Rinnovabili • Rivestimento per finestre

Il rivestimento per finestre che fa risparmiare sempre sull’aria condizionata

Un gruppo di ricerca dell’Università di Notre Dame ha sviluppato un innovativo rivestimento per finestre multistrato che limita la radiazione termica indipendentemente dall'inclinazione dei raggi solari

Rivestimento per finestre
credits: Università di Notre Dame

Per individuare la combinazione ottimale tra gli strati che compongono il rivestimento, i ricercatori si sono affidati al calcolo quantistico

(Rinnovabili.it) – Guardando ad un futuro composto da edifici ad energia quasi zero, anche le superfici trasparenti avranno un ruolo determinante nel conteggio del fabbisogno energetico. Sfruttare al massimo l’illuminazione naturale infatti, permette di ridurre notevolmente la richiesta di elettricità per l’illuminazione, il problema è che oltre alla luce solare, filtra all’interno degli edifici anche il calore. L’Università di Notre Dame ha sviluppato un innovativo rivestimento per finestre capace di bloccare la radiazione termica ultravioletta, lasciando invece passare la luce visibile.

La differenza tra il rivestimento per finestre di Notre Dame con le pellicole tradizionali

La differenza tra il rivestimento sviluppato dalla ricerca francese, con le molteplici pellicole e vetri isolanti già oggi presenti sul mercato, è la capacità di schermare il calore a qualsiasi inclinazione dei raggi solari. Solitamente infatti, questo genere di superfici agisce al meglio quando i raggi solari incidono sulla finestra con un’angolazione di 90 gradi. E’ chiaro però che, nel momento di massimo bisogno quando il calore è più intenso, ovvero verso mezzogiorno, il sole filtra dalle finestre con un angolo estremamente obliquo quasi verticale. 

“L’angolo tra la luce del sole e la finestra cambia continuamente”, ha affermato Tengfei Luo, professore di studi energetici presso l’Università di Notre Dame e responsabile dello studio. “Il nostro rivestimento mantiene funzionalità ed efficienza qualunque sia la posizione del sole nel cielo”.

Individuare la sperimentazione migliore grazie alla ricottura quantistica 

Rivestimento per finestre
Credit: Cell Reports Physical Science (2024). DOI: 10.1016/j.xcrp.2024.101847

Luo ed il suo collaboratore Seongmin Kim avevano precedentemente sviluppato un rivestimento trasparente per finestre con il potere di migliorare il raffreddamento degli edifici, composto da una serie di strati ultrasottili di silice, allumina e ossido di titanio su una base di vetro. A differenza del primo studio la nuova ricerca aggiunge uno strato di polimero di silicio dello spessore di un micrometro per migliorare il potere di raffreddamento della struttura riflettendo la radiazione termica attraverso la finestra atmosferica e nello spazio esterno.

Ma qual è la combinazione di strati più efficiente? Una sperimentazione pratica avrebbe richiesto moltissimi esperimenti, con conseguente spreco di tempo e risorse. Ecco perchè, il team ha invece optato per l’utilizzo di un calcolatore quantistico, o meglio il processo di ricottura quantistica, che ha permesso di individuare la combinazione migliore della sperimentazione. 

Il loro modello ha prodotto un rivestimento che mantiene la trasparenza e riduce la temperatura interna da 5,4 a 7,2 gradi Celsius, in un’ampia varietà di angoli di incidenza.

“Come gli occhiali da sole polarizzati, il nostro rivestimento riduce l’intensità della luce in entrata, ma a differenza degli occhiali da sole, il nostro rivestimento rimane chiaro ed efficace anche quando lo inclini ad angoli diversi”, ha affermato Luo.

Lo schema di apprendimento attivo e calcolo quantistico sviluppato per creare questo rivestimento può essere utilizzato per progettare un’ampia gamma di materiali con proprietà complesse.

La ricerca è pubblicata sulla rivista Cell Reports Physical Science .

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About Author / Alessia Bardi

Si è laureata al Politecnico di Milano inaugurando il primo corso di Architettura Ambientale della Facoltà. L’interesse verso la sostenibilità in tutte le sue forme è poi proseguito portandola per la tesi fino in India, Uganda e Galizia. Parallelamente alla carriera di Architetto ha avuto l’opportunità di collaborare con il quotidiano Rinnovabili.it scrivendo proprio di ciò che più l’appassiona. Una collaborazione che dura tutt’oggi come coordinatrice delle sezioni Greenbuilding e Smart City. Portando avanti la sua passione per l’arte, l’innovazione ed il disegno ha inoltre collaborato con un team creativo realizzando una linea di gioielli stampati in 3D.


