Redazione 
Una tecnologia ad energia zero che riscalda quando è fredda e si raffredda quando è calda.
Il dispositivo dinamico non necessita di alimentazione per passare dalla modalità di riscaldamento a quella di raffreddamento, risparmiando energia
Un nuovo dispositivo di gestione del calore rileva la temperatura e in risposta cambia la sua forma per riscaldarsi o raffreddarsi, il tutto senza utilizzare energia esterna.
Integrando le tecnologie commerciali di riscaldamento e raffreddamento, il dispositivo ad energia zero potrebbe ridurre la domanda di energia durante tutto l’anno per il controllo della temperatura degli edifici, affermano i suoi sviluppatori.
Il riscaldamento e il raffreddamento rappresentano quasi la metà del consumo energetico globale.
Per ridurre le emissioni di gas serra dovute alla gestione della temperatura, i ricercatori hanno recentemente accelerato la ricerca di tecnologie ad alte prestazioni in grado di regolare le temperature senza consumare molta energia, se non del tutto.
Un modo per farlo è attingere al sole e allo spazio esterno, rispettivamente, come fonti calde e fredde. Le finestre intelligenti, ad esempio, possono essere attivate dal calore o dall’elettricità per alternare tra l’assorbimento del calore infrarosso del sole nelle giornate fredde o il riflesso in estate.
Per un’opzione ad energia zero, alcuni team hanno realizzato sistemi di raffreddamento radiativo passivo che trasmettono calore direttamente nello spazio esterno a lunghezze d’onda dell’infrarosso che passano direttamente attraverso l’atmosfera terrestre.
Rujun Ma e colleghi dell’Università di Nankai, a Tianjin, in Cina, volevano realizzare un dispositivo a doppia modalità che passa dalla modalità di riscaldamento a quella di raffreddamento percependo il cambiamento di temperatura.
“L’obiettivo finale della gestione termica è il controllo della temperatura“, afferma Ma, quindi avere un sistema sensibile alla temperatura ha più senso.
E mentre sono state prodotte finestre che cambiano colore e modulatori ad infrarossi che rispondono ai cambiamenti di temperatura, possono riscaldare o raffreddare, ma non entrambi.
Ciò che rende unico il nuovo dispositivo è la sua capacità di lavorare su lunghezze d’onda che vanno dalla banda del visibile alla banda dell’infrarosso, “coprendo l’intera regione che contribuisce alla gestione termica radiativa, compreso il riscaldamento solare e il raffreddamento radiativo“, afferma Ma.
Il team ha cercato ispirazione per la pelliccia del coniglio himalayano, che è bianca quando fa caldo ma si scurisce quando fa freddo, e per l’apertura e la piegatura delle foglie della pianta del “mimosa pudica”.
Il dispositivo è costituito da due strati principali.
Lo strato superiore è un foglio attuatore sensibile alla temperatura che emette radiazioni infrarosse. Questo telo è realizzato con polimeri appositamente progettati che rispondono in modo non uniforme agli sbalzi di temperatura, facendolo arrotolare quando è freddo e dispiegandolo quando è caldo.
Lo strato inferiore è un substrato termocromico che cambia colore in risposta alla temperatura e assorbe anche la luce visibile.
In modalità riscaldamento, quando la temperatura ambiente è bassa, il foglio dell’attuatore si arriccia e il substrato termocromico diventa grigio, assorbe la luce solare e si riscalda.
Al contrario, in modalità di raffreddamento, l’attuatore è disteso e copre il substrato, riflettendo la luce solare ed emettendo radiazioni infrarosse per dissipare il calore nel substrato.
La temperatura di attivazione per il passaggio da una modalità all’altra può essere regolata modificando i polimeri nell’attuatore e le polveri termocromiche che entrano nel substrato.
In laboratorio, il dispositivo di 4 x 4 centimetri è durato per 500 cicli di laminazione e apertura. Ma e i suoi colleghi hanno anche testato il dispositivo all’aperto, come spiegano in dettaglio nel loro articolo pubblicato su Proceedings of the National Academy of Sciences.
Sulla base degli esperimenti sul campo, hanno calcolato che il dispositivo aveva una potenza di riscaldamento solare di circa 252,2 watt per metro quadrato e una potenza di raffreddamento di circa 59,7 W/m 2.
I ricercatori hanno tradotto questi numeri in risparmi energetici basati sul riscaldamento a gennaio e sul raffreddamento a luglio. I calcoli hanno mostrato che questo dispositivo ha risparmiato la maggior parte dell’energia per area per il controllo della temperatura, rispetto ad altri dispositivi di gestione termica sensibili alla temperatura segnalati finora.
fonte@spectrum.ieee.org
