Combattere il caldo in casa in maniera passiva
Negli ultimi anni l’impiego di tetti e pareti trasparenti negli edifici ha guadagnato molta attenzione come soluzione per sfruttare al meglio la luce naturale, ridurre il consumo energetico e migliorare il benessere degli occupanti. Peccato che a fronte di innegabili vantaggi, esistano anche degli evidenti “contro” legati a limitazioni intrinseche di tale approccio. A partire dall’eccessivo accumulo di calore all’interno dell’edificio durante i mesi estivi. Come combattere il caldo in casa, allora, pur sfruttando al massimo la luce naturale? In auto arriva il nuovo metamateriale trasparente e multifunzionale del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) che, in un futuro non troppo lontano, potrebbe sostituire i componenti in vetro nelle costruzioni.
Il metamateriale trasparente multifunzionale
Il campo della ricerca è quello dei metamateriali ottici, ossia materiali compositi artificiali, solitamente nanostrutturati periodicamente su una scala di lunghezze d’onda secondarie per avere proprietà non facilmente visibili in natura.
All’interno del KIT, gli scienziati dell’Institute for Microstructure Technology e i colleghi del Light Technology Institute hanno sviluppato un metamateriale a base polimerica con microscopiche strutture superficiali piramidali. Questo particolare design è la chiave delle molteplici funzioni del composto. Nella pratica, infatti, permette di integrare la diffusione della luce, l’autopulizia e il raffreddamento radiativo (strategia di raffrescamento passivo con cui il calore viene “spedito” nello spazio durante la notte come radiazione infrarossa).
“Una caratteristica fondamentale è la capacità di irradiare in modo efficiente il calore attraverso la finestra di trasmissione degli infrarossi a onde lunghe dell’atmosfera terrestre, rilasciando calore nella fredda distesa dell’universo. Ciò consente il raffreddamento passivo senza consumo di elettricità”, spiega il professore Bryce S. Richards del KIT.
L’effetto di raffreddamento e la trasmissione della luce
Ma può davvero aiutare a combattere il caldo in casa? Secondo i test effettuati dal team il nuovo metamateriale polimerico ha determinato un raffreddamento di 6°C rispetto alla temperatura ambiente, mostrando nel contempo un’elevata trasparenza (o trasmittanza spettrale). Nel dettaglio grazie alle piccole piramidi superficiali vanta un’ottima diffusione della luce solare, riducendo al minimo le perdite di riflessione, per una trasparenza finale del 95% alla luce visibile. A titolo di confronto il vetro classico – spiegano gli scienziati – offre 4 punti percentuali in meno. Allo stesso tempo la superficie disperde il 73% della luce solare in entrata, presentando un aspetto sfocato. In altre parole se applicato su tetti e pareti degli edifici permetterebbe di sfruttare al massimo la luce naturale salvaguardando la privacy degli utenti.
Ma le applicazioni non si limiterebbero agli immobili residenziali o per uffici. “Nelle serre, l’elevata trasmissione luminosa potrebbe aumentare i rendimenti delle piante perché si stima che l’efficienza della fotosintesi sia del 9% più alto che nelle serre con tetto in vetro”, afferma Gan Huang, leader del gruppo dell’Institute for Microstructure Technology.
L’Autopulizia
Non solo. Il design conferisce al metamateriale trasparente una funzione utilissima: l’autopulizia. In caso di pioggia la matrice micropiramidale può “sollevare” le gocce d’acqua conferendo delle proprietà superidrofobiche, simili a quelle delle foglie di loto. Il processo rimuove lo sporco e la polvere depositate rendendo il composto di facile manutenzione e durevole.
“Il materiale – afferma Huang – può ottimizzare contemporaneamente l’uso della luce solare all’interno, fornire un raffreddamento passivo e ridurre la dipendenza dall’aria condizionata. La soluzione è scalabile e può essere perfettamente integrata nei piani di costruzione di edifici e sviluppo urbano rispettosi dell’ambiente”.
La ricerca è stata pubblicata su Nature Communications (testo in inglese).