Rinnovabili • Turbine eoliche ad asse verticale

Turbine eoliche ad asse verticale, efficienza migliorata del 200%

Dall'EPFL svizzero il primo studio che applica un algoritmo di apprendimento automatico alla progettazione della pale delle turbine VAWT

Turbine eoliche ad asse verticale
via depositphotos

Nuovi progressi per le turbine eoliche ad asse verticale

Un aumento dell’efficienza del 200% e una riduzione delle vibrazioni del 70%. Questi due dei grandi risultati raggiunti nel campo delle turbine eoliche ad asse verticale,  presso l’UNFoLD, il laboratorio di diagnostica del flusso instabile della Scuola Politecnica Federale di Losanna (EPFL). Il merito va a Sébastien Le Fouest e Karen Mulleners che, in un’anteprima mondiale hanno migliorato questa specifica tecnologia impiegando un algoritmo di apprendimento automatico.

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Turbine eoliche VAWT, vantaggi e svantaggi

Si tratta di un progresso a lungo atteso dal comparto. Le turbine eoliche ad asse verticale o VAWT per usare l’acronimo inglese di “Vertical-axis wind turbines” offrono sulla carta diversi vantaggi rispetto ai classici aerogeneratori ad asse orizzontale. Ruotando attorno ad un asse ortogonale al flusso in entrata, il loro lavoro risulta indipendente dalla direzione del vento, permettendogli di funzionare bene anche nei flussi d’aria urbani. Inoltre offrono un design più compatto e operano a frequenze di rotazione più basse, il che riduce significativamente il rumore e il rischio di collisione con uccelli e altri animali volanti. E ancora: le parti meccaniche della trasmissione possono essere posizionate vicino al suolo, facilitando la manutenzione e riducendo i carichi strutturali.

Perché allora non sono la scelta dominante sul mercato eolico? Come spiega lo stesso Le Fouest, si tratta di un problema ingegneristico: le VAWT funzionano bene solo con un flusso d’aria moderato e continuo. “Una forte raffica aumenta l’angolo tra il flusso d’aria e la pala, formando un vortice in un fenomeno chiamato stallo dinamico. Questi vortici creano carichi strutturali transitori che le pale non possono sopportare“, scrive Celia Luterbacher sul sito dell’EPFL.

Energia eolica e algoritmi genetici

Per aumentare la resistenza, i ricercatori hanno cercato di individuare profili di inclinazione ottimali.  Il lavoro è iniziato montando dei sensori, direttamente su una turbina in scala ridotta, a sua volta accoppiata ad un ottimizzatore funzionante con algoritmi genetici di apprendimento. Di cosa si tratta? Di una particolare tipologia di algoritmi euristici basati sul principio della selezione naturale.

Quindi muovendo la pala avanti e indietro con angoli, velocità e ampiezze diverse, hanno generato una serie di profili di inclinazione. “Come in un processo evolutivo, l’algoritmo ha selezionato i profili più efficienti e robusti e ha ricombinato i loro tratti per generare una ‘progenie’ nuova e migliorata”. Questo approccio ha permesso a Le Fouest e Mulleners non solo di identificare due serie di profili di passo che contribuiscono a migliorare significativamente l’efficienza e la robustezza della macchina, ma anche di trasformare la più grande debolezza delle turbine eoliche ad asse verticale in un punto di forza. I risultati sono riportati su un articolo recentemente pubblicato sulla rivista Nature Communications.

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About Author / Stefania Del Bianco

Giornalista scientifica. Da sempre appassionata di hi-tech e innovazione energetica, ha iniziato a collaborare alla testata fin dalle prime fasi progettuali, profilando le aziende di settore. Nel 2008 è entrata a far parte del team di redattori e nel 2011 è diventata coordinatrice di redazione. Negli anni ha curato anche la comunicazione e l'ufficio stampa di Rinnovabili.it. Oggi è Caporedattrice del quotidiano e, tra le altre cose, si occupa quotidianamente delle novità sulle rinnovabili, delle politiche energetiche e delle tematiche legate a tecnologie e mercato.