{"id":24025,"date":"2025-06-10T03:03:11","date_gmt":"2025-06-10T01:03:11","guid":{"rendered":"https:\/\/test.cfdfeaservice.it\/index.php\/2025\/06\/10\/combattere-il-caldo-con-pareti-a-zig-zag-a-raffrescamento-radiativo\/"},"modified":"2025-06-10T03:03:11","modified_gmt":"2025-06-10T01:03:11","slug":"combattere-il-caldo-con-pareti-a-zig-zag-a-raffrescamento-radiativo","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/test.cfdfeaservice.it\/index.php\/2025\/06\/10\/combattere-il-caldo-con-pareti-a-zig-zag-a-raffrescamento-radiativo\/","title":{"rendered":"Combattere il caldo con pareti a zig zag a raffrescamento radiativo"},"content":{"rendered":"
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Raffreddamento passivo: il successo delle pareti corrugate della Columbia University<\/a><\/strong>.<\/p>\n

di Lisa Borreani<\/em><\/p>\n

Gli edifici rappresentano circa il 40% del consumo energetico globale e contribuiscono al 36% delle emissioni di CO2<\/sub>. Il raffreddamento degli ambienti interni costituisce circa il 20% di questo consumo, e la sua domanda \u00e8 in aumento, parallelamente al progressivo riscaldamento globale. Trovare soluzioni di raffreddamento efficienti \u00e8 quindi essenziale per ridurre il consumo di energia e le emissioni di CO2<\/sub>. Si contribuisce cos\u00ec alla transizione verso una societ\u00e0 a basse emissioni di carbonio.<\/p>\n

Il raffreddamento radiativo<\/h2>\n

Negli ultimi anni, il raffreddamento radiativo (RC)<\/strong> \u00e8 emerso come una soluzione promettente che permette di raffreddare gli edifici senza il consumo di elettricit\u00e0. Questa tecnologia si basa sulla capacit\u00e0 di alcuni materiali di riflettere la luce solare e di emettere radiazioni infrarosse verso lo spazio esterno freddo attraverso una \u201cfinestra di trasparenza atmosferica\u201d<\/em>. Grazie ai recenti progressi nei materiali<\/a> ad alta riflettanza solare e alta emittanza infrarossa, il raffreddamento radiativo ha attirato grande attenzione. Tra i materiali pi\u00f9 promettenti ci sono le strutture fotoniche, i polimeri, i metamateriali e i materiali compositi, utilizzabili su tetti, finestre e serre per ridurre il consumo energetico e l\u2019impatto ambientale.<\/p>\n

Tuttavia, mentre vari design di RC sono stati applicati con successo ai tetti, che coprono solo una parte limitata delle superfici degli edifici, non sono ideali per le pareti, che coprono una porzione maggiore degli involucri degli edifici. La principale difficolt\u00e0 per le pareti RC \u00e8 che devono affrontare sia lo spazio freddo che il terreno caldo. Pertanto, \u00e8 necessario considerare il trasferimento di calore radiante con il terreno, che di solito ha una temperatura superficiale pi\u00f9 alta dell\u2019aria ambientale a causa del riscaldamento solare diurno e della conservazione del calore, che pu\u00f2 raggiungere i 60-70\u00b0C al picco. Inoltre, i materiali del terreno come calcestruzzo, mattoni e asfalto hanno una elevata emittanza termica, provocando una significativa radiazione termica verso le pareti. I design RC convenzionali con alta emittanza termica ricevono quindi un notevole calore dal terreno e non sono efficaci per le pareti RC.<\/p>\n

Dai due ai 3 gradi in meno grazie al raffrescamento radiativo asimmetrico<\/h3>\n

Un gruppo di ricercatori della Columbia University ha sviluppato delle pareti a \u201czig zag\u201d<\/strong> che sfruttano le propriet\u00e0 del raffrescamento radiativo per ridurre il calore degli edifici. La ricerca, pubblicata sulla rivista Nexus<\/a>, ha dimostrato che il design a zig zag asimmetrico permette di abbassare la temperatura media interna degli edifici di circa 2,3\u00b0C rispetto alle pareti convenzionali con materiali radiativi, e fino a 3,1\u00b0C durante le ore pi\u00f9 calde.<\/p>\n

Il design a zig zag delle pareti, utilizzato dai ricercatori, consente di ottimizzare il raffrescamento radiativo grazie alla sua geometria unica. Le pareti corrugate presentano due superfici principali: una rivolta verso lo spazio esterno (il cielo) e l\u2019altra verso il terreno. La superficie rivolta verso il cielo \u00e8 realizzata con materiali ad alta emittanza, capaci di emettere radiazioni infrarosse verso lo spazio freddo. La superficie rivolta verso il terreno, invece, \u00e8 rivestita con materiali riflettenti per minimizzare il calore assorbito dal terreno caldo.<\/p>\n

Il principio di funzionamento<\/h4>\n

Il raffrescamento radiativo convenzionale, applicato su superfici piane o tetti, non riesce a gestire efficacemente il calore proveniente dal terreno. Il design a zig zag affronta questa sfida creando una superficie con caratteristiche diverse a seconda della sua esposizione, migliorando cos\u00ec le prestazioni di raffreddamento.<\/p>\n

