Le Piastrelle per Tetto Adattive Potrebbero Essere la Chiave per Ridurre il Consumo Energetico di Riscaldamento/Raffreddamento

Secondo le stime di ricerche di mercato, il mercato globale dei tetti può superare i 140 miliardi di dollari entro il 2033, partendo da quasi US$82 billion nel 2023. Nessun lavoro di costruzione è completo senza una soluzione per il tetto. È altrettanto essenziale per le strutture residenziali e commerciali. Il mercato ha una natura dinamica poiché i tetti richiedono sostituzioni a intervalli frequenti. In Nord America, secondo una stima di ricerca di mercato, 94% dei progetti di copertura sono sostituzioni di tetti. 

Sostituire i vecchi tetti riguarda spesso il renderli ambientalmente sostenibili ed efficienti dal punto di vista energetico. I tetti freschi, capaci di riflettere la radiazione solare e ridurre la temperatura del tetto, possono far risparmiare US$0.50 per square foot, come mostrano alcuni studi. 

Alcune stime prevedono che il mercato globale dei tetti freschi crescerà a un CAGR del 5.7% fino al 2025. I materiali di copertura riflettenti, come membrane o rivestimenti bianchi, possono ridurre la temperatura della superficie del tetto fino a 50 gradi Fahrenheit. 

Mentre le proprietà di raffreddamento o riscaldamento sono diventate una caratteristica distintiva per le soluzioni di copertura, l’interesse per la sostenibilità e il risparmio energetico dimostra che le soluzioni devono essere efficienti. 

Inizieremo la discussione di oggi con una soluzione che ha attirato l’attenzione in tutto il settore dei tetti a livello globale. 

Piastrelle per Tetto Adattive: Sensibili alla Temperatura Esterna; Aiutano a Ridurre il Consumo Energetico

Scienziati dell’Università della California, Santa Barbara, hanno realizzato una ricerca accademica che dettaglia come le piastrelle per tetto possano ridurre i costi di riscaldamento e raffreddamento. 

Lo scopo dei tre ricercatori coinvolti in questo progetto, Charlie Xiao, Elliot Hawkes e Bolin Lao, era ridurre le bollette energetiche degli americani e diminuire la necessità di combustibili fossili necessari per far funzionare i sistemi HVAC domestici. 

Queste piastrelle adattive sono dotate di un interruttore radiativo per aiutare a passare tra gli stati di riscaldamento e raffreddamento. Può passare tra gli stati di raffreddamento e riscaldamento entro 3 gradi Celsius dalla temperatura di commutazione. Può ridurre le necessità di raffreddamento e riscaldamento di oltre 2,5 volte rispetto ai dispositivi statici. 

L’«interruttore», ovvero il dispositivo di termoregolazione passiva, è un quadrato di 4 pollici. Funziona come una superficie mobile che può modificare le sue proprietà termiche per rispondere a una gamma di temperature.

Secondo il ricercatore Charlie Xiao:

“Passa da uno stato di riscaldamento a uno di raffreddamento, a seconda della temperatura della piastrella.”

I ricercatori hanno ideato la soluzione puntando a una temperatura di 65 gradi Fahrenheit, circa 18 gradi Celsius. 

Ma perché questa soluzione è accolta con così tanta anticipazione dall’industria dei tetti? Arrivare al nocciolo di questa domanda richiede una comprensione dello scenario del consumo energetico degli edifici negli Stati Uniti.

Il 50% del Consumo Energetico degli Edifici Statunitensi Va al Riscaldamento e al Raffreddamento

La quantità di energia consumata per il riscaldamento e il raffreddamento degli edifici statunitensi è enorme. Secondo la United States Energy Information Administration, il consumo energetico totale di uso finale da parte dei settori residenziale e commerciale rappresentava circa il 29% del consumo energetico totale di uso finale negli Stati Uniti nel 2022. Se si includono le perdite di energia del sistema elettrico, i settori residenziale e commerciale rappresentavano il 38% del consumo energetico totale degli Stati Uniti nel 2022.

Con il 50% del consumo energetico degli edifici statunitensi destinato al riscaldamento e al raffreddamento, il sistema deve essere efficiente dal punto di vista energetico a tutti i costi. Inoltre, il cambiamento climatico e il riscaldamento globale aumenteranno la necessità di raffreddamento. Tuttavia, ci saranno aree in cui la domanda di riscaldamento rimarrà alta e potrebbe persino aumentare. 

I tradizionali sistemi di tetti freschi, inclusi rivestimenti riflettenti, membrane, scaglie o piastrelle, funzionano sul principio di raffreddare le abitazioni riflettendo la luce solare. Queste soluzioni rilasciano anche parte del calore intrappolato come radiazione termica infrarossa. Tuttavia, il problema di queste soluzioni emerge quando i sistemi di tetti freschi continuano a irradiare calore in inverno, aumentando i costi di riscaldamento. In breve, mancano di efficienza energetica e di convenienza economica. 

