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Finestre intelligenti che fanno risparmiare: il brevetto del Politecnico di Milano

Finestre che regolano la luce e il calore. Non è un miraggio, si potranno avere nelle case, negli uffici e sulle auto grazie al lavoro di Nicola Levati, ricercatore del Politecnico di Milano che ha brevettato il "dispositivo interattivo per il controllo selettivo e dinamico della radiazione elettromagnetica". Si basa su una coppia di filtri da abbinare alle superfici trasparenti, in grado di schermare in modo passivo e selettivo la porzione di spettro solare desiderata. La superficie lascia passare le lunghezze d'onda che non vengono polarizzate, illuminando l'ambiente al punto giusto.

finestre intelligenti

Finestre intelligenti che si comandano con un'app

Il concetto sembra complesso ma in realtà è molto semplice sia da attuare sia da capire. La luce solare attraversa le finestre portando con sé illuminazione e calore. In estate la luce è molto intensa e spesso fastidiosa, quindi è utile filtrarne circa la metà per avere comunque ambienti luminosi, e allo stesso tempo riflettere il calore per tenere gli ambienti freschi senza bisogno dei condizionatori. In inverno è l'esatto contrario: deve entrare più luce possibile per fare a meno di accendere la luce, e il calore deve penetrare all'interno dell'ambiente per contribuire il più possibile a scaldarlo.

Fino ad oggi per ottenere risultati simili sono state impiegate tecnologie attive che richiedono un'alimentazione costante delle finestre, sono costose da implementare e che spesso penalizzano la trasparenza dei vetri e la visione all'esterno.

Finestre intelligenti con Arduino Mini

I componenti: notate la scheda Arduino Mini

Nicola Levati ha trovato una soluzione che mantiene i benefici – e spesso li aumenta – eliminando la maggior parte degli effetti collaterali. Il suo brevetto infatti si basa su due pellicole trasparenti che consistono in una speciale nano-struttura realizzata con procedimenti nano-litografici. Si montano all'interno dei doppi vetri (nella vetrocamera) aggiungendo un passaggio al processo di assemblaggio, evitando così la modifica del processo produttivo di vetri e infissi.

Le pellicole sono poi collegate a un sistema di controllo che si attiva mediante tasto a sfioramento incluso nei fermavetro, o tramite l'apposita app per smartphone che comunica mediante Bluetooth. Uno degli aspetti tecnologici più interessanti è che il sistema di controllo è costituito da una scheda Arduino Mini programmata ad hoc, alimentata mediante batterie stilo ricaricabili che hanno una durata di circa sei mesi.

Tramite i comandi si può definire la quantità di luce che deve essere filtrata e la percentuale di riflessione del calore a seconda della stagione e delle singole esigenze. Levati ci ha spiegato che il Politecnico adesso è alla ricerca di licenziatari per il brevetto – ovviamente aziende specializzate in processi produttivi di tipo nano litografico o vetrario High-Tech – che svilupperanno il suo prototipo fino ad arrivare al prodotto finito.

Luce e calore filtrati

Luce e calore filtrati

I vantaggi di questa soluzione sono molteplici. Come detto nonostante la presenza delle pellicole la visione verso l'esterno resta nitida e continua in ogni periodo dell'anno, con luce calda in inverno e luce fredda in estate, a fronte di una sensibile riduzione del fabbisogno energetico per la climatizzazione/riscaldamento/illuminazione.

Un altro vantaggio che Levati sottolinea è che quella di cui stiamo parlando è una soluzione durevole: le pellicole non sono esposte agli agenti atmosferici e non prevedono alcun ciclo di trasformazione chimico-fisica, quindi non è soggetta a degradamento e non ha un ciclo di vita limitato. Non è poi da sottovalutare la questione ambientale: i vetri oscurati, specchiati o "arricchiti" con componenti chimici e metallici non sono riciclabili nel vetro. Quelli modificati come previsto da questo brevetto invece lo sono.

Molte soluzioni attive per la regolazione della luce richiedono che le finestre siano continuamente alimentate, aggiungendo consistenti consumi alla bolletta elettrica. In questo caso il consumo è ulteriormente ridotto al momento in cui si interviene manualmente per modificare lo stato del filtro, quindi bastano pile stilo da ricaricare un paio di volte all'anno.

Attuatori e trasduttori Low energy per l'inserimento nel fermavetro

Attuatori e trasduttori Low energy per l'inserimento nel fermavetro

È interessante inoltre l'azione riflettiva rispetto al calore, che previene il surriscaldamento dei vetri utile sia per evitare shock termici, sia per evitare per esempio che chi siede vicino a una finestra percepisca troppo calore in estate.

Infine parliamo di prezzi: ovviamente le quotazioni dei prodotti finiti saranno stabiliti dai licenziatari, quindi al momento non si possono dare valori precisi. Levati però ipotizza che grazie alla presenza di due soli strati di materiale il prodotto finito basato sul suo brevetto risulterà più economico rispetto ai vetri dinamici multistrato presenti sul mercato.

Una curiosità che abbiamo scoperto durante l'intervista con Levati è che non è un ingegnere come si potrebbe sospettare, ma un architetto specializzato in eco sostenibilità, che ha avuto l'idea di questo brevetto indossando gli occhialini 3D passivi distribuiti al cinema. Una dimostrazione che spesso le idee interessanti nascono dagli oggetti che ci circondano, basta guardarli nell'ottica giusta.