Da pigna a fornitore d'ombra adattivo
Un sistema di ombreggiamento adattabile che si regola da solo nel corso della giornata, senza sensori o motori e in gran parte privo di manutenzione? Sì, c'è: una dottoranda dell'Istituto dei materiali da costruzione dell'ETH ha sviluppato un'alternativa alle tende solari a comando elettrico.
L'estate urbana è calda. Gli edifici esposti al sole si riscaldano particolarmente rapidamente. E di notte è difficile far uscire il calore dalla casa. Probabilmente molti sognano un potente impianto di condizionamento d'aria in questi giorni. Chiara Vailati aveva un sogno diverso: fin dai suoi studi in Italia, l'ingegnere civile ha perseguito l'idea di realizzare un dispositivo di ombreggiamento adattabile e autonomo per le case, al fine di ridurre l'ingresso di calore negli edifici e quindi la necessità di raffreddamento. Le sue esigenze erano elevate: "Il sistema doveva essere realizzato con materiali ecologici, consumare poca energia e avere bassi costi di installazione e manutenzione", ricorda Vailati.
Ispirato dalla pigna
Vailati è riuscita a realizzare la sua idea: Nella sua tesi di dottorato con il professore Ingo Burgert dell'Istituto per i materiali da costruzione dell'ETH di Zurigo, ha progettato un nuovo tipo di sistema di ombreggiamento. Chi pensa a tende high-tech completamente automatiche, con sensori, attuatori e complesse tecnologie di controllo, è fuori strada. Il prototipo di Vailati, pur meritando l'attributo di "high-tech", è di una modestia rinfrescante: Il sistema utilizza lamelle di legno per fare ombra e si gestisce interamente senza sensori o motori - non ha bisogno di elettricità. Tuttavia, si adatta alle condizioni atmosferiche: Le lamelle si muovono autonomamente. Diverse coppie di lamelle disposte in parallelo formano una sorta di tetto che si apre e si chiude automaticamente. La costruzione può essere montata orizzontalmente, ad esempio sopra una finestra sulla facciata di una casa.
"Ci siamo ispirati alle pigne per il movimento intrinseco delle lamelle", spiega Vailati. Le scaglie delle pigne reagiscono alle variazioni di umidità: se l'umidità diminuisce, le scaglie si piegano e passano da una forma dritta a una curva - la pigna si apre. Ciò è reso possibile dalla sua costruzione: Le squame del cono sono costituite da due strati di tessuto collegati tra loro che si contraggono in misura variabile quando il livello di umidità diminuisce.
I bilayer di legno come materiale reattivo
Vailati ha trasferito il principio funzionale delle pigne a doghe di legno a due strati. I due strati sono costituiti da diversi tipi di legno le cui fibre sono orientate perpendicolarmente l'una all'altra. L'idea è accattivante: "Come la sua formazione preliminare, il doppio strato di legno sfrutta la fluttuazione dell'umidità durante il giorno", spiega Vailati. Nell'aria umida del mattino e di notte, le lamelle sono piatte e verticali, mentre verso mezzogiorno, quando il sole è alto e la temperatura è più secca, si piegano visibilmente per fare ombra.
Alternativa alle lamelle motorizzate
Ciò che sembra semplice ha richiesto diversi anni di ricerca. Vailati ha dovuto superare due sfide in particolare. Da un lato, le strutture a doppio strato, inizialmente molto piccole, dovevano essere ingrandite fino a raggiungere la lunghezza standard di mercato di mezzo metro senza che il materiale si deformasse in modo incontrollato. D'altra parte, il sistema reagiva troppo lentamente rispetto alle lamelle motorizzate tradizionali. "Dovevo trovare un modo per accelerare la cinetica del doppio strato", spiega l'inventore. I disegni delle strisce fresate nel legno e un rapporto finemente regolato tra gli spessori degli strati hanno contribuito ad accelerare il movimento. Infine, Vailati ha beneficiato anche della sua esperienza professionale di ingegnere civile: per aumentare la proiezione dell'ombra, ha accoppiato due lamelle alla volta. "Questo aumenta notevolmente il tempo di reazione", afferma felice.
L'ETH di Zurigo ha iscritto una domanda di brevetto per l'invenzione. Vailati ha difeso la sua tesi di dottorato a febbraio e ha recentemente iniziato a lavorare come postdoc all'Empa. Tuttavia, un piccolo prototipo del suo sistema di ombreggiamento si trova ancora sul tetto di un edificio dell'ETH sull'H?nggerberg. Soprattutto in giornate come queste, la sua ombra piacevolmente fresca sarebbe una benedizione.
Il sistema di ombreggiatura, in attesa di brevetto, è stato inserito l'anno scorso nella categoria delle migliori 20 invenzioni dell'anno dall'ETH transfer e può essere ScaricaLicenza diventano. Per ulteriori informazioni qui.
Riferimenti bibliografici
Vailati C, Bachtiar E, Hass P, Burgert I, Rüggeberg M (2017): Un sistema di ombreggiamento autonomo basato su elementi bilayer in legno accoppiati. Energy and Buildings. 158: 1013-1022, doi: pagina esterna10.1016/j.enbuild.2017.10.042
Vailati C, Hass P, Burgert I, Rüggeberg M (2017): Upscaling di bilayer di legno: principi di progettazione per il controlling del cambiamento di forma e l'aumento del tasso di cambiamento di umidità. Material and Structure, dicembre 2017, doi: pagina esterna10.1617/s11527-017-1117-4
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