Prendi la luce e mantieni il calore

Data: 14 giugno 2023

Autori: Michal Ganobjak, Wim J. Malfait, Janis Just, Marcel Käppeli, Francisco Mancebo, Samuel Brunner & Jannis Wernery

Fonte: Giornale di ingegneria edile, volume 64, 2023, 105600, ISSN 2352-7102 | https://doi.org/10.1016/j.jobe.2022.105600.(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352710222016060)

Gli aerogel di silice sono materiali superisolanti termici che hanno trovato crescente applicazione nel settore edile negli ultimi dieci-quindici anni. Mentre i tipi di materiali più comuni sono coperte e intonaci isolanti opachi, nella sua forma monolitica l'aerogel di silice può essere quasi trasparente, consentendo un sistema di costruzione isolante composito traslucido.

Qui abbiamo sviluppato e caratterizzato un nuovo componente edilizio modulare, traslucido e termicamente isolante a base di granuli di aerogel di silice, il mattone di vetro aerogel. Sono state testate sia le proprietà termiche che meccaniche e le prime sono state confrontate con una simulazione 3D del trasferimento di calore attraverso il mattone. Il mattone di vetro ha una conduttività termica misurata di 53 mW/(m·K), che corrisponde bene ai risultati della simulazione di 51 mW/(m·K), e una resistenza alla compressione di quasi 45 MPa. Ciò fa del mattone di vetro il mattone isolante con le più elevate prestazioni di isolamento riportate in letteratura o disponibili sul mercato, e allo stesso tempo aggiunge la caratteristica della trasmissione della luce.

Il mattone di vetro aerogel è adatto quando i requisiti combinano l'illuminazione naturale, la protezione dall'abbagliamento e la necessità di proteggere la privacy, ad esempio uffici, biblioteche, musei; un'analisi dei costi dei materiali indica che il mattone di vetro isolante può essere competitivo in tali applicazioni. Il mattone di vetro offre all’architettura nuove opportunità progettuali per aumentare la luce diurna all’interno degli edifici.

Gli involucri edilizi degli edifici esistenti rappresentano una grande opportunità per migliorare l’efficienza energetica e il comfort termico delle nostre città e campagne. A parte i miglioramenti apportati alla tecnologia edilizia, le richieste di energia HVAC vengono generalmente ridotte aumentando lo spessore dello strato isolante. Tuttavia, questa soluzione non funziona per gli elementi trasparenti della facciata e, infatti, gli spessi strati isolanti aumentano l’ombreggiamento intorno alle finestre. Pertanto, un nuovo sistema di costruzione dell’involucro in grado di ridurre contemporaneamente il fabbisogno energetico di illuminazione e HVAC sarebbe una soluzione molto interessante. Qui presentiamo un mattone di vetro aerogel che ha elevate prestazioni di isolamento termico per il suo spessore limitato e contemporaneamente aumenta gli apporti solari, riduce l'uso della luce artificiale e migliora il comfort visivo.

L’aumento degli standard in materia di benessere, microclima interno ed efficienza energetica degli edifici pone un nuovo dilemma per gli edifici esistenti. Gli edifici consumano circa il 40% dell’energia a livello globale [1], p. 174] e il 20–60% di tutta l'energia utilizzata dagli edifici è influenzata dalla progettazione dell'involucro edilizio [2], p. 20]. Secondo le previsioni “più del 50% dell’attuale patrimonio edilizio globale sarà ancora in piedi nel 2050, e nei paesi membri dell’OCSE, tale cifra è più vicina al 75% o superiore” [2, p. 21].

Circa il 55% delle persone vive nelle città e questa cifra è destinata ad aumentare in futuro [3]. Le città offrono maggiori opportunità e uno standard di vita più elevato – ad esempio meno lavoro manuale, lavoro specializzato astratto, opportunità di lavoro, salari più alti, attività ricreative, accesso più facile a beni e servizi, ecc. Questa alta densità di popolazione è correlata agli effetti negativi del rumore , cattiva qualità dell’aria, effetto isola di calore, minore accesso alla natura e minore accesso alla luce del giorno. Nei paesi ad alto reddito, la percentuale della popolazione che vive nelle città sarà pari al 70-88% nel 2050 [3]. Allo stesso tempo è noto che le persone trascorrono più del 90% del tempo in ambienti chiusi [4], p. 2]. Con lo spostamento dalle aree rurali alle città, l’urbanizzazione e il cambiamento nella natura del lavoro, il tempo trascorso al chiuso è in aumento. La luce del giorno naturale influenza i nostri ritmi circadiani, il rilascio di ormoni, il ciclo sonno-veglia, l’umore e le nostre attività cognitive [5,6]. Il distacco dalla natura dovuto allo stile di vita interiore, alla luce del giorno artificiale e alla luce onnipresente degli schermi può influenzare negativamente il benessere umano [7,8]. Ipotizziamo che le facciate traslucide possano essere una buona opportunità per compensare questa mancanza di luce naturale, per avvicinare gli esseri umani alla luce naturale senza allontanarli dall’interno. Ciò verrebbe fatto utilizzando pareti traslucide anziché opache, già in fase di progettazione dell'edificio. Sebbene la raccomandazione principale sia quella di trascorrere più tempo attivo all’aperto [9] all’aria aperta e alla luce [10], le facciate traslucide possono portare la luce naturale all’interno e quindi avvicinare le persone al loro bioritmo naturale.