Vetri elettrocromici per finestre di casa: come funzionano
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Cosa sono i vetri elettrocromici per finestre
I vetri elettrocromici sono vetrate dinamiche capaci di modificare la propria trasmissione luminosa quando ricevono un comando elettrico.
Il vetro può passare da uno stato relativamente chiaro a uno progressivamente più scuro, riducendo contemporaneamente la quantità di luce e di energia solare che attraversa la finestra.
La differenza rispetto a un vetro tradizionale a controllo solare è proprio la possibilità di modificare il proprio stato in funzione della luce durante la giornata.
Finestre con vetri a tecnologia elettrocromica - Innoptec srl
Questa peculiarità del vetro consente di ridurre l'abbagliamento senza abbassare una tapparella o chiudere completamente una tenda.
La vista verso l'esterno rimane generalmente disponibile anche nello stato scuro, sebbene con luminosità e percezione dei colori differenti rispetto alla configurazione chiara.
Non bisogna però dimenticare che controllo solare, oscuramento delle finestre notturno, privacy, sicurezza e protezione dagli agenti atmosferici sono esigenze differenti.
Come cambia colore il vetro elettrocromico
All'interno della vetrata elettrocromica è presente un sistema di sottilissimi strati funzionali depositati sul vetro.
Quando viene applicata una piccola tensione elettrica, ioni ed elettroni si spostano tra questi strati generando una variazione delle loro proprietà ottiche.
Il vetro assume così una colorazione più intensa e lascia passare una quantità inferiore di radiazione.
Invertendo il processo, gli ioni ritornano verso la configurazione iniziale e il vetro torna progressivamente allo stato più chiaro.
L'elemento attivo rimane integrato nella vetrata e la modifica avviene all'interno della sua struttura.
I sistemi possono prevedere più stati intermedi: il controllo può selezionare livelli differenti in funzione dell'irraggiamento, dell'orientamento e delle preferenze degli occupanti.
Il vetro elettrocromico rimane trasparente anche quando diventa scuro
Una caratteristica importante dell'elettrocromismo applicato alle finestre è che la riduzione della trasmissione luminosa non coincide normalmente con la perdita della trasparenza.
Guardando attraverso il vetro oscurato è ancora possibile vedere il paesaggio esterno, anche se l'immagine appare più scura.
Nella foto seguente di Innoptec srl struttura del vetro elettrocromico.
Dettaglio vetro SPD - Innoptec srl
Si tratta di una differenza sostanziale rispetto ai vetri commutabili utilizzati soprattutto per la privacy.
I cosiddetti vetri privacy basati su altre tecnologie possono passare da trasparenti a traslucidi, impedendo di distinguere chiaramente ciò che si trova dall'altra parte.
Il vetro elettrocromico destinato al controllo solare ha invece un altro obiettivo: conservare il rapporto visivo con l'esterno mentre diminuisce la radiazione che attraversa la finestra.
Per questo può essere particolarmente interessante su vetrate panoramiche, grandi scorrevoli.
Il vetro elettrocromico riduce il calore solare che entra in casa
Durante una giornata soleggiata una parte importante dell'energia arriva direttamente attraverso la radiazione solare, quindi, dalle finestre.
Il parametro utilizzato per descrivere questa componente è il fattore solare della vetrata, spesso indicato nelle documentazioni tecniche come valore g oppure, secondo altri sistemi di classificazione, come SHGC.
Un valore più basso corrisponde generalmente a una minore quantità di energia solare che arriva nell'ambiente attraverso il serramento.
La particolarità della vetrata elettrocromica consiste nel poter modificare questo comportamento: quando il vetro si scurisce, diminuisce non soltanto la quantità di luce visibile ma anche l'apporto di calore solare.
Questo può ridurre il carico termico degli ambienti, riducendo la necessità di intervenire con la climatizzazione.
L'effetto deve comunque essere valutato sull'intero sistema:
- superficie delle finestre
- esposizione
- clima
- isolamento dell'edificio
- ombreggiamenti esterni
- caratteristiche del vetrocamera.
La combinazione di questi fattori è ciò che determina comfort e consumi energetici.
Vetri elettrocromici: trasmissione luminosa e controllo del calore, differenze
Quando si confrontano due vetri è importante non osservare soltanto quanto appaiano scuri.
La trasmissione luminosa descrive la quantità di luce visibile che attraversa la vetrata.
Il fattore solare riguarda invece l'energia solare complessivamente trasferita verso l'interno.
I due parametri sono collegati, ma non coincidono.
Una soluzione ben progettata è quella che riduce sufficientemente il carico solare senza rendere inutilmente buio l'ambiente.
Ad esempio, se una vetrata viene mantenuta troppo scura per molte ore, può diminuire il ricorso alla climatizzazione ma aumentare la necessità di accendere l'illuminazione artificiale.
La gestione dinamica consentita dai vetri elettrocromici permette proprio di evitare, almeno in parte, una scelta permanente tra una finestra molto trasparente e una fortemente selettiva.
Vetri elettrocromici e riduzione dell’uso delle tende contro il sole
Una tenda interna viene spesso utilizzata quando il sole diretto raggiunge divano, televisore, tavolo o postazione di lavoro.
Il problema è che per eliminare il fastidio si finisce frequentemente per chiudere una porzione molto ampia della finestra, perdendo contemporaneamente luce naturale e vista.
Perfetta gestione di luce naturale e calore con le finestre elettrocromiche - Switcho
Il vetro elettrocromico, come nella foto sopra di Switcho, evita questo disagio in quanto interviene sulla radiazione direttamente nella vetrata.
In una zona giorno con una grande vetrata occidentale, per esempio, il sistema può mantenersi relativamente chiaro durante la mattina.
Successivamente, nel pomeriggio, quando il sole raggiunge direttamente la facciata, il vetro aumenta gradualmente la colorazione.
Il soggiorno continua a ricevere luce naturale e il panorama rimane visibile, mentre vengono limitati l'abbagliamento e il guadagno solare.
Un vetro scuro non garantisce la privacy serale
Di giorno una vetrata scura può rendere meno evidente l'interno quando all'esterno è molto più luminoso.
Non bisogna però considerare questo effetto equivalente a una vera schermatura per la privacy.
Nelle ore serali, infatti, il rapporto luminoso può invertirsi.
Con le luci della casa accese e l'esterno buio, l'interno può rimanere visibile attraverso una vetrata che conserva la trasparenza, anche se si trova nello stato più scuro.
Per impedire completamente la vista dall'esterno durante la notte, è utile ricorrere a tende o a una schermatