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Tecnologie a film sottile per la transizione energetica

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Tecnologie a film sottile per la transizione energetica

Confronto visivo tra finestre elettrocromiche in stato non commutato (in basso) e commutato (in alto). Credito: ChromoGenics AB, Svezia; Immagine in risoluzione stampabile: www.fep.fraunhofer.de/press

Le facciate in vetro caratterizzano l’architettura moderna. Mentre la radiazione solare serve a supportare il riscaldamento in inverno, l’interno dell’edificio si riscalda in estate e richiede un raffreddamento attivo. Le finestre intelligenti possono regolare la radiazione solare in base alla situazione meteorologica, una soluzione lungimirante in tempi di risparmio energetico. Fraunhofer FEP è ora riuscita a produrre il primo strato termocromico al mondo su vetro ultrasottile in un processo roll-to-roll. Questi risultati renderanno le tende meccaniche superflue in futuro e allo stesso tempo ridurranno il fabbisogno energetico di raffreddamento e riscaldamento di un edificio.

Complessi di uffici, edifici pubblici e nuovi edifici sono per lo più caratterizzati architettonicamente da grandi finestre rivolte a sud e facciate in vetro. Mentre la radiazione solare serve a supportare il riscaldamento in inverno, l’interno dell’edificio si riscalda in estate e richiede un raffreddamento attivo. L’ombreggiatura mediante tende, ad esempio, riduce il comfort e non contribuisce all’utilizzo del calore immesso nell’edificio in inverno. Soprattutto in vista del prossimo periodo autunnale e invernale combinato con gli attuali requisiti governativi per il risparmio energetico e la crisi energetica, le finestre intelligenti offrono qui una soluzione molto interessante. Tali finestre possono regolare l’apporto termico della radiazione solare in base alla situazione meteorologica.

Tecnologie di rivestimento per rivestimenti termocromici ed elettrocromici

Fraunhofer FEP sta effettuando ricerche sui rivestimenti superficiali che possono dare un contributo importante e consentire una riduzione dell’irradiazione di calore attraverso il vetro delle finestre nell’edificio. I nostri ricercatori stanno lavorando insieme ai partner del progetto, ad esempio nel progetto dell’UE “Switch2Save” su sistemi di rivestimento attivi e intelligenti che utilizzano gli effetti dell’elettrocromismo (commutazione della trasmissione di energia applicando una tensione) e del termocromismo (commutazione della trasmissione di energia superando/ al di sotto di una temperatura). Tali film elettrocromici possono essere utilizzati nelle vetrate isolanti e non vengono utilizzati solo nei nuovi edifici. È possibile anche il retrofit di edifici esistenti ed è oggetto del progetto “FLEX-G4.0” lanciato di recente

Attualmente sul mercato sono già disponibili in commercio alcune tecnologie passive, come i sistemi SolarControl e i rivestimenti a bassa emissività (bassa emissività). Tuttavia, questi sottili rivestimenti prodotti su lamina o vetro portano solo a una regolazione permanente della trasmittanza energetica. Funzionano quindi solo in un ambiente, ad es. per prevenire l’irradiazione del calore in estate. In inverno, tuttavia, questo viene tenuto fuori allo stesso modo. Inoltre, utilizzano anche risorse costose come l’argento nel processo di produzione. I ricercatori del Fraunhofer si stanno quindi concentrando sull’ottimizzazione delle proprietà e sulla sostituzione di materiali così scarsi.

Con tutte le tecnologie, sia passive (low-E; SolarControl) che attive (elettrocromiche; termocromiche), la sfida è padroneggiare l’equilibrio tra le diverse proprietà che devono essere efficaci allo stesso tempo: eseguire l’impronta ottica e l’ottica l’efficacia in diverse gamme di lunghezze d’onda gioca il ruolo maggiore o è trascurabile rispetto a una grande trasmittanza di energia. Allo stesso modo, devono essere considerati anche l’intervallo di temperature di commutazione per i rivestimenti termocromici e, naturalmente, i costi di produzione.

Al fine di trovare soluzioni versatili e nuove per questo, i ricercatori del Fraunhofer FEP stanno attualmente sviluppando tecnologie di rivestimento per elementi termocromici su vetro ultrasottile. Il materiale di supporto con uno spessore di ca. 100 µm pone elevate esigenze di manipolazione e il ridimensionamento in aree più grandi finora si è rivelato molto difficile. Allo stesso tempo, l’uso di una pellicola polimerica come substrato alternativo, che potrebbe facilitare la manipolazione, non è fattibile senza ulteriori indugi. La ragione di ciò sono le alte temperature nel processo di produzione.

I primi rivestimenti termocromici su vetro sottile nel processo roll-to-roll in tutto il mondo

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 l’efficiente tecnologia roll-to-roll. La dott.ssa Cindy Steiner, capogruppo di Fraunhofer FEP, è soddisfatta: “Abbiamo quindi compiuto un passo importante nel portare la tecnologia da laboratorio a scala pilota con le nostre apparecchiature roll-to-roll! I rivestimenti termocromici cambiano la loro trasmissione nella gamma degli infrarossi al superamento di una certa temperatura. La trasmissione nel campo del visibile rimane invariata. Pertanto, l’utente non nota alcun cambiamento ottico nella finestra e non ha restrizioni nel comfort della luce o nella visibilità. Questo blocca efficacemente l’irraggiamento di calore in estate, riducendo la necessità per l’aria condizionata. In inverno, l’irraggiamento termico del sole può passare, con conseguente risparmio nel consumo di energia per il riscaldamento.”

La temperatura di commutazione è di circa 20°C, il che significa che il vetro sottile termocromico attaccato agli edifici passa dallo stato trasmissivo a quello riflettente quando si riscalda oltre i 20°C.” Questa temperatura di commutazione può essere regolata in base alle esigenze climatiche attraverso la composizione, controllo del processo e struttura del sistema a strati”, aggiunge il Dr. Steiner.

Nella fase successiva, la tecnologia deve essere ampliata e portata alla maturità del mercato. I temi di ricerca riguardano in particolare l’ottimizzazione della manipolazione del substrato, la stabilità a lungo termine e l’adeguamento della temperatura di commutazione richiesta.

La combinazione di tecnologie qui presentate rende superflue in futuro le tende meccaniche e può ridurre il fabbisogno energetico di raffreddamento e riscaldamento di un edificio tra il dieci e, in casi estremi, fino al 60%.


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