Questa tegola adattiva può ridurre i costi sia di riscaldamento che di raffreddamento

È anche un problema che i ricercatori della UC Santa Barbara Charlie Xiao, Elliot Hawkes e Bolin Liao sperano di risolvere. In un articolo sulla rivista Dispositivoil trio presenta una tegola adattiva che, se dispiegata in serie sui tetti, può ridurre le bollette del riscaldamento in inverno e quelle del raffreddamento in estate, senza la necessità di dispositivi elettronici.

“Passa da uno stato di riscaldamento a uno di raffreddamento, a seconda della temperatura della piastrella”, ha detto Xiao, l’autore principale dello studio. “La temperatura target è di circa 65° F – circa 18° C.”

Di circa quattro pollici quadrati, questo dispositivo di termoregolazione passivo è una miscela dell’esperienza di Liao nella scienza termica e del lavoro di Hawkes nella progettazione di meccanismi: una superficie mobile che può modificare le sue proprietà termiche in risposta a un intervallo di temperature. L’idea di questo progetto è venuta loro alcuni anni fa durante lunghi viaggi tra Santa Barbara e la California settentrionale.

“Entrambi i nostri coniugi erano a Stanford in quel momento, quindi stavamo facendo dei viaggi e ci chiedevamo cosa avremmo potuto fare insieme”, ha detto Liao, che, come Hawkes, è professore al Dipartimento di Ingegneria Meccanica dell’UCSB. Hanno poi ricevuto finanziamenti iniziali dal California NanoSystems Institute nel campus per progettare dispositivi termici sintonizzabili meccanicamente.

Fu solo con l’idea di Xiao di utilizzare un motore a cera che l’idea delle tegole adattive prese la sua forma definitiva. In base alla variazione del volume della cera in risposta alle temperature a cui è esposta, un motore a cera crea una pressione che muove le parti meccaniche, traducendo l’energia termica in energia meccanica. I motori a cera si trovano comunemente in vari elettrodomestici come lavastoviglie e lavatrici, nonché in applicazioni più specializzate, come nell’industria aerospaziale.

Nel caso della piastrella, il motore della cera, a seconda del suo stato, può spingere o ritrarre i pistoni che chiudono o aprono le feritoie sulla superficie della piastrella. Pertanto, a temperature più fredde, mentre la cera è solida, le feritoie sono chiuse e disposte in piano, esponendo una superficie che assorbe la luce solare e riduce al minimo la dissipazione del calore attraverso la radiazione.

Ma non appena le temperature raggiungono circa 18° C, la cera inizia a sciogliersi ed espandersi, spingendo le feritoie ad aprirsi ed esponendo una superficie che riflette la luce solare ed emette calore.

Inoltre, durante il processo di fusione o congelamento, la cera assorbe o rilascia anche una grande quantità di calore, stabilizzando ulteriormente la temperatura della piastrella e dell’edificio.

“Quindi abbiamo un comportamento di commutazione molto prevedibile che funziona all’interno di una banda molto ristretta”, ha spiegato Xiao. Secondo il documento dei ricercatori, i test hanno dimostrato una riduzione del consumo energetico per il raffreddamento di 3,1 volte e il riscaldamento di 2,6 volte rispetto ai dispositivi non commutanti ricoperti con rivestimenti riflettenti o assorbenti convenzionali. Grazie al motore a cera, non sono necessari componenti elettronici, batterie o fonti di alimentazione esterne per far funzionare il dispositivo e, a differenza di altre tecnologie simili, è reattivo entro pochi gradi dalla sua portata target. Inoltre, la semplicità del suo design si presta alla personalizzazione: è possibile utilizzare diversi rivestimenti termici e vari tipi di cera per consentire al dispositivo di funzionare agli intervalli di temperatura desiderati, prestandosi anche alla produzione di massa.

“Il dispositivo è ancora una prova di concetto, ma speriamo che porti a nuove tecnologie che un giorno potrebbero avere un impatto positivo sulla spesa energetica negli edifici”, ha affermato Hawkes.