(Fondazione Università di Mantova, 27.4.2007) Massimiliano Nastri ...

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• il possibile funzionamento ridotto a causa dell’aumento della temperatura (per cui è necessario l’impiego combinato con i vetri a controllo solare) (Altomonte, 2004, pp. 150-153). 1.2.4. I vetri elettrocromici Gli elementi di chiusura trasparenti eseguiti dai vetri elettrocromici sono espressi dalla capacità di ricevere o di schermare un flusso di ioni, i quali influenzano le proprietà di trasmissione nel campo spettrale del visibile e del vicino infrarosso (18). La struttura dei vetri elettrocromici è realizzata dalla sovrapposizione di diversi strati su lastre trasparenti, ottenuta mediante procedimento magnetotronico. Gli strati possono essere costituiti da: • uno strato di accumulo di ioni, uno strato conduttore di ioni e un materiale elettrocromico depositati tra due substrati in vetro o in plastica, con l’interposizione di conduttori trasparenti (TCO, Transparent Conductive Oxide, in ossido di stagno “drogato” con fluoro o in ossido di indio “drogato” con ossido di stagno); • tre superfici, con lo strato centrale composto da un conduttore di ioni o da un elettrolita (IEC, Electrolite), capace di perdere ioni quando è attraversato da una corrente elettrica e racchiuso da due sottili pellicole polimeriche, costituite da un film elettrocromico (WE, Working Electrode, generalmente in ossido di tungsteno) e da un controelettrodo, o film ad accumulo di ioni (CE, Counter Electrode); in questo caso, i due strati esterni sono realizzati da materiali conduttori trasparenti, anche se lo strato per l’accumulo degli elettroni e il conduttore trasparente possono essere incorporati in un unico strato (19). A livello funzionale, il cambiamento delle proprietà ottiche avviene mediante l’attivazione di un campo elettrico, che determina l’inserimento o l’estrazione di ioni mobili (relativi agli ossidi di metallo, in forma di pellicole, sp. = 200÷300 nm): l’attivazione comporta la reazione degli ioni introdotti, generando dei composti colorati che modificano lo spettro cromatico del materiale. Nello specifico, quando il potenziale elettrico è applicato ai conduttori trasparenti, una parte degli ioni immagazzinati nello strato di accumulo attraversa la zona di separazione e si dispone nello strato elettrocromico. Questo processo (continuo e reversibile) genera una variazione nella densità degli elettroni, che produce una modulazione delle proprietà ottiche e, di conseguenza, l’alterazione dello spettro cromatico del materiale: con l’applicazione di un potenziale inverso è possibile ritornare alla situazione originaria. Poiché lo strato conduttore di ioni possiede una conduttività di elettroni trascurabile, le proprietà ottiche restano costanti anche al termine della immissione di corrente, quindi senza la necessità di alimentare continuamente il campo elettrico. L’impiego dei vetri elettrocromici come elementi di chiusura osserva: • il contributo teso ad attenuare parte della radiazione solare incidente (soprattutto durante il periodo estivo), riducendo i guadagni termici e le richieste energetiche per il raffrescamento degli spazi costruiti; • l’eliminazione della schermature solari convenzionali; • la necessità indispensabile di una connessione elettrica (Altomonte, 2004, pp. 156-157). 1.3. Gli elementi di chiusura trasparenti composti La disamina degli elementi di chiusura per l’applicazione ai sistemi di facciata considera la spiegazione relativa ai procedimenti produttivi, ai caratteri funzionali e morfologici delle lastre, realizzate in forma composta, in grado di fornire elevate prestazioni fisiche, meccaniche e materiali nell’interazione con gli stimoli termici e luminosi. A tale proposito, la disamina osserva la composizione e le proprietà essenziali riferite ai materiali isolanti trasparenti (1.3.1), agli elementi di chiusura con dispositivi prismatici (1.3.2) e agli elementi di chiusura trasparenti a taglio laser e di rifrazione (1.3.3). 1.3.1. Gli elementi di chiusura in materiali isolanti trasparenti Gli elementi di chiusura eseguiti dai materiali isolanti trasparenti (TIM, Transparent Insulating Materials), precisati anche come materiali isolanti traslucidi (poiché la trasparenza riguarda la 15
permeabilità alla trasmissione luminosa), combinano la trasmissione della radiazione solare a elevate prestazioni termoisolanti (Kaltenbach, edited by, 2004). L’applicazione di questi materiali nei sistemi di facciata consente: • la realizzazione di ampie chiusure verticali con pannelli dotati di struttura a nido d’ape o capillare, di struttura quasi-omogenea o cava (in forma cellulare evacuata e in schiume acriliche), in grado di limitare le dispersioni termiche e di favorire le condizioni di risparmio energetico, tramite lo sfruttamento passivo dei raggi solari; • l’esecuzione specifica di pannelli individuati secondo il materiale, la configurazione geometrica (parallela alla direzione dei raggi solari), l’eventuale inserimento tra due lastre di vetro e l’integrazione di lamine retroflettive (finalizzate ad attenuare e a distribuire la radiazione luminosa secondo molteplici angoli di incidenza), che determina: - l’eliminazione delle perdite per convezione, in base all’elevato rapporto dimensionale tra la lunghezza e il diametro delle celle; - la riduzione degli scambi termici radiativi, limitati dai continui processi di assorbimento e di re-irraggiamento che avvengono all’interno della struttura; - la riduzione delle proprietà ottiche dovute alla riflessione della radiazione luminosa causata dalle superfici sferiche delle celle. L’elevata trasmissione luminosa (dovuta alle successive riflessioni dei raggi incidenti all’interno della struttura fisica e geometrica, che rendono i pannelli traslucidi) e le proprietà termoisolanti richiedono l’impiego di schermature esterne (in forma di rivestimenti, di cortine riflettenti o di dispositivi frangisole), per evitare le sollecitazioni termiche causate da una elevata incidenza solare (soprattutto durante il periodo estivo). Gli elementi di chiusura applicati nei sistemi di facciata sono composti da: • i pannelli con struttura a nido d’ape o capillare, costituiti da lastre trasparenti estruse in polimetilmetacrilato (PMMA) o in policarbonato (PC), o anche in altri materiali plastici quali l’hostaflon (HFL), il politetrafluoroetilene (PTFE), il polieteresolfonato (PES), il fluoroetilenepropilene (FEP) o teflon, prodotti con l’aggiunta di additivi per stabilizzarne il comportamento ai raggi ultravioletti e alle alte temperature, con diversi spessori (tab. 5) e sezioni geometriche. La struttura di questi pannelli (prodotti con taglio tramite filo metallico a resistenza, saldati ai lati ed eventualmente inclusi in un doppio strato di vetro sigillato ermeticamente) è configurata, in generale, da file parallele o alternate di piccoli tubicini capillari con sezione circolare (∅ = 1÷4 mm) o retta, da cilindri cavi (∅ = 1÷3 mm) e da parallelepipedi, rilevando: - le proprietà termiche stabilite dai valori di trasmittanza termica k compresi tra 2,46÷0,77 W/m 2 .K (nel caso di lastre capillari in polimetilmetacrilato, sp. = 10÷100 mm), e compresi tra 2,42÷0,71 W/m 2 .K (nel caso di lastre in policarbonato, sp. = 15÷120 mm); - le proprietà ottiche stabilite dai valori del fattore di trasmissione luminosa τ superiori a 0,80 (nel caso di incidenza normale della radiazione luminosa) e superiori a 0,70 (nel caso di incidenza diffusa della radiazione luminosa); • i pannelli costituiti da lastre in vetrocamera con riempimento in materiali dotati di struttura quasi-omogenea (di tipo microcellulare, con una scarsa densità apparente, e di colorazione lattiginosa). L’inserimento, nell’intercapedine delle lastre, avviene con l’immissione sotto vuoto e con la chiusura perimetrale a bassa conducibilità termica e a tenuta ermetica, mediante la sigillatura in laminato plastico contenente polvere di vetro (per la sensibilità dei materiali capillari alla penetrazione dell’acqua, all’umidità e ai composti chimici). Questi pannelli sono realizzati da: - aerogel, omogenei o granulari (composti per il 2÷5% da silicato, con struttura porosa definita da sfere di silice microscopiche, e per il 95÷98% da aria situata negli interstizi), e xerogel (con struttura meno omogenea e con interstizi d’aria più ampi, tale da consentire una migliore trasmissione luminosa ma inferiori proprietà termoisolanti), di natura inorganica. Gli aerogel 16
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