Tenendo conto di tutti gli aspetti sopra menzionati, una soluzione che può passare tra gli stati di riscaldamento e raffreddamento in risposta alla temperatura esterna è decisamente rivoluzionaria, soprattutto perché funziona senza elettricità. 

La soluzione è anche ritenuta fondamentale per l’industria perché può soddisfare le esigenze di riscaldamento e raffreddamento nello stesso edificio nello stesso giorno. Non esistono molte tecnologie attualmente disponibili che possano passare automaticamente tra riscaldamento passivo e raffreddamento. Le soluzioni disponibili, tuttavia, sono per lo più inefficienti per il passaggio quotidiano poiché richiedono un ampio intervallo di temperatura per ciclarne gli stati. 

I ricercatori affermano inoltre che il loro design è altamente adattabile. Può raggiungere diversi punti di setpoint di temperatura modificando il materiale a cambiamento di fase. Per un raffreddamento radiativo più elevato, prestazioni di riscaldamento migliorate e durabilità superiore, le piastrelle adattive devono solo modificare il loro rivestimento. 

Un’altra caratteristica che rende la soluzione allettante è il suo design semplice e il potenziale di produzione a basso costo. 

Mentre tutti questi vantaggi e benefici attendono di essere sfruttati dall’industria e prodotti su scala aziendale più ampia, molte altre soluzioni per edifici stanno lavorando per ridurre il consumo energetico di riscaldamento/raffreddamento. Ora esamineremo alcune di queste soluzioni.

Rivestimento Smart-Roof per Risparmio Energetico Tutto l’Anno

Scienziati coinvolti in uno studio guidato da Junqiao Wu, scienziato del personale del Berkeley Lab nella Materials Sciences Division e professore di scienza e ingegneria dei materiali presso l’UC Berkeley, ha sviluppato un rivestimento smart-roof per tutte le stagioni per mantenere le case calde in inverno e fresche in estate. 

Come la soluzione precedente, anche questa non richiede gas naturale né elettricità. 

Secondo Junqiao Wu:

“(Il nostro) rivestimento per tetti tutto l’anno passa automaticamente da mantenerti fresco a caldo, a seconda della temperatura dell’aria esterna. È condizionamento e riscaldamento senza energia, senza emissioni, tutto in un unico dispositivo.”

Per raggiungere il loro obiettivo, gli scienziati hanno sviluppato un nuovo materiale chiamato rivestimento radiativo adattivo alla temperatura, o TARC. TARC spegne automaticamente il raffreddamento radiativo in inverno, garantendo che non ci sia un eccessivo raffreddamento e spreco di energia. 

Con TARC in funzione, gli scienziati prevedono che la famiglia media negli Stati Uniti risparmierà fino al 10% sulla elettricità. La soluzione è in grado di riflettere il 75% della luce solare tutto l’anno. Tuttavia, quando la temperatura ambiente supera i 25 gradi Celsius o 77 gradi Fahrenheit, la sua emittanza termica raggiunge circa il 90%.

Junqiao Wu, esprimendo il suo entusiasmo per ciò che la soluzione potrebbe realizzare, ha detto:

“Inizialmente pensavamo che il passaggio dal riscaldamento al raffreddamento non sarebbe stato così drammatico. Le nostre simulazioni, gli esperimenti all’aperto e in laboratorio hanno dimostrato il contrario – è davvero entusiasmante.” 

I ricercatori avevano in programma di sviluppare prototipi TARC adatti per applicazioni su scala più ampia. Speravano che TARC dimostrasse il suo valore come rivestimento termicamente protettivo per prolungare la durata della batteria in smartphone e laptop. Altri usi potrebbero includere la protezione di satelliti e auto da temperature estremamente alte o basse e la creazione di tessuti regolatori di temperatura per tende, coperture di serre, cappelli e giacche. 

Soluzioni energeticamente efficienti per gli edifici statunitensi, soprattutto con un focus sulla copertura efficiente, sono disponibili anche a livello aziendale. Vedremo alcune di queste soluzioni nei segmenti successivi. 

1. Whitco Roofing, Inc.

Whitco si presenta come il più grande appaltatore di coperture commerciali ad Atlanta e uno dei principali appaltatori di coperture in Nord America. Whitco è una delle poche aziende di coperture commerciali in Nord America ad avere professionisti certificati Green Roof nel proprio staff. Offre anche pannelli solari per tetti che possono fornire in modo efficiente più del 25% dell’energia totale di un edificio. Le sue soluzioni includono anche l’isolamento per tetti in poliisocianurato. Se applicata correttamente, questa soluzione può ridurre significativamente i costi di riscaldamento e raffreddamento in scenari di utilizzo commerciale e industriale. 

Fondata nel 2005, Whitco Roofing è una società privata con sede ad Atlanta, Georgia, Stati Uniti. 

2. Grundfos

Quando si tratta di un approccio olistico alla riduzione del consumo energetico per riscaldamento o raffreddamento negli edifici, Grundfos è il nome che spicca in cima. Le sue soluzioni sono destinate sia agli edifici commerciali sia a quelli domestici. 

