L’isolamento termico passivo del futuro è una rete vascolarizzata integrata nel cemento, che rende gli edifici capaci di termoregolarsi in modo naturale, senza consumo energetico
Ispirandosi alla fisiologia degli elefanti, un team di ricercatori della Drexel University ha sviluppato un innovativo sistema di isolamento termico passivo che potrebbe rivoluzionare l’efficienza energetica degli edifici.
Non servono impianti meccanici, pompe di calore o pannelli tecnologici, per raffrescare e riscaldare gli ambienti potrebbe bastare un sistema vascolarizzato integrato direttamente nelle pareti, nei pavimenti e nei soffitti, trasformando le superfici edilizie in materiali termoregolatori intelligenti.
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La natura maestra di ingegneria termica
Il principio alla base di questa innovazione si ispira al sistema circolatorio di animali come gli elefanti, che regolano la temperatura attraverso una rete di vasi sanguigni nelle orecchie. “Quando fa caldo, il sangue scorre in superficie: potremmo arrossarci un po’ e iniziare a sudare attraverso le ghiandole, raffreddandoci attraverso un processo di cambiamento di fase: l’evaporazione del sudore”, spiega Amir Farnam, professore associato e responsabile del laboratorio AIM della Drexel University.
Seguendo questo stesso processo biologico, i team ha ideato un sistema in cui le pareti degli edifici diventano regolatori attivi della temperatura, immagazzinando calore quando le temperature salgono e rilasciandolo lentamente quando scendono, senza consumi energetici. Proprio come le grandi orecchie degli elefanti, attraversate da una rete di vasi per disperdere il calore, i ricercatori hanno inserito nel cemento una rete di micro-canali riempiti con materiali a cambiamento di fase (PCM), come la paraffina. Questi materiali assorbono e rilasciano calore passando dallo stato solido a liquido e viceversa, adattandosi in tempo reale alla temperatura esterna.
Un nuovo approccio alla sfida energetica degli edifici
Lo studio punta a ridurre il fabbisogno energetico degli edifici, che oggi rappresentano circa il 40% del consumo globale di energia. Nonostante i progressi in ambito di isolamento termico, superfici come pareti, finestre e soffitti continuano a essere tra i principali punti di dispersione, responsabili fino al 63% delle perdite dti calore.
“Dal punto di vista architettonico, avere ampie superfici vetrate in un edificio è molto desiderabili, ma questo si traduce anche in una riduzione delle proprietà isolanti”, spiega Rhythm Osan, giovane ricercatore coinvolto nello studio. Proprio per questo motivo, il team di Drexel ha ideato un modo per far sì che queste superfici contribuiscano a mantenere la temperatura interna desiderata, anziché ostacolarla.
Stabilità strutturale e risparmio energetico
Per costruire questi materiali termoregolatori, i ricercatori hanno utilizzato una matrice polimerica stampata in 3D, creando una griglia interna di micro-canali nel calcestruzzo. Dopo aver sciolto il materiale polimerico, i canali vengono riempiti con PCM a base di paraffina, tarati per attivarsi a specifiche soglie di temperatura.
Il tutto funziona come un sistema circolatorio artificiale integrato nella struttura edilizia, senza necessità di corrente elettrica, motori o sistemi attivi.
Tra le geometrie testate, quella con griglia a losanga (diamond-shaped) ha offerto il miglior compromesso tra robustezza meccanica e prestazione termica. Questo design ha dimostrato di mantenere la temperatura superficiale stabile, limitando le variazioni a 1–1,25 °C all’ora, riducendo così il bisogno di riscaldamento o raffrescamento meccanico.
Inoltre, l’aggiunta di aggregati fini al calcestruzzo ha incrementato la durabilità del materiale, senza interferire con l’efficacia della rete vascolarizzata.
Verso un futuro di edifici più verdi e intelligenti
Questa tecnologia apre nuove possibilità per l’edilizia sostenibile, rendendo le superfici edilizie termoattive e capaci di contribuire attivamente al comfort abitativo.
“I nostri materiali possono agire come un sistema vascolare per l’edificio, compensando le variazioni di temperatura e riducendo il fabbisogno energetico del sistema HVAC”,
afferma Robin Deb, scienziato del team di ricerca.I prossimi step prevedono la sperimentazione su scala più ampia, con diversi PCM e geometrie per adattarsi a vari climi e contesti edilizi, in vista di una futura applicazione commerciale.
La ricerca è stata pubblicata sul Journal of Building Engineering.
