Chiunque trascorra la maggior parte della giornata al chiuso conosce l'importanza di un'atmosfera confortevole in cui lavorare e vivere. I ricercatori del Laboratorio di Energia Solare e Fisica dell'Edilizia dell'EPFL stanno cercando modi per massimizzare il guadagno energetico dall'involucro di un edificio, ottimizzando anche il comfort interno in un modo ecologico. Stanno dimostrando come questo può essere fatto con "SolAce, " l'ultima unità nell'edificio di ricerca NEST di Empa e Eawag.

La facciata blu-verde dell'unità "SolAce" di NEST luccica come l'ala di una farfalla alla luce del sole. L'ultima aggiunta all'edificio di ricerca e innovazione di Empa ed Eawag a Dübendorf è stata ufficialmente inaugurata il 24 settembre 2018. L'unità combina spazio di lavoro e spazio abitativo su quasi 100 metri quadrati ed è integrata nel lato esposto a sud di NEST tra la seconda e la terza piattaforma del struttura tipo case.

"Attraverso la sua facciata, "SolAce" serve a raccogliere più energia di quella necessaria all'unità nel corso dell'anno, fornendo allo stesso tempo il miglior comfort possibile agli utenti." Così Jean-Louis Scartezzini spiega l'obiettivo del progetto. Il ricercatore dell'EPFL è il Direttore del Laboratorio di Energia Solare e Fisica delle Costruzioni, e l'idea per l'ultima unità NEST è nata da un'idea. Per raggiungere questo obiettivo, i ricercatori combinano diversi elementi di facciata attivi e passivi che presentano tecnologie sviluppate nel laboratorio con sede a Losanna. Alcune di queste tecnologie stanno per essere commercializzate da start-up e collaborazioni con partner del settore, mentre altri hanno ancora molta strada da fare. "NEST ci offre l'opportunità unica di esaminare le varie tecnologie in interazione tra loro e in un ambiente reale, "dice Scartezzini.

Elettricità e acqua calda

Il bilancio energetico positivo dell'unità deve essere ottenuto producendo elettricità solare e acqua calda direttamente sulla facciata. A tale scopo verranno utilizzati moduli fotovoltaici e collettori solari termici con un nuovo tipo di nanovetro colorato. Con l'obiettivo di favorire l'integrazione delle unità fotovoltaiche nell'involucro edilizio offrendo una maggiore portata architettonica attraverso diverse colorazioni, un team dell'EPFL è alla ricerca di rivestimenti per la colorazione da quasi 20 anni. Il gruppo di ricerca, guidato da Andreas Schüler, era chiaro sul fatto che il rivestimento avrebbe dovuto causare la minor perdita di energia possibile. Non si trattava di utilizzare pigmenti di colore assorbenti. Anziché, film sottili di dimensioni comprese tra 5 e 200 nanometri creano i cosiddetti "effetti cromatici di interferenza" all'interno della vetratura, non dissimili da quelli che appaiono su una bolla di sapone o sulle ali di una farfalla per esempio. "Poiché il nanorivestimento è molto trasparente, non ci sono praticamente effetti di assorbimento e solo perdite di energia molto minori, " spiega Schüler. Questa tecnologia è stata ora brevettata e attualmente viene introdotta sul mercato dallo spin-off "SwissINSO, " con la versione blu-verde utilizzata in NEST.

Oltre allo spazio ufficio per quattro persone, "SolAce" offre anche una zona giorno per due. Per mantenere la promessa di un comfort ottimale, i ricercatori stanno tentando di ricreare la percezione individuale degli utenti utilizzando sensori ottici innovativi. I sensori prototipo misurano le condizioni di illuminazione e l'abbagliamento dal punto di vista dell'utente, per esempio una persona che lavora al computer. Questo monitoraggio al volo viene utilizzato per controllare nel miglior modo possibile l'illuminazione elettrica e la schermatura solare. Significa che se viene superato un certo valore di abbagliamento, le veneziane curve iniziano a dirigere i raggi di luce che entrano nell'edificio fino al soffitto. L'illuminazione circadiana ha anche lo scopo di aumentare le prestazioni lavorative degli abitanti di "SolAce", ma anche per supportarli durante le fasi di recupero. L'illuminazione circadiana simula la luce del sole nel corso della giornata, favorendo così il nostro naturale ritmo sonno-veglia.

Vetri microstrutturati

Allo stesso modo, I vetri innovativi delle finestre contribuiscono a creare un'atmosfera accogliente per la vita e il lavoro e soprattutto per ridurre il consumo di energia per il riscaldamento in inverno e per la ventilazione in estate. Invisibile all'occhio umano una vetratura microstrutturata in un film polimerico all'interno del vetro dirige la luce invernale verso il soffitto dell'unità per un'illuminazione uniforme, permettendo così all'interno di riscaldarsi naturalmente. In estate, la stessa vetratura fa in modo che i raggi del sole siano guidati lontano dalle finestre e quindi le stanze non si riscaldano così tanto. Questo nuovo tipo di vetratura è stato sviluppato all'EPFL da Andreas Schüler e dal suo team. I ricercatori hanno utilizzato un laser di precisione dell'Empa di Thun per produrre i primi prototipi. Ora il team sta lavorando con BASF/Svizzera per sviluppare un processo di produzione industriale. Non appena i primi riquadri della finestra sono disponibili, devono essere installati nella facciata "SolAce". I ricercatori del Laboratorio di prestazioni integrate nella progettazione dell'EPFL misureranno quindi il comfort visivo dei nuovi pannelli in situ. Fino ad allora, verranno utilizzati riquadri di riferimento che forniranno dati di riferimento.

Come è consuetudine per NEST, l'unità "SolAce" sarà utilizzata e vissuta nella vita reale. Durante la prima fase, sono principalmente i ricercatori dell'EPFL che utilizzeranno le stanze e monitoreranno i sistemi e le tecnologie e li adatteranno alle condizioni ambientali. "Una volta fatto questo, utilizzeremo l'unità per far lavorare e vivere i nostri ospiti, ", afferma Rico Marchesi, Innovation Manager di NEST. È entusiasta della nuova aggiunta all'edificio della ricerca e dell'innovazione ed è convinto che "SolAce" possa dare un prezioso contributo al futuro design degli involucri edilizi. "Grazie alle vetrate colorate qui mostrate, le preoccupazioni estetiche sull'uso dei moduli fotovoltaici sulla facciata chiaramente non sono più valide, "è convinto.

Per Jean Louis Scartezzini, il progetto è già un grande successo:"Ancora e ancora, la stretta collaborazione tra ricercatori e partner dell'industria, ma anche tra gli stessi partner del settore, led to surprising ideas and a valuable exchange of knowledge." The architect of the unit, Fabrice Macherel from Lutz Architects in Fribourg, also found the collaboration between the realms of research and business to be hugely enriching:"Striking the balance between theory and practice was not always easy, but we learned a lot of new things and we can use this knowledge in future projects." To put it more briefly:technology transfer in its purest form.