Nuovi muri portanti traslucidi per ridurre i costi di illuminazione

I mattoni di vetro sono da tempo popolari in architettura perché utili a portare più luce negli edifici. Finora, però, non erano risultati adatti per le pareti portanti degli immobili e non isolavano neppure bene.
Un team dell’EMPA in Svizzera ha ora sviluppato un mattone di vetro traslucido con buone proprietà isolanti grazie all’impiego dell’aerogel come materiale, un componente che può essere appunto utilizzato anche per elementi portanti.
In questo modo è possibile costruire pareti esteticamente gradevoli e traslucide che riducono la necessità di illuminazione artificiale all’interno dell’edificio.

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Una combinazione che finora non era disponibile sul mercato nel medesimo prodotto

Gli elementi costruttivi vetrati sono un metodo molto diffuso in architettura per far entrare la luce negli edifici
Ciò consente di sfruttare meglio i raggi del sole, che sono notoriamente ecologici, nonché di ridurre l’illuminazione artificiale.
Per massimizzare questo vantaggio, tuttavia, gli elementi in vetro dovrebbero essere utilizzati preferibilmente per costruire intere pareti per l’involucro dell’edificio, il che richiede che gli elementi abbiano un efficace isolamento termico e possano sopportare un certo carico: una combinazione che, finora, non era disponibile sul mercato nel medesimo prodotto.

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Un laterizio altamente isolante e traslucido: è l’Aerobrick, frutto dell’aerogel di silice

Gli aerogel di silice sono materiali termoisolanti ad alte prestazioni che stanno diventando sempre più popolari nel settore delle costruzioni. I più comuni sono i materassini isolanti opachi e gli intonaci.
Già nel 2017, il ricercatore Jannis Wernery e i suoi colleghi del dipartimento Building Energy Materials and Components dell’EMPA hanno avuto l’idea di integrare il materiale isolante direttamente in un mattone da costruzione e hanno presentato un nuovo tipo di mattone riempito di aerogel, il cosiddetto Aerobrick.
Grazie al suo eccellente isolamento termico, questo mattone consente di risparmiare sui costi di riscaldamento, senza la necessità di uno strato isolante aggiuntivo applicato alla muratura.
Tuttavia, l’aerogel può anche essere virtualmente trasparente, a beneficio dell’illuminazione, il che consente di ottenere un sistema costruttivo traslucido e isolante.
Per trarre vantaggio da questa caratteristica e migliorare ulteriormente le prestazioni isolanti dell’Aerobrick, lo stesso Jannis Wernery, Michal Ganobjak e gli altri colleghi del Laboratorio Federale per la Scienza e la Tecnologia dei Materiali hanno sviluppato un nuovo componente modulare a base di vetro piano (o vetro float) e granuli di aerogel di silice che combina entrambe le proprietà: il mattone di vetro aerogel è infatti traslucido e isolante.

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Elementi di facciata esteticamente gradevoli grazie a distanziatori sfalsati tra le lastre

I mattoni di vetro riempiti di granuli traslucidi di aerogel consentono di costruire elementi di facciata esteticamente gradevoli e anche portanti, che permettono l’ingresso di una quantità significativa di luce naturale.
I ricercatori dell’EMPA hanno ottenuto questa combinazione di resistenza, isolamento e trasmissione della luce utilizzando distanziatori sfalsati tra le lastre di vetro all’interno del mattone di vetro, che garantiscono la stabilità statica con una minima trasmissione di calore.
Il mattone di vetro ha una conduttività termica misurata di 53 mW(m∙K) e una resistenza alla compressione di quasi 45 Mpa.
Si tratta delle prestazioni isolanti più elevate di qualsiasi altro mattone presente nella letteratura tecnica, per non parlare del mercato.
Inoltre, naturalmente, ha la proprietà di trasmettere la luce e di agevolare l’illuminazione degli ambienti.

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Molteplici utilizzi in vista, indicati anche al ritmo circadiano degli utenti di uno stabile

Il mattone di vetro aerogel è adatto per applicazioni in cui sono richieste contemporaneamente un’elevata penetrazione della luce diurna, la protezione dall’abbagliamento e la protezione della privacy, come ad esempio in uffici, biblioteche e musei.
Un aspetto importante è che un involucro edilizio realizzato con questi mattoni di vetro accoppia l’interno dell’edificio con l’esterno in termini di luce diurna.
Questo può avere un effetto positivo sul ritmo circadiano degli utenti dell’edificio.

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Le applicazioni possibili soddisfano motivi di privacy, sicurezza o per evitare disturbi

Ambienti che non devono avere una linea di vista verso l’esterno, ad esempio per motivi di privacy, sicurezza o per evitare disturbi, ma che devono comunque consentire l’ingresso della luce diurna diffusa all’interno, come biblioteche, gallerie, musei, foyer, uffici, nuclei di scale, palestre, sale polivalenti, edifici residenziali o laboratori artistici.
Spazi in cui la luce diurna è necessaria per un sano ritmo circadiano, come dormitori, ospedali e sanatori, nonché zoo, stalle e strutture per l’allevamento di animali e persino serre.
Luoghi in cui è necessario introdurre la massima luce diurna e risparmiare spazio, come ad esempio i quartieri urbani densamente edificati con grattacieli e molti appartamenti in città.
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Un’analisi dei costi dei materiali mostra che il mattone di vetro isolante può essere abbastanza competitivo in queste applicazioni.
Il mattone di vetro offre quindi all’architettura nuove possibilità di progettazione per aumentare la luce diurna negli edifici, sia nelle nuove costruzioni che nelle ristrutturazioni.
I ricercatori hanno ora depositato una domanda di brevetto per il mattone di vetro aerogel e sono alla ricerca di potenziali partner industriali.
L’iniziativa è sostenuta dalla Velux Stiftung, individuata dal numero di progetto 1440, “per lo sviluppo di un mattone di vetro traslucido altamente isolante per la diffusione della luce diurna”.
L’idea del progetto è stata sviluppata con il sostegno del programma di ricerca e innovazione Horizon 2020 dell’Unione Europea nell’ambito delle azioni Marie Skłodowska-Curie, con numero di contratto 746992.

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