Le finestre del 2000
saranno intelligenti

Progressi nella tecnologia del vetro
Giovanni Scarinci - Università di Padova

     
Nella pluralità degli elementi strutturali e decorativi che costituiscono un edificio il vetro ha sempre avuto un ruolo del tutto particolare, sia per i compiti assolutamente specifici a cui doveva assolvere (protezione dalle intemperie, visione all’esterno, illuminazione all’interno, ecc.) sia per la notevole diversità delle sue proprietà rispetto ad altri materiali, al punto di ritenerlo un elemento di discontinuità e spesso di debolezza. Negli ultimi anni tale ruolo, che persisteva immutato da secoli, è radicalmente cambiato: le vetrate attuali si inseriscono in modo funzionale nel complesso architettonico, valorizzandone o addirittura determinandone l’aspetto estetico.

Tutto ciò è dovuto al fatto che scienza e tecnologia del vetro hanno portato alla realizzazione di prodotti vetrari assolutamente unici, dotati di caratteristiche tanto innovative da rivoluzionare gli schemi di progettazione finora adottati. I miglioramenti più importanti interessano tre campi che rivestono un’importanza fondamentale per quanto riguarda le prestazioni del prodotto: il campo dei risparmi energetici; il campo del comfort visivo, acustico e termico; il campo della sicurezza.

I miglioramenti sono stati ottenuti sia realizzando una vasta gamma di vetri speciali (in particolare vetri rivestiti con film sottili dotati di particolari proprietà) sia perfezionando le tecniche di assemblaggio e di montaggio di vetrature multiple.

Una stupefacente proprietà del vetro consiste nel fatto di essere, in larghissima misura, trasparente a tutte le radiazioni (comprese all’incirca tra 0.3 e 3 micrometri) che vengono emesse dal sole. In altre parole ciò significa che il vetro è in grado di trasmettere pressoché integralmente la sensazione di benessere associata alla luce e al calore del sole.

L’impiego attuale del vetro nell’edilizia è peraltro strettamente correlato ad una attenta valutazione del ruolo che esso gioca nel consumo di energia degli edifici.

Per quanto riguarda la possibilità di limitare la conduzione del calore attraverso il vetro, la vetrocamera costituisce una soluzione molto efficace. Si tratta di un componente prefabbricato, costituito da due lastre di vetro parallele, unite al perimetro con un sigillante di alta qualità e distanziate in modo da creare un’intercapedine di alcuni millimetri riempita con aria disidratata, ad elevato potere isolante. Oltre a dimezzare il coefficiente di scambio termico (che passa da 6 a 2.8 watt/mq°K) si ottengono risultati particolarmente significativi anche dal punto di vista dell’isolamento acustico. Per ridurre ulteriormente le dispersioni termiche, occorre rilevare che esse, oltre ai normali meccanismi di trasferimento del calore (convezione e conduzione), sono in parte dovute alle radiazioni nell’infrarosso lontano emesse dagli ambienti riscaldati (lunghezza d’onda prossima ai 10 micrometri). Tali radiazioni non potrebbero passare attraverso il vetro (che non è trasparente in questa regione dello spettro), ma vengono in gran parte assorbite da esso e poi riemesse, soprattutto verso l’esterno.

Sono stati perciò realizzati dei vetri "a bassa emissività", cioè ricoperti con un film che riflette verso l’interno - impedendone così la fuoriuscita - fino al 90% delle radiazioni caloriche prodotte nel locale. La particolare natura del film, costituito da un deposito sottilissimo di argento protetto da ossidi metallici, consente peraltro un’elevata trasmissione della luce solare, sì da non distinguere la differenza tra questo vetro ed un vetro chiaro. Se assemblati - come di norma avviene - non singolarmente bensì in vetrocamera, questi vetri garantiscono il massimo di efficienza per l’isolamento termico in climi freddi (K = 1.8 watt/mq°K), migliorabile ulteriormente (K = 1.4) introducendo nell’intercapedine gas speciali, ad esempio argon.

D’estate, e in climi molto caldi, il calore che penetra all’interno degli ambienti è quasi interamente dovuto alle radiazioni solari trasmesse attraverso i vetri. Diventa perciò importante attenuare l’energia associata a tale irraggiamento, in particolare per ridurre i costi del condizionamento.

La soluzione più attuale del problema consiste nell’adozione dei vetri "riflettenti", così denominati perché riflettono verso l’esterno della vetrata una notevole frazione dell’energia solare incidente. Si ottiene così un buon isolamento termico, e parallelamente si ha anche una notevole attenuazione della luminosità dell’ambiente. Tali vetri vengono ottenuti con un processo di deposizione fisica sotto vuoto (sputtering magnetico) di film sottili di metalli e ossidi metallici sulla superficie del vetro. A seconda del materiale di rivestimento utilizzato si può realizzare una gamma di colori quali argento, blu, oro, bronzo o verde.

Le proprietà dei rivestimenti fin qui esaminati sono fisse, e non possono perciò soddisfare l’esigenza di dosare l’irraggiamento solare a seconda delle necessità. Attualmente è in corso un’intensa attività di ricerca che ha come scopo la realizzazione di finestre "intelligenti", capaci cioè di controllare il passaggio della luce entro un ampio intervallo, rendendo così superfluo l’uso di tapparelle, tende o veneziane.

Ciò è possibile in quanto esistono dei materiali detti "elettrocromici", cioè che variano di colore (e quindi di trasparenza alle radiazioni) per inserimento o estrazione di ioni mobili. Il più noto di tali materiali è l’ossido di tungsteno, la cui trasmittanza può variare dal 10 all’80% al variare del campo elettrico applicato.

Con un po’ di fantasia si può immaginare una persona comodamente seduta in poltrona che con un telecomando in mano possa, tramite impulsi elettrici applicati, colorare o scolorare a piacere la vetrata della stanza dal blu notte al chiaro del giorno. Anche l’isolamento termico potrà essere variato entro ampi limiti.

Un aspetto fondamentale dell’impiego del vetro in edilizia è quello della sicurezza e della protezione. La tendenza in atto è verso un impiego sempre più diffuso del vetro stratificato, ottenuto dall’accoppiamento di almeno due lastre di vetro con l’interpolazione tra esse di un foglio sottile di plastica trasparente. Questo foglio deve presentare un’elevata aderenza al vetro e un allungamento elevato prima di lacerarsi. La pellicola di plastica conferisce al vetro un’eccezionale resistenza all’urto, che può essere ulteriormente accresciuta creando una vetrata multipla, cioè aumentando il numero di lastre tra cui è inserito il foglio di plastica.

Il vetro stratificato assorbe l’energia d’impatto e rimane nella sua posizione originale impedendo la penetrazione dei corpi contundenti. Inoltre, un’eventuale rottura resta localizzata ed i frammenti di vetro formatisi rimangono aderenti alla plastica, annullando la pericolosità connessa alla formazione di schegge. Proprio per tali motivi il vetro stratificato viene classificato come vetro di sicurezza.

Per un approfondimento su questi argomenti si consiglia la lettura del capitolo 9 del libro "Manuale dei Materiali per l'Ingegneria", AIMAT, Autori Vari, Ed. McGraw Hill Libri Italia, Milano, 1996.