Risparmiare energia con il vetro selettivo ad alta efficienza energetica

Vetri cromogenici

I materiali innovativi hanno un impatto positivo per quanto riguarda l’involucro dell’edificio. Le superfici vetrate ad alta efficienza energetica con i vetri selettivi, per esempio, hanno un ruolo fondamentale nella gestione della luce diurna e della temperatura interna. Tuttavia, l’ottimizzazione dell’assorbimento della radiazione solare dipende da una molteplicità di fattori che vedremo tra poco.

In ogni caso, per quanto riguarda la forbice tra la dispersione di calore e l’esigenza di illuminazione da luce naturale è risolta positivamente con l’utilizzo di vetro selettivo bassoemissivo magnetronico e pirolitico, e dai vetri elettrocromici, fotocromici, termocromici, cioè cromogenici, per la gestione delle temperatura e della luce naturale incidente sull’edificio.La radiazione solare incidente, come è noto, in parte viene assorbita, in parte riflessa e in parte trasmessa. Con l’impiego di alcuni materiali innovativi è possibile ottenere vetri che si comportano in modo molto diverso a seconda dell’incidenza della luce e della temperatura. 

Vetri ad efficienza energetica, magnetronici, pirolitici elettrocromici, fotocromici, termocromici

Ci sono vetri bassoemissivi (basso-ε), magnetronici o pirolitici, che hanno la particolarità di ridurre al minimo la dispersione di calore nell’ambiente. Per la produzione di un vetro selettivo bassoemissivo, partiamo dalla classica superficie vetrata a cui si aggiungono quattro strati: 

  • strato di adesione
  • isolamento in argento
  • strato protettivo
  • rivestimento

Nei vetri elettrocromici, fotocromici, termocromici, cioè cromogenici, la trasmissione della luce è di circa l’80%. Quindi, l’alternativa ai vetri magnetronici sono i vetri cromogenici (Fig. 7), che controllano selettivamente e dinamicamente l’energia termica e l’energia luminosa incidente.

Le loro proprietà sono attivate in modo reversibile (fino a un certo punto) e in modo naturale in quelli termocromici e fotocromici, ovvero artificiale in quelli elettrocromici.

  • I vetri elettrocromici – i cui componenti principali sono elettrolita, elettrodo e controelettrodo – funzionano grazie all’introduzione di un campo elettrico che consente l’aggiunta o la rarefazione di ioni mobili che reagiscono dando vita a composti che rendono il materiale colorato in un modo diverso.
  • I vetri fotocromici sono assemblati con sensibilizzatori ottici che reagiscono in presenza di raggi ultravioletti (alogenuri metallici), con un processo di assorbimento dell’energia solare. La dinamica della colorazione avviene in pochi minuti, con una durata circa doppia rispetto al processo inverso. I processi sono sempre reversibili solo nell’ideale del trattamento teorico, infatti questa caratteristica si perde nel tempo.  Inoltre, il costo della complessa tecnologia è ancora elevato rispetto al costo della vetrata classica ed è anche complesso diffondere l’alogenuro metallico in modo uniforme, quindi non è consigliabile costruire finestre grandi dimensioni, con vetri di questo tipo. 
  • I vetri termocromici sono sensibili alle variazioni della temperatura esterna. Restano trasparenti a una temperatura predefinita, dopo di che diventano opachi. Ciò avviene grazie all’impiego di particolari materiali, tra i quali il più interessante è l’ossido di vanadio che diventa riflettente, perché la radiazione infrarossa supera la temperatura critica, mentre passa dallo stato semiconduttore a quello metallico.

Ottimizzazione dell’assorbimento della radiazione solare nell’involucro edilizio e lo studio dell’onda termica incidente

Per quanto riguarda l’efficienza energetica di un edificio, sarà importante ottimizzare la captazione della radiazione solare. A questo proposito, in contesti caratterizzati da clima boreale, sarà consigliabile utilizzare vernici o rivestimenti scuri sugli edifici, per via del loro alto coefficiente di assorbimento. Ad esempio, α = 0.8 è la caratteristica delle facciate rosse degli edifici di Helsinki (figure 8, 9), grazie alla sua elevata capacità di catturare la radiazione solare. 

In contesti caratterizzati da un clima temperato caldo, le vernici bianche sono utilizzate come copertura dell’involucro dell’edificio, per riflettere la radiazione solare. Per questo tutti i paesi che si affacciano sulle 2 sponde del Mediterraneo hanno edifici bianchi.

L’ottimizzazione degli involucri, grazie anche all’applicazione di un metodo per lo studio dell’efficienza energetica degli edifici è il primo passo per risparmiare energia, ma potrebbe essere insufficiente per garantire il comfort, tralasciando l’aspetto soggettivo di questo parametro. 

Facciamo un’ipotesi surreale. Facciamo finta di voler progettare in Tunisia, un edificio a bassa inerzia termica caratterizzato da:

  • grandi superfici vetrate esposte a sud; 
  • vernice esterna scura; 
  • assenza di balconi. 

E un edificio a Helsinki con molta massa termica caratterizzato da:

  • piccole superfici finestrate; 
  • ampi balconi; 
  • vernice bianca a rivestire l’involucro esterno.

Nel primo caso, con la bassa inerzia delle pareti, l’onda termica incidente non sarebbe sufficientemente distesa e il picco non sarebbe assorbito con il risultato che, in breve tempo, le temperature esterne ed interne sarebbero coincidenti (Tin=Tout).

  • Le ampie superfici vetrate aumenterebbero la dispersione termica verso l’esterno e l’irradiazione verso l’interno, con un conseguente aumento delle temperature;
  • La vernice scura faciliterebbe l’assorbimento della radiazione solare, che non sarebbe ostacolata da alcuna ombreggiatura. Il risultato sarebbe quello di riprodurre il clima esterno, all’interno della casa. 

Nel secondo caso, a Helsinki, con l’inerzia delle pareti, l’onda termica incidente sarebbe allungata e il picco sarebbe assorbito, con il risultato che le temperature esterne già rigide sarebbero abbattute ulteriormente.

  • Le scarse superfici delle finestre peggiorerebbero la luce del giorno e l’irraggiamento verso l’interno;
  • la vernice bianca peggiorerebbe l’assorbimento della radiazione solare, che sarebbe anche ostacolata dalle ombre.

Con questo si vuol dimostrare che ci sono ragioni già scoperte da tempo che spiegano perché ogni zona del mondo è caratterizzata da una sua particolare tecnica costruttiva, che bisogna conoscere e studiare se si vuole raggiungere l’efficientamento energetico degli edifici. Inoltre, ancora una volta, non può esserci una soluzione costruttiva unica e standard applicabile ovunque.

Sidi Bou Said, Tunisia
Helsinki

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