Brevetti | Finestre

Filtri dinamici-passivi a basso consumo

La soluzione proposta dall’architetto Levati risponde alla necessità di passare da una «luce calda» in inverno a una «luce fredda» in estate ottimizzando gli apporti solari gratuiti e ottenendo elevati livelli di protezione solare senza dover sacrificare la connessione visiva tra interno ed esterno. Ne traggono ulteriori benefici anche le superfici colorate, le persone e più in generale gli ambienti indoor, poiché risultano protetti dalle radiazioni ultraviolette.

Il sistema sviluppato dall’architetto Nicola Levati per la sua tesi di laurea presso il Politecnico di Milano consentirà alle superfici trasparenti degli edifici (ed eventualmente anche dei veicoli, anche se è stato concepito per un’applicazione ideale in campo edilizio, all’interno della vetro-camera) di autoregolare la luce, ottenendo sia una visione nitida e continua in ogni periodo dell’anno sia una riduzione sensibile del fabbisogno energetico per la climatizzazione estiva-invernale. Questo sarà possibile grazie al dispositivo interattivo per il controllo selettivo e dinamico della radiazione elettromagnetica brevettato allo scopo, in grado di valorizzare sia il daylight che l’illuminazione artificiale interna. Il principio cui si è ispirato Levati è quello dei filtri polarizzatori, alla base di un dispositivo molto diffuso in altro ambito: gli occhiali 3D passivi che vengono utilizzati dagli spettatori al cinema.
 Obiettivo dell’invenzione, una cui versione embrionale era risultata vincitrice del concorso «Switch2Product» bandito da PoliHub >>, era quello di ottenere una finestra dinamica in grado di superare i limiti principali di quelle attualmente in commercio, che si possono dividere in due macrocategorie: finestre attive e termocromiche. Queste ultime, che si basano su un funzionamento passivo ma dinamico, con un materiale che cambia stato a seconda della temperatura, hanno un comportamento analogo a quello che si verifica con la fotocromia in presenza di radiazione luminosa, ovvero tendono a scurire in inverno, quando gli apporti solari sarebbero invece utili.

Configurazione chiara

Configurazione chiara

Schermatura passiva. Fra i vetri attivi, che si suddividono in elettrocromici, espd e lcd, i primi rappresentano la scelta migliore, ma per ottenere un alto livello di trasparenza hanno bisogno di funzionare ad alto voltaggio, comportando quindi un più elevato consumo energetico per mantenere un requisito già proprio del materiale. Il dispositivo sviluppato da Levati, che non necessita di energia, si propone di superare gli ostacoli delle rispettive soluzioni già in commercio tramite una coppia di filtri traslabili linearmente da abbinare alle superfici trasparenti, in grado di schermare in modo passivo e selettivo la porzione di spettro solare desiderata, lasciandosi invece attraversare dalle lunghezze d’onda che non vengono polarizzate (es. τv>58% con τ550nm>65%). Il tutto avviene per mezzo di una speciale nano-struttura, realizzata con procedimenti nano-litografici roll2roll, il cui intervallo di interazione è scelto in funzione della zona climatica di installazione e della dimensione delle superfici finestrate di cui si dispone. Il dispositivo è in grado di variare in modo graduale e dinamico le proprietà di trasmissione e riflessione delle superfici trasparenti, mantenendo al contempo ridotti coefficienti di assorbimento (16%<αe<22%) che escludono il rischio di shock termico nei vetri.

Configurazione riflettente

Configurazione riflettente

I due filtri sono inseriti all’interno della vetro-camera. Nel prototipo dell’architetto Levati, che per la sua fase di sviluppo si è avvalso delle strutture del Politecnico (tra cui gli spettrofotometri di ThermaLab per la misurazione dei valori di riflettanza, trasmittanza e assorbanza), sono stati utilizzati rispettivamente triacetato di cellulosa per lo strato plastico (ma è prevista la possibilità di impiegare anche altri materiali organici e inorganici) e alluminio per la parte metallica nanostrutturata (anche in questo caso sono utilizzabili altri metalli molto riflettenti quali oro o rame).
Nella fase prototipale sono state previste tre ipotesi per il controllo del sistema, dotato di una scheda arduino mini programmata appositamente: telecomando a infrarossi; sensori capacitivi collocati all’interno del fermavetro; app per Android, utilizzabile quindi da un comune smartphone e comunicante tramite bluetooth.
La coppia di filtri selettivi è concepita per avere una lunga vita utile, non entrando mai in contatto con sporcizia e agenti ossidanti, e per offrire in fase d’acquisto la possibilità di scelta fra due alternative: un dispositivo in grado di controllare sia la componente cromatica sia quella termica della radiazione solare (con un’azione paragonabile a quella dei vetri attivi e passivi già sul mercato) oppure soltanto quella termica. Quest’ultima opzione, basata sulla capacità passiva di trasmettere selettivamente la luce, riflettendo interamente o parzialmente la sola porzione termica (nir) dello spettro solare, determina l’unicità del dispositivo rispetto alle soluzioni dinamiche esistenti, poiché ne consente l’utilizzo anche su superfici di piccole e medie dimensioni. Per tali motivi, questa è l’alternativa che fra le due ha riscosso finora il maggior interesse nelle trattative con potenziali licenziatari del brevetto.

Arch.Nicola Levati

Arch. Nicola Levati

L’inventore del sistema. Nicola Levati si è laureato in architettura ambientale e architettura-progettazione tecnologica e ambiente, e il brevetto dei filtri per finestre, ceduto al Politecnico di Milano nel 2014, è il risultato del lavoro svolto per la sua tesi di laurea. Attualmente è un libero professionista iscritto all’Ordine degli architetti, pianificatori, paesaggisti e conservatori della provincia di Milano e sta collaborando in qualità di tecnico alla fase di ricerca di licenziatari in grado di produrre il sistema.

Caratteristiche:
– massima coesione
– sicurezza
– costi ridotti
– minore impiego di elementi
– brevetto con possibilità acquisto
– brevetto con possibilità concessione in licenza
(di Matteo Ferrario)

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