Il rivestimento intelligente del tetto riflette il calore in estate e lo intrappola in inverno

Gli ingegneri del Berkeley Lab hanno sviluppato un rivestimento per tetti in grado di mantenere un edificio più caldo o più fresco, a seconda del tempo. Quando fuori fa caldo, il materiale riflette la luce solare e il calore, ma questo raffreddamento radiativo si spegne automaticamente in inverno, riducendo il consumo di energia sia per il riscaldamento che per il raffreddamento.

I sistemi di raffreddamento radiativo funzionano estraendo la radiazione termica (cioè il calore) da un edificio, quindi emettendola verso il cielo. Poiché l’atmosfera è trasparente a queste lunghezze d’onda, il calore fuoriesce direttamente nello spazio. Altre versioni utilizzano superfici riflettenti come vernici super bianche per riflettere la luce solare e allontanare il calore, mantenendo l’edificio più fresco.

Ma sebbene questi sistemi possano funzionare bene per mantenere la casa fresca d’estate, la mantengono più fresca anche d’inverno. Quindi, per il nuovo studio, il team ha sviluppato un rivestimento che potrebbe invece passare automaticamente all’intrappolamento del calore quando il mercurio scende. Chiamano il materiale rivestimento radiativo adattivo alla temperatura (TARC).

La chiave della tecnologia è uno strano composto chiamato biossido di vanadio (VO2). Nel 2017, il team ha scoperto una proprietà insolita del VO2: quando raggiunge i 67 °C (153 °F), il materiale conduce elettricità ma non calore, in apparente violazione della fisica conosciuta.

Ora, il team ha messo in pratica questa stranezza. L'idea è che quando il clima si riscalda, il materiale assorbe ed emette luce a infrarossi termici e quindi la tiene lontana dall'edificio. Ma quando il clima è fresco, il materiale è trasparente al calore, permettendogli di passare direttamente dal sole all’edificio.

Il team ha testato il dispositivo utilizzando cerotti di TARC a film sottile da 2 cm2 e li ha confrontati con campioni di materiali commerciali per tetti bianchi e scuri. I dispositivi wireless hanno misurato i cambiamenti nella luce solare diretta e nella temperatura.

E infatti, TARC ha funzionato sorprendentemente bene. Secondo le misurazioni, TARC rifletteva circa il 75% della luce solare indipendentemente dalle condizioni atmosferiche, ma quando la temperatura ambiente era superiore a 30 °C (86 °F), emetteva fino al 90% del suo calore verso il cielo. Quando la temperatura scendeva sotto i 15°C (59°F), TARC emetteva solo il 20% del suo calore.

Utilizzando i dati raccolti, il team ha simulato il funzionamento di TARC tutto l’anno in 15 diverse zone climatiche negli Stati Uniti continentali e ha stimato che la famiglia media statunitense potrebbe risparmiare fino al 10% sulla bolletta elettrica utilizzando TARC.

I ricercatori affermano che il TARC potrebbe anche essere adattato come materiale termoregolatore per automobili, dispositivi elettronici, satelliti e persino tessuti per tende o indumenti. È interessante notare che un team indipendente ha appena annunciato un rivestimento simile per vetri e finestre, utilizzando nanoparticelle di biossido di vanadio come uno dei suoi ingredienti attivi.

Successivamente, il team prevede di eseguire esperimenti utilizzando prototipi TARC più grandi, per testare quanto potrebbe essere pratico come rivestimento del tetto.

La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Science.

Fonte: Laboratorio di Berkeley