro il 2050. Le tecnologie per finestre intelligenti come Switch2Save sono destinate a svolgere un ruolo chiave nella promozione della trasformazione a basse emissioni di carbonio dell'industria delle costruzioni.
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