Per rendere il riscaldamento commerciale energeticamente efficiente, Grundfos offre pompe circolanti, circuiti di miscelazione, soluzioni di pompaggio distribuito, set di potenziamento, pompe a stadio singolo in linea, idro-potenziatori e molto altro. Per il riscaldamento energeticamente efficiente negli impianti domestici, Grundfos si basa principalmente su pompe circolanti. 

Nell’anno finanziario 2022, Grundfos ha registrato un fatturato netto di DKK 33,3 miliardi (2021: DKK 28,7 miliardi). Ha registrato una crescita delle vendite del 12,1% in valuta locale rispetto all’anno finanziario precedente (2021). Il ritorno sulle vendite nel 2022 è aumentato all’11,8% nel 2022, rispetto all’11,4% nel 2021.

3. Tesla Solar Roofs

L’installazione dei tetti solari Tesla (TSLA ) offre la possibilità di alimentare la propria casa con un sistema completamente integrato di energia solare e di accumulo. Offre una garanzia di 25 anni e protezione da interruzioni 24/7. Il tetto solare è completato da Powerwall, una batteria domestica compatta per la sicurezza energetica continua. Queste batterie aiutano a immagazzinare l’energia prodotta dal tetto solare per alimentare la casa in qualsiasi momento. 

Dal punto di vista della composizione, un tetto solare comprende sia piastrelle solari in vetro sia piastrelle di copertura in acciaio. Le piastrelle solari in vetro producono energia. Le piastrelle in acciaio di grado architettonico sono destinate a conferire longevità e resistenza alla corrosione al tetto. 

Secondo i dati pubblicati ufficialmente dall’azienda, il team interno di professionisti energetici di Tesla ha installato quasi 4 gigawatt di solare su quasi 480.000 tetti. Complessivamente, questi tetti generano più di 25 TWh di energia pulita. 

L’impianto include anche gli inverter Tesla Solar per mantenere il sistema ben integrato, sicuro, affidabile e pronto per le interruzioni. Con l’app Tesla, è possibile monitorare la produzione di energia in tempo reale. È anche possibile controllare il sistema da qualsiasi luogo con avvisi istantanei e accesso remoto. 

Nel terzo trimestre del 2023, Tesla ha registrato un fatturato di oltre US$21,4 miliardi. Il margine operativo è stato del 17,2%. 

Edifici ed Efficienza Energetica: La Strada da Percorrere

Il riscaldamento globale e il cambiamento climatico sono una preoccupazione civilizzazionale. Governi, organismi regolatori, consigli delle nazioni e imprese sono tutti desiderosi di trovare soluzioni che aiutino a raggiungere moduli energetici efficienti. Oltre alle soluzioni specializzate, esistono molti modi per affrontare queste preoccupazioni apportando piccole modifiche quotidiane ai nostri sistemi edilizi.

L’Ufficio per l’Efficienza Energetica e le Energie Rinnovabili degli Stati Uniti raccomanda molte di queste soluzioni, come l’aggiunta di isolamento, l’uso di illuminazione a LED, l’installazione di pompe di calore, ecc. 

Le persone che vivono in climi caldi e umidi possono utilizzare tubi di calore deumidificanti per ridurre l’umidità interna e migliorare il comfort. Minimizzare le perdite di energia nei condotti è un altro modo per favorire l’efficienza energetica. Isolare i condotti e sigillarli può essere utile. 

Per sistemi di riscaldamento dell’acqua efficienti negli edifici, si possono considerare soluzioni a risparmio energetico come serpentine senza serbatoio, scaldacqua indiretti, scaldacqua solari, ecc. L’introduzione di processi come il recupero di calore dall’acqua di scarico può anche rivelarsi utile. 

Ci sono molti benefici nel ridurre il consumo energetico per riscaldamento/raffreddamento. Non si tratta solo di ridurre i costi. Ha benefici più ampi per la comunità. Aiuta a costruire resilienza comunitaria e un sistema energeticamente saggio ed equo. In ogni regione ci sono comunità svantaggiate che hanno bisogno di tecnologie e infrastrutture a costo contenuto per accedere a una fornitura energetica ininterrotta. 

I sistemi energeticamente efficienti portano anche a meno inquinamento atmosferico, beneficiando la salute complessiva della comunità. Meno combustione di combustibili fossili è anche vantaggiosa per la nostra ecologia, le piante e gli animali che ci circondano. 

Il suo beneficio per l’economia dell’infrastruttura del paese è anche significativo. I sistemi energetici efficienti alleggeriscono il carico sulle reti. Aiutano a minimizzare la congestione e lo stress sulla distribuzione di energia in qualsiasi momento. 

I benefici sono così diffusi e di ampio impatto che avremo bisogno di più soluzioni come le piastrelle per tetto adattive in futuro. È sicuramente una pietra miliare incoraggiante nel percorso verso l’efficienza e la sostenibilità. 

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