Scienziati hanno prodotto una “finestra a base di idrogel” a risparmio energetico (Video)

Gli scienziati della Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) hanno sviluppato un pannello per finestre con liquido che può bloccare i raggi del sole per regolare la trasmissione solare, intrappolando simultaneamente il calore termico che può essere rilasciato durante il giorno e la notte, contribuendo a ridurre il consumo di energia negli edifici.
I ricercatori della NTU hanno sviluppato la loro “finestra intelligente” inserendo un liquido a base di idrogel all’interno di pannelli di vetro, nelle simulazioni hanno scoperto che può ridurre fino al 45% il consumo di energia negli edifici rispetto alle tradizionali finestre in vetro. È anche il 30% più efficiente dal punto di vista energetico rispetto al vetro a bassa emissività (efficiente dal punto di vista energetico) disponibile in commercio, pur essendo più economico da produrre.
La finestra intelligente è il primo esempio riportato in una rivista scientifica di finestre intelligenti a risparmio energetico realizzate con liquidi, supporta la visione di NTU Smart Campus che mira a sviluppare soluzioni tecnologicamente avanzate per un futuro sostenibile.
Le finestre sono una componente chiave nella progettazione di un edificio, ma sono anche la parte meno efficiente dal punto di vista energetico. Le finestre a causa della facilità con cui il calore può trasferirsi attraverso il vetro, hanno un impatto significativo sui costi di riscaldamento e raffreddamento di un edificio: secondo un rapporto del 2009 delle Nazioni Unite, gli edifici rappresentano il 40% del consumo energetico globale e le finestre sono responsabili della metà di tale consumo energetico.
Le tradizionali finestre a basso emissivo a risparmio energetico sono realizzate con costosi rivestimenti che riducono la luce infrarossa che entra o esce da un edificio, contribuendo così a ridurre la domanda di riscaldamento e raffreddamento. Tuttavia, non regolano la luce visibile, che è una componente importante della luce solare che provoca il riscaldamento degli edifici.
I ricercatori della NTU per sviluppare una finestra per superare queste limitazioni, si sono rivolti all’acqua, che assorbe un’elevata quantità di calore prima che inizi a scaldarsi, un fenomeno noto come specifica elevata capacità termica. Hanno creato una miscela di micro-idrogel, con aggiunta di acqua e uno stabilizzante, hanno scoperto attraverso esperimenti e simulazioni che può ridurre efficacemente il consumo di energia in una varietà di climi, grazie alla sua capacità di rispondere a un cambiamento di temperatura. Grazie all’idrogel, la miscela liquida diventa opaca se esposta al calore, bloccando così la luce solare e, una volta fredda, ritorna al suo “limpido” stato originale (vedi video Finestra liquida” a risparmio energetico creata dagli scienziati della NTU Singapore).

Finestra liquida più adatta per edifici per uffici
L’elevata capacità termica dell’acqua allo stesso tempo consente di immagazzinare una grande quantità di energia termica invece di essere trasferita attraverso il vetro e nell’edificio durante le calde ore diurne. Il calore verrà quindi gradualmente raffreddato e rilasciato durante la notte.
Il dottor Long Yi, docente senior presso la School of Materials Science & Engineering, autore principale dello studio di ricerca pubblicato nella rivista Joule, ha affermato:
«La nostra innovazione combina le proprietà uniche di entrambi i tipi di materiali: idrogel e acqua. Utilizzando un liquido a base di idrogel semplifichiamo il processo di fabbricazione per versare la miscela tra due pannelli di vetro. Ciò conferisce alla finestra un vantaggio unico di elevata uniformità, il che significa che la finestra può essere realizzata in qualsiasi forma e dimensione».
Il team di ricerca NTU come risultato di queste caratteristiche, ritiene che la loro innovazione sia più adatta per l’uso negli edifici per uffici, dove le ore di funzionamento sono per lo più durante il giorno. Gli scienziati a dimostrazione del concetto hanno condotto test all’aperto in ambienti caldi (Singapore, Guangzhou) e freddi (Pechino).
Il test di Singapore ha rivelato che la finestra del liquido intelligente aveva una temperatura inferiore (50° C) durante le ore più calde della giornata (mezzogiorno) rispetto a una normale finestra di vetro (84° C). I test di Pechino hanno dimostrato che la stanza che utilizzava la finestra del liquido intelligente consumava l’11% in meno di energia per mantenere la stessa temperatura rispetto alla stanza con una normale finestra di vetro.

La finestra intelligente sposta il picco di carico elettrico, blocca il rumore
Gli scienziati hanno anche misurato quando si è verificato il valore più alto di energia termica immagazzinata del giorno, questo “picco di temperatura” nella normale finestra di vetro era alle 12:00 e nella finestra del liquido intelligente era stato spostato alle 14:00. Se questo spostamento del picco di temperatura si traduce in uno spostamento del tempo necessario a un edificio per attingere energia elettrica per raffreddare o riscaldare l’edificio, per gli utenti dovrebbe comportare tariffe energetiche inferiori.
Le simulazioni utilizzando un modello di edificio effettivo e dati meteorologici di quattro città (Shanghai, Las Vegas, Riyadh e Singapore) hanno mostrato che la finestra per liquidi intelligenti ha le migliori prestazioni di risparmio energetico in tutte e quattro le città rispetto alle normali finestre in vetro e alle finestre a bassa emissività.
I test di insonorizzazione hanno anche suggerito che la finestra smart liquid riduce il rumore del 15% in modo più efficace rispetto alle finestre con doppi vetri.
Il primo autore dello studio Wang Shancheng, responsabile del progetto presso la School of Materials Science & Engineering, ha dichiarato:
«Le finestre con doppi vetri insonorizzanti sono realizzate con due lastre di vetro separate da un’intercapedine d’aria. La nostra finestra è progettata in modo simile, ma al posto dell’aria, riempiamo il vuoto con il liquido a base di idrogel, aumenta l’isolamento acustico tra i pannelli di vetro, offrendo così ulteriori vantaggi non comunemente riscontrati nelle attuali finestre a risparmio energetico».

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Pino Silvestri, blogger per diletto, fondatore, autore di Virtualblognews, presente su Facebook e Twitter.
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