11 ottobre 2022
Il Fraunhofer FEP è riuscito a produrre il primo strato termocromico al mondo su vetro sottile con un processo roll-to-roll. Un risultato che in futuro potrebbe rendere superflue le tapparelle meccaniche e allo stesso tempo ridurre il fabbisogno energetico di raffreddamento e riscaldamento di un edificio.
Complessi di uffici, edifici pubblici e nuove costruzioni sono per lo più caratterizzati architettonicamente da grandi finestre e facciate in vetro rivolte a sud. Mentre in inverno la radiazione solare serve a sostenere il riscaldamento, in estate l’interno dell’edificio si riscalda e richiede un raffreddamento attivo. L’ombreggiamento tramite tapparelle, ad esempio, riduce il comfort e non contribuisce all’utilizzo dell’apporto di calore nell’edificio in inverno. Soprattutto in vista del prossimo periodo autunnale e invernale, in combinazione con gli attuali requisiti governativi per il risparmio energetico e la crisi energetica, le finestre intelligenti offrono una soluzione lungimirante. Tali finestre sono in grado di regolare l’apporto di calore della radiazione solare in base alla situazione meteorologica.
Il Fraunhofer FEP sta quindi ricercando rivestimenti superficiali che possano fornire un contributo importante in questo senso e che permettano di ridurre l’irraggiamento di calore attraverso il vetro delle finestre nell’edificio. Insieme ai partner del progetto, i ricercatori stanno lavorando su sistemi di rivestimento attivi e intelligenti che sfruttano gli effetti dell’elettrocromismo (commutazione della trasmissione di energia mediante l’applicazione di una tensione) e del termocromismo (commutazione della trasmissione di energia mediante il superamento/abbassamento di una temperatura). Queste pellicole elettrocromiche possono essere utilizzate nelle nuove costruzioni per le vetrate isolanti e non solo. È possibile anche il retrofitting di edifici esistenti.
Attualmente, alcune tecnologie passive sono già disponibili sul mercato. Tuttavia, questi strati sottili prodotti su pellicola o vetro portano solo a una regolazione permanente della trasmittanza energetica. Per questo motivo funzionano solo con un’impostazione, ad esempio per evitare in estate l’irradiazione di calore chetuttavia, anche in inverno viene tenuto fuori. Inoltre, nel processo di produzione si utilizzano anche risorse preziose come l’argento. I ricercatori si stanno quindi concentrando sull’ottimizzazione delle proprietà e sulla sostituzione di questi materiali scarsamente reperebili.
Come nel caso di tutte le tecnologie, passive o attive, la sfida consiste nel trovare un equilibrio tra le varie proprietà che contemporaneamente devono risultare efficaci: l’impressione e l’efficacia ottica in diversi intervalli di lunghezza d’onda svolgono un ruolo maggiore o sono trascurabili rispetto a un’ampia trasmittanza energetica. Allo stesso modo, si deve tenere conto della gamma di temperature di commutazione dei rivestimenti termocromici e, naturalmente, dei costi di produzione.
Per trovare soluzioni nuove e versatili, i ricercatori stanno sviluppando tecnologie di rivestimento per elementi termocromici su vetro ultrasottile. Il materiale del substrato, con uno spessore di circa 100 µm, richiede un’elevata maneggevolezza e la scalabilità su aree più ampie si è rivelata finora molto difficile. Allo stesso tempo, l’uso di un film polimerico come substrato alternativo, che potrebbe facilitare la manipolazione, non è facilmente applicabile. Il motivo è da ricercare nelle alte temperature di alcune centinaia di gradi centigradi del processo di produzione.
All’inizio del 2022, i ricercatori del Fraunhofer FEP sono riusciti a produrre il primo strato termocromico al mondo a base di biossido di vanadio su vetro ultrasottile, utilizzando un’efficiente tecnologia roll-to-roll. Gli strati termocromici cambiano la loro trasmissione nella gamma degli infrarossi quando viene superata una certa temperatura. La trasmissione nella gamma visibile rimane invariata. Ciò significa che l’utente non nota alcun cambiamento ottico nella finestra e non ha alcuna limitazione nel comfort luminoso o nella visibilità. In questo modo si blocca efficacemente la radiazione termica in estate, riducendo la necessità di climatizzazione. In inverno, la radiazione termica del sole viene lasciata passare, con conseguente risparmio sul consumo di energia per il riscaldamento.
La temperatura di commutazione è di circa 20°C, il che significa che il vetro sottile termocromico applicato agli edifici passa dallo stato trasmissivo a quello riflessivo quando la temperatura è superiore a 20°C. Questa temperatura di commutazione può essere regolata, conformemente ai requisiti climatici, attraverso la composizione, il controllo del processo e la struttura del sistema di stratificazione.
Il passo successivo è scalare la tecnologia e portarla alla maturità del mercato. I temi di ricerca sono in particolare l’ottimizzazione della manipolazione del substrato, la stabilità a lungo termine e la regolazione della temperatura di commutazione richiesta.
La combinazione delle tecnologie qui presentate renderà quindi superflue le tapparelle meccaniche in futuro e potrà ridurre il fabbisogno di energia per il raffreddamento e il riscaldamento di un edificio di una percentuale compresa tra il 10% e, in casi estremi, di una percentuale compresa tra il 10% e il 10%. La combinazione delle tecnologie qui presentate renderà quindi in futuro superflue le tapparelle meccaniche e potrà ridurre il fabbisogno energetico per il raffreddamento e il riscaldamento di un edificio tra il 10% e il 60% al massimo.