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(A)<\/strong> Parete emissiva piatta convenzionale.
(B)<\/strong> Parete ERZ. Superficie superiore: emettitore a banda larga ideale. Superficie inferiore: riflettore a banda larga ideale.
(C e D)<\/strong> Simulazione del guadagno netto di calore dal terreno e della perdita netta di calore verso lo spazio per la parete ad alta emissivit\u00e0 (high-E) piatta (C) e la parete ERZ (D). La parete ERZ presenta un guadagno di calore inferiore (16,8%) e una perdita di calore superiore (103,2%) rispetto alla parete piatta ad alta emissivit\u00e0.
(E e F)<\/strong> Simulazione dell\u2019emissivit\u00e0 angolare IR di una parete ad alta emissivit\u00e0 piatta (E) e di una parete ERZ (F). La parete ad alta emissivit\u00e0 piatta ha un\u2019emissivit\u00e0 uniformemente alta verso il cielo o il terreno, mentre la parete ERZ mostra una significativa asimmetria angolare.
In (D)<\/strong> e (F)<\/strong>, la parete ERZ ha una geometria con \u03b81 = 60\u00b0 e \u03b82 = 30\u00b0.
Credits:<\/em><\/strong> Nexus 2024\u2013 https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.ynexs.2024.100028<\/a> \u2013 Creative Commons Attribution (CC BY 4.0)<\/figcaption><\/figure>\n

Potenziale teorico di raffreddamento delle pareti ERZ<\/h3>\n

Il design delle pareti ERZ <\/strong>(emittente-riflettente zigzagato) sfrutta una nuova libert\u00e0 progettuale: l\u2019asimmetria angolare. Questo approccio massimizza le prestazioni di raffreddamento utilizzando due parametri critici: l\u2019angolo tra la direzione verticale e la superficie superiore (q1) e quello con la superficie inferiore (q2). I risultati delle simulazioni hanno dimostrato che una maggiore asimmetria angolare e una superficie riflettente altamente speculare possono ridurre significativamente il guadagno di calore dal terreno caldo e migliorare il raffreddamento.<\/p>\n

Le simulazioni hanno mostrato che a temperature superficiali del terreno di 60\u00b0C e con una temperatura della parete di 30\u00b0C, le pareti ERZ ricevono solo 15,1 W\/m\u00b2 di calore dal terreno rispetto ai 89,7 W\/m\u00b2 delle pareti ad alta emittanza. Inoltre, la parete ERZ ha una perdita di calore leggermente superiore verso lo spazio, ma l\u2019effetto complessivo \u00e8 un miglioramento del raffreddamento netto.<\/p>\n

Per validare le prestazioni di raffreddamento delle pareti ERZ, sono stati realizzati prototipi utilizzando materiali a basso costo e facilmente scalabili. I film di Mylar aluminizzato <\/strong>sono stati usati come riflettori IR per il lato rivolto verso il terreno, mentre i film rivestiti con polidimetilsilossano (PDMS) sono stati utilizzati come emettitori IR per il lato rivolto verso il cielo. I risultati sperimentali hanno mostrato che le pareti ERZ erano in grado di ridurre la temperatura rispetto alle pareti convenzionali rivestite solo con emettitori PDMS\/Mylar o riflettori Mylar.<\/p>\n

Le prove di laboratorio e i test sul campo hanno confermato che le pareti ERZ possono mantenere una temperatura inferiore rispetto ai controlli, anche nelle condizioni pi\u00f9 calde. In un test di campo effettuato in estate in New Jersey, le pareti ERZ erano costantemente pi\u00f9 fresche rispetto ai controlli per un periodo continuo di 24 ore, dimostrando l\u2019efficacia del design anche in condizioni reali.<\/p>\n

Scenari di applicazione<\/h2>\n

Le pareti ERZ offrono significativi vantaggi in termini di risparmio energetico, in particolare grazie alla loro capacit\u00e0 di riflettere la radiazione termica terrestre e di trattenere il raffrescamento radiativo (RC). Queste caratteristiche le rendono particolarmente efficaci in regioni calde, dove la temperatura del suolo tende a mantenersi elevata. Infatti, in contesti climatici pi\u00f9 caldi, la radiazione termica emessa dal terreno \u00e8 pi\u00f9 intensa e, grazie alla loro particolare geometria a zigzag, le pareti ERZ riescono a riflettere una maggiore quantit\u00e0 di calore verso l\u2019esterno. Ci\u00f2 contribuisce a mantenere gli edifici freschi senza l\u2019uso eccessivo di energia per la climatizzazione. <\/p>\n

Il fattore di visibilit\u00e0 tra la superficie delle pareti e il suolo gioca un ruolo fondamentale: gli edifici pi\u00f9 bassi, essendo pi\u00f9 vicini al suolo, godono di un maggior potenziale di riflessione della radiazione termica terrestre rispetto agli edifici pi\u00f9 alti. Questo fa s\u00ec che le pareti ERZ siano particolarmente indicate per edifici di bassa altezza o per contesti urbani dove l\u2019ambiente circostante favorisce una maggiore interazione con il suolo caldo.<\/p>\n

Tuttavia, anche in contesti urbani con edifici adiacenti, le pareti ERZ dimostrano di mantenere buone prestazioni di raffrescamento. Ad esempio, un\u2019analisi condotta a Los Angeles ha dimostrato che, anche in presenza di edifici vicini a una distanza di 10 metri, le pareti ERZ sono in grado di garantire un risparmio energetico annuo di 29,5 GJ, pari a 22,5 MJ per metro quadrato. Anche in edifici di grandi dimensioni con diversi rapporti tra volume e superficie della parete, le pareti ERZ offrono un risparmio superiore a 22 MJ\/m\u00b2 e una riduzione del consumo energetico superiore al 9% rispetto alle pareti tradizionali ad alta emissivit\u00e0 (high-E).<\/p>\n

La produzione delle pareti ERZ<\/h3>\n

Per quanto riguarda la produzione su larga scala, le pareti ERZ possono essere facilmente realizzate utilizzando unit\u00e0 ripetitive di zigzag di dimensioni maggiori, comprese tra i 5 e i 50 cm, senza compromettere le prestazioni ottiche. Questo \u00e8 possibile poich\u00e9 la geometria zigzagata supera di gran lunga le lunghezze d\u2019onda rilevanti per il raffrescamento radiativo, garantendo una fabbricazione conveniente e scalabile. <\/p>\n

La produzione di queste strutture pu\u00f2 avvenire tramite la stampatura di fogli metallici, con l\u2019applicazione successiva di un rivestimento ad alta emissivit\u00e0 (high-E) sul lato rivolto verso il cielo e di un rivestimento a bassa emissivit\u00e0 (low-E) sul lato rivolto verso il suolo. Per edifici gi\u00e0 esistenti, le pareti ERZ possono essere montate meccanicamente sulle superfici esterne mediante l\u2019uso di fili o altre soluzioni di fissaggio. Nelle future costruzioni, le pareti corrugate, gi\u00e0 ampiamente utilizzate nelle coperture degli edifici, potrebbero essere facilmente adattate per includere rivestimenti ad alta emissivit\u00e0 sulla parte superiore e rivestimenti a bassa emissivit\u00e0 sulla parte inferiore delle corrugazioni per ottenere una gestione termica ottimale.<\/p>\n

I costi<\/h3>\n

Il costo per la realizzazione di pareti ERZ \u00e8 competitivo. Prendendo come esempio un edificio di medie dimensioni a Los Angeles, con una superficie muraria di 1.310 m\u00b2, il costo aggiuntivo dei materiali sarebbe di circa $3.000<\/strong>, se si utilizzassero fogli di alluminio di 0,3 mm di spessore e PDMS di 40 mm di spessore. Questo si traduce in un costo di circa $2,3\/m\u00b2, molto inferiore rispetto alle pareti corrugate commerciali. Questi costi aggiuntivi verrebbero recuperati in circa tre anni grazie ai risparmi energetici derivanti dall\u2019uso delle pareti ERZ. <\/p>\n

Anche se la dimostrazione del design ERZ in questo studio si basa sull\u2019uso combinato di PDMS e alluminio, sar\u00e0 necessario condurre ulteriori studi per valutarne la resistenza alla corrosione e i costi per applicazioni pratiche su larga scala. Tuttavia, esistono anche altre strategie promettenti, come l\u2019uso di rivestimenti auto-pulenti e resistenti alla corrosione per l\u2019alluminio o le sue leghe, nonch\u00e9 radiatori trasparenti basati su materiali come l\u2019acrilico o la silice, che potrebbero sostituire il PDMS, rendendo ancora pi\u00f9 efficace l\u2019applicazione delle pareti ERZ nelle future costruzioni.<\/p>\n

Le sfide future<\/h3>\n

Un\u2019altra questione da affrontare nell\u2019implementazione reale delle pareti ERZ \u00e8 la possibile contaminazione della loro superficie a causa dell\u2019accumulo di polvere. Questo fenomeno potrebbe ridurre le prestazioni di raffrescamento. Tuttavia, questo problema potrebbe essere risolto con l\u2019uso di materiali auto-pulenti, una tecnologia che richiede ulteriori studi per garantirne l\u2019efficacia a lungo termine.<\/p>\n

Il design a zig zag delle pareti ERZ rappresenta un importante avanzamento nella tecnologia di raffreddamento radiativo. Grazie alla sua geometria innovativa e all\u2019uso di materiali ad alta riflettanza e alta emittanza, le pareti ERZ offrono una soluzione pratica ed efficace per migliorare il raffreddamento degli edifici e ridurre il consumo energetico. Tuttavia, ulteriori ricerche e sviluppi sono necessari per superare le sfide legate alla scalabilit\u00e0, ai costi e alla durata nel tempo dei materiali utilizzati.<\/p>\n<\/p>\n<\/div>\n

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Autore: Roberta Falco<\/p>\n

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