• Articolo Roma, 5 novembre 2007
  • Vetro intelligente e ad alte prestazioni: efficienza e risparmio energetico

  • L’ottimizzazione delle prestazioni dell’involucro architettonico richiede un’attenta scelta delle vetrature: l’importanza assunta dagli elementi trasparenti, all’interno del sistema edificio, ha comportato lo sviluppo di una serie di materiali e tecnologie efficienti, cui spetta il ruolo di gestire il controllo delle interazioni che avvengono tra il clima esterno e le condizioni interne agli ambienti.

Oggi l’innovazione tecnologica e la ricerca hanno comportato la produzione di vetri speciali per il miglioramento del comfort, il risparmio energetico ed il contenimento dei consumi. Per controllare e modificare la qualità o la quantità della luce sono stati studiati metodi e tecnologie dei sistemi vetrati che hanno diverse funzioni, quali il controllo della radiazione solare, l’aerazione, il guadagno termico passivo, l’antiabbagliamento, la salvaguardia della vista e della privacy, l’aumento dell’illuminazione naturale e cosi via. Le nuove tecnologie hanno l’obiettivo di valorizzare e ottimizzare la luce naturale all’interno degli ambienti: diventa dunque centrale al progetto il controllo e la gestione della componente solare e luminosa.
L’industria del vetro ha raggiunto, ai giorni nostri, un grado di perfezionamento delle tecniche produttive e di ricerca applicata così elevato da riuscire a trasformare un materiale, agli inizi funzionale solo all’ingresso della luce, in un filtro dinamico, sensibile agli stimoli ambientali e umani, capace di unire il livello di comfort al risparmio energetico e ai benefici ambientali.
L’ottenimento di vetri speciali (colorati in massa, riflettenti, basso-emissivi, antisolari), grazie a raffinate tecniche di deposizione di ossidi e metalli sulla superficie e all’evoluzione della tecnologia, ha premesso di agire sempre più sul controllo solare, sull’isolamento termico e sul contenimento dei costi e dei consumi energetici.
Sono tante le tipologie di vetri sperimentali ed innovativi che coprono un ampio raggio di funzioni e casistiche applicative, avendo caratteristiche termiche e cromatiche differenti. Si potrebbe redigere una breve classificazione sulle tipologie di sistemi vetrati con specifiche proprietà.
I vetri ad alta prestazione hanno caratteristiche tali da esercitare il controllo sulla radiazione solare massimizzando il rapporto tra la trasmissione di luce e il valore di conducibilità termica. Tra le tipologie di vetrature a trasmissione variabile sono presenti i vetri TIM (Transparent Insulation Materials) i quali possono essere costituiti da:
– aerogel omogenei o granulari di natura inorganica: a struttura porosa ed igroscopici, hanno un coefficiente di trasmissione solare superiore all’80% e un coefficiente di trasmissione termica molto basso variabile a seconda del procedimento di preparazione e dello spessore.
– policarbonati o polimetilmetacrilati a struttura a nido d’ape di natura organica: sono realizzate con una serie di fibre in materiale plastico o vitreo ed hanno ottime proprietà di trasmissione della luce (90% per incidenza normale) e di isolamento termico. I TIM possono essere impiegati come componenti trasparenti, in sistemi a guadagno diretto o indiretto, accoppiati ad elementi opachi di accumulo, ottenendo un buon comfort luminoso, legato al comportamento diffondente, ma non consentono la visione.
Con i *vetri a selettività angolare* si agisce sulla direzione dei raggi solari incidenti: qui di seguto alcuni esempi.
I *vetri colorati* ottenuti con aggiunte di sostanze coloranti al vetro fuso (ossidi metallici, principalmente ferro, cobalto, cromo vanadio e rame, anche oro e argento) e i vetri riflettenti ottenuti con ossidi metallici depositati in strati molecolari sulla loro superficie hanno molta importanza legata al controllo della luce e a quello dell’energia termica.
I *vetri basso emissivi* conservano il calore d’inverno grazie al coefficiente di trasmittanza molto basso e mantengono il fresco nel periodo estivo a causa del suo fattore solare poco elevato e la sua bassa trasmissione energetica.
I *vetri cromogenici* variano le proprietà fisico-chimiche e ottiche a seguito dell’applicazione di un campo elettrico o dell’esposizione alla radiazione luminosa o termica. Questa variazione si manifesta come passaggio da uno stato di alta trasparenza ad uno stato in cui il materiale riflette oppure assorbe, in modo parziale o totale, la parte visibile e/o quella solare dello spettro luminoso. I materiali cromogenici, infatti, sono in grado di modificare le loro proprietà ottiche – a seconda delle condizioni interne gestite dall’utente o esterne in funzioni delle dinamiche climatiche – grazie a particolari proprietà fisico-chimiche che permettono una trasformazione da strato trasmittente ad uno parzialmente riflettente. La corrente elettrica comanda minuscoli cristalli depositati sulla superficie della lastra, i quali si orientano in modalità differenti modificando la trasmissione luminosa. Si tratta dunque di un ‘vetro intelligente’ in quanto modifica le condizioni di illuminazione e temperatura diminuendo i consumi energetici all’interno degli ambienti.
I *vetri elettrocromici*: nella camera tra le due lastre di vetro si trova uno strato di cristalli liquidi il cui stato può essere modificato a seconda delle necessità applicando un campo elettrico. In assenza di tensione elettrica gli strati con i cristalli liquidi sono di colore bianco lattiginoso e bloccano la radiazione luminosa, mentre se viene applicata una tensione diventano trasparenti. La trasmissione della luce in presenza di un campo elettrico varia dal 40 al 70 %.
I *vetri intelligenti* o elettrocromici sono in grado di rispondere in modo dinamico ai cambiamenti ambientali, garantendo un elevato comfort all’interno degli ambienti. Essi permettono un migliore controllo degli apporti luminosi ed energetici, riducendo le dispersioni e quindi i consumi energetici. I dispositivi che consentono a questo materiale di modulare il flusso elettromagnetico, per una frazione di tempo determinata ed in modo reversibile sono detti cromogenici. Tali tipologie di sistemi vetrati possono essere classificati in base al tipo di funzionamento, ossia se autoregolanti o attivati elettricamente secondo le volontà dell’utente. I *vetri elettrocromic*i sono costituiti da due lastre al cui interno è presente un coating, applicato con tecniche a vuoto, e di deposito fisico di vapori (PVD -Physical Vapour Deposition). Attraverso la combinazione dei vapori generati con il gas immesso nell’ambiente sotto vuoto, si ottengono strati sottili che favoriscono, in base alla migrazione di ioni da un elettrodo all’altro, un nuovo stato di aggregazione, favorendo una nuova colorazione del vetro e modificando la trasmissione della radiazione luminosa dal 4 al 63 %, ed è proprio dalla variazione cromatica in funzione della tensione applicata, che prende il nome il vetro elettrocromico.
Un esempio di vetri elettrocromici sono i vetri a cristalli liquidi, composti da due lastre tra cui è posto un film ‘LC’ (LCs – Liquid Crystals) di cristalli liquidi, all’interno di film polimerici. Se i cristalli sono a riposo, essendo disposti in modo disordinato quindi le molecole non sono orientate e deflettono i raggi luminosi in direzioni differenti, essi ostacolano il passaggio della luce, rendendo il vetro opaco, traslucido ed incapace di trasmettere radiazione luminosa; quando al vetro è applicata una tensione elettrica esterna gli LCs si orientano tutti nella stessa direzione e permettono alla luce di attraversare il vetro senza deflessioni, e il vetro risulterà trasparente.
I *vetri fotocromici* si scuriscono quando vengono esposti ai raggi ultravioletti ed hanno un comportamento reversibile nel momento in cui cessa l’irraggiamento. Si tratta di decomposizione di microcristalli di alogenuri di argento (coluri, bromuri, ioduri), presenti come fase dispersa nella pasta del vetro e sensibili ai raggi ultravioletti. Questo tipo di vetro modifica la trasmissione luminosa in funzione della quantità della luce incidente sulla superficie: assumono una colorazione grigia quando esposti alla radiazione solare, funzionando da filtro per la luminosità interna degli ambienti. Un punto negativo di questi sistemi è la poca possibilità di penetrazione della radiazione luminosa d’inverno, diminuendo il guadagno solare e termico negli ambienti che non si intendono ombreggiare.
I *vetri termocromici* variano l’assorbimento della radiazione luminosa in funzione della temperatura superficiale esterna: si opacizzano quando si raggiunge una temperatura critica (specifica di ogni prodotto) e ritornano trasparenti nel momento in cui si abbassa la temperatura. Ciò si ottiene con un rivestimento della lastra di vetro in triossido di tungsteno o diossido di vanadio. Un punto critico di questo sistema è determinato da un passaggio non graduale dalla trasparenza all’opacità, diminuendo i guadagni solari passivi nel periodo invernale.
I *vetri termotropici* sono costituiti da un fluido formato da due componenti, acqua e gas, che viene imprigionato tra due lastre di vetro o pellicole.Fino ad una determinata temperatura la miscela rimane omogenea e lo strato racchiuso rimane trasparente, ma nel momento in cui la temperatura limite aumenta, si ha la separazione dei due componenti, a causa della quale lo strato diventa bianco opaco e riflette gran parte della luce diffondendola, cioè diminuisce il passaggio della radiazione luminosa.
I *vetri energetici* presentano l’inserimento di celle fotovoltaiche, le quali possono essere fissate tra le due lastre di vetro con pellicole adesive o resine, che garantiscono una protezione ottimale delle celle e dei cablaggi dagli agenti atmosferici.
I vetri intelligenti sanno dunque rispondere a stimoli esterni cambiando le caratteristiche di trasparenza, lucentezza, colorazione e grado di schermatura dalla radiazione solare, mantenendo inalterate le proprietà strutturali. Essi sono molto utilizzati in ambito edilizio e del terziario, in quanto variando la quantità di radiazione luminosa trasmessa permettono notevoli risparmi energetici. La ricerca architettonica e l’innovazione tecnologica si stanno aprendo verso nuovi orizzonti rivolti al campo della sostenibilità e del risparmio energetico. Dunque lo studio delle prestazioni dell’involucro trasparente è ritenuto fondamentali per il contenimento dei consumi e il miglioramento dell’efficienza energetica negli edifici.

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