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Il muro a secco 'sciolto' mantiene le stanze fresche
A breve negli Stati Uniti arriveranno sul mercato materiali da costruzione che assorbono calore durante il giorno e lo rilasciano di notte, eliminando la necessità di aria condizionata in alcuni climi. La compagnia della Carolina del Nord Gesso Nazionale sta testando fogli di cartongesso, i pannelli di gesso che compongono le pareti nella maggior parte dei nuovi edifici, contenenti capsule che assorbono il calore per raffreddare passivamente un edificio. Le capsule, realizzate dal gigante chimico BASF , possono essere incorporati in una gamma di materiali da costruzione e sono già presenti in alcuni prodotti in Europa.
Killer AC: Queste microcapsule acriliche sono riempite con una cera di paraffina in grado di assorbire il calore degli edifici.
I materiali a cambiamento di fase all'interno delle capsule BASF mantengono una stanza fresca più o meno allo stesso modo in cui i cubetti di ghiaccio raffreddano una bevanda: assorbendo il calore mentre si sciolgono. Ogni capsula polimerica contiene cere di paraffina che si sciolgono intorno alla temperatura ambiente, consentendo loro di mantenere la temperatura di una stanza costante per tutto il giorno. Le cere funzionano meglio nei climi che si raffreddano di notte, consentendo ai materiali all'interno delle capsule di solidificarsi e rilasciare il calore che hanno immagazzinato durante il giorno.
In alcuni climi dell'Europa meridionale, ad esempio, i materiali assorbono abbastanza calore durante il giorno per risparmiare il 20% dell'elettricità necessaria per il condizionamento dell'aria. Nell'Europa settentrionale, dove le temperature notturne sono più fresche, un edificio che incorpora i materiali potrebbe non aver bisogno di un condizionatore d'aria, afferma Peter Schossig, un ingegnere del Fraunhofer Institute di Monaco, in Germania, il cui gruppo di ricerca ha lavorato con BASF per sviluppare le capsule.
Il lavoro fa parte di una spinta nel settore delle costruzioni verso materiali da costruzione più ecologici che aiutano a mantenere temperature confortevoli senza l'uso di elettricità. Secondo la U.S. Energy Information Administration, gli edifici consumano oltre il 70% dell'elettricità generata in America e circa l'8% di questa viene utilizzata per il condizionamento dell'aria nelle case e negli uffici. I materiali da costruzione leggeri ampiamente utilizzati, tra cui telai in legno e cartongesso, consentono agli appaltatori di costruire edifici rapidamente, ma non immagazzinano molto calore, quindi le temperature all'interno oscillano durante il giorno.
I materiali a cambiamento di fase offrono un modo per aggiungere massa termica ai materiali da costruzione leggeri, afferma Leon glicksman , professore di tecnologia degli edifici e ingegneria meccanica al MIT. Dagli anni '50, diverse aziende hanno cercato di sviluppare sistemi di raffreddamento passivo che sfruttassero i materiali a cambiamento di fase. Ma hanno avuto un successo limitato perché è difficile incorporare questi nuovi materiali nelle sostanze edilizie esistenti.
BASF produce le microcapsule battendo rapidamente la cera fusa in acqua calda. Poiché la cera e l'acqua si respingono, la cera forma piccole goccioline. Quando i ricercatori aggiungono precursori acrilici alla miscela, la repulsione tra cera e acqua li spinge a rivestire la superficie delle goccioline. Infine, aggiungono un catalizzatore per formare un guscio di polimero acrilico attorno alla cera. La miscela umida risultante può quindi essere aggiunta alla polvere utilizzata per realizzare il muro a secco o essiccata e incorporata in altri materiali da costruzione, inclusi cemento e intonaci.
Gigante chimico DuPont produce anche materiali a cambiamento di fase incapsulati e li ha incorporati nei pannelli ad assorbimento di calore che commercializza in Europa. La strategia di BASF è leggermente diversa: l'azienda vende le capsule ad altre aziende per incorporarle in una gamma di materiali da costruzione, inclusi pannelli per soffitti, blocchi di cemento cellulare e cartongesso. Sulla base dei prezzi dell'elettricità tedesca e delle condizioni climatiche, uno studio condotto da BASF ha stimato che una casa di famiglia realizzata con intonaco che incorporasse 360 grammi di materiale a cambiamento di fase (al costo di $ 4.883) risparmierebbe abbastanza elettricità per recuperare il costo entro cinque anni .
National Gypsum sta lavorando con il National Renewable Energy Laboratory e l'Emerging Technologies Coordinating Council della California per testare sul campo i suoi pannelli termoassorbenti, che saranno commercializzati con il nome Thermalcore . I pannelli sono realizzati miscelando la soluzione di microcapsule-acqua BASF con gesso, il minerale utilizzato per realizzare il muro a secco. Le paraffine utilizzate da BASF possono essere personalizzate per fondere a diverse temperature; quelli nei pannelli di National Gypsum si liquefanno a 22,8 ºC (circa 73 ºF). Secondo l'azienda, i pannelli possono immagazzinare 22 unità termiche britanniche per piede quadrato.
National Gypsum impiegherà almeno un anno per testare le prestazioni dei pannelli durante tutte e quattro le stagioni prima di immetterli sul mercato. Un portavoce afferma che la società potrebbe riformulare i pannelli per includere più o meno capsule, a seconda di come si comportano nel clima degli Stati Uniti occidentali. I dati delle prove sul campo verranno utilizzati anche per modellare quanto i pannelli aiutano a ridurre il consumo di energia.
Finora le capsule termoassorbenti sono state testate solo in sistemi passivi. Ma potrebbero essere utilizzati anche in sistemi attivi in climi più caldi, afferma Glicksman del MIT. Negli edifici commerciali, è possibile far funzionare il condizionatore d'aria di notte quando l'elettricità è più economica e utilizzare i materiali a cambiamento di fase per mantenere le temperature più basse durante il giorno, afferma. Schossig afferma che il suo gruppo di ricerca e BASF stanno raccogliendo dati da sistemi attivi sperimentali.