Creato un rivestimento per finestre che riduce di 7°C la temperatura di una stanza
Sfruttando la fisica quantistica e il machine learning, i ricercatori della University of Notre Dame hanno sviluppato un rivestimento trasparente per finestre che lascia entrare la luce visibile ma blocca i raggi UV e gli infrarossi che producono calore.
di Manolo De Agostini pubblicata il 05 Aprile 2024, alle 09:01 nel canale Scienza e tecnologiaUn team di ricercatori della University of Notre Dame ha sviluppato un rivestimento trasparente per finestre che permette alla luce visibile di passare e illuminare la stanza, ma al tempo stesso blocca l'ultravioletto e gli infrarossi che producono calore.
In questo modo, il rivestimento è in grado di ridurre la temperatura di un ambiente interno, cosa molto utile soprattutto d'estate, ma anche il consumo energetico legato ai sistemi di raffrescamento.
Nei giorni estivi più caldi si stima che fino all'87% del calore che entra nelle case lo faccia dalle finestre. Di conseguenza molti si ritrovano ad accendere i condizionatori oppure sono costretti a chiudere le persiane o abbassare le tapparelle. L'obiettivo dei ricercatori è far sì che non sia necessaria né l'una né l'altra cosa.
"Come gli occhiali da sole polarizzati, il nostro rivestimento riduce l'intensità della luce in entrata, ma, a differenza degli occhiali da sole, il nostro rivestimento rimane chiaro ed efficace anche quando lo inclini ad angoli diversi", ha affermato Tengfei Luo, che guida il MÖNSTER Lab (Molecular/Nano-Scale Transport and Energy Research Laboratory) a Notre Dame.
A differenza di altri progetti simili, il rivestimento messo a punto mantiene capacità ed efficienza mentre il Sole si sposta nel cielo. "L'angolo tra la luce del sole e la finestra cambia continuamente", ha affermato Luo. "Il nostro rivestimento mantiene funzionalità ed efficienza qualunque sia la posizione del sole nel cielo".
I rivestimenti per finestre utilizzati in molti studi recenti sono ottimizzati per la luce che entra in una stanza con un angolo di 90 gradi. A mezzogiorno, spesso l'ora più calda della giornata, i raggi del sole entrano dalle finestre installate verticalmente con angoli obliqui.
Per arrivare a realizzare qualcosa di più funzionale, Luo e un altro ricercatore, Seongmin Kim, sono partiti da una base "consolidata". I due avevano già ottenuto un rivestimento trasparente per finestre impilando strati ultrasottili di silice, allumina e ossido di titanio su una base di vetro.
Successivamente vi hanno aggiunto un polimero di silicio (PDMS) dello spessore di un micrometro per migliorare il potere di raffreddamento della struttura riflettendo la radiazione termica attraverso la finestra atmosferica e nello Spazio esterno.
I due si sono accorti che era necessaria un'ulteriore ottimizzazione dell'ordine degli strati per garantire che il rivestimento potesse funzionare con più angoli di luce solare. Tuttavia, il classico approccio fatto di tentativi ed errori avrebbe richiesto tempi molto lunghi, così il team si è rivolto al calcolo quantistico, o più specificamente, alla ricottura quantistica (quantum annealing), e ha convalidato i risultati sperimentalmente.
Come spiegato a New Atlas, i ricercatori hanno usato l'active learning, un sottoinsieme del machine learning nel quale un algoritmo di apprendimento può interrogare un utente in modo interattivo per etichettare i dati e la ricottura quantistica, che utilizza la fisica quantistica per trovare combinazioni ottimali - o quasi ottimali – di elementi. Il tutto ha permesso ai ricercatori di ottimizzare la configurazione delle strutture planari a strati multipli, ottenendo prestazioni migliori.
Il loro modello ha prodotto un rivestimento che ha sia mantenuto la trasparenza che ridotto la temperatura in una stanza tra 5,4 e 7,2 °C, anche quando la luce aveva angoli molto diversi.
Per stimare il risparmio energetico derivante dalla minore necessità di raffreddare un ambiente, i ricercatori hanno usato il software EnergyPlus per simulare il consumo in uffici standard in diverse città. Hanno dimostrato che tutte le città degli Stati Uniti potrebbero risparmiare fino a 97,5 MJ/m2 all'anno. Lo studio è stato pubblicato su Cell Reports Physical Science.
Non è chiaro se questo rivestimento passerà dal laboratorio alla commercializzazione, ma oltre all'impiego per le finestre di casa, la tecnologia potrebbe essere applicata anche alle superfici in vetro di un'auto. "Penso che possa essere particolarmente utile per i finestrini delle auto", ha detto Luo a New Atlas. "Può essere utilizzato come finestrino per i tettucci apribili. Può anche essere utilizzato per [un] parabrezza".
I ricercatori devono ancora determinare la scalabilità del rivestimento, ma dato che i materiali sono comuni non sembrano esserci grandi ostacoli verso l'uso di processi consolidati su scala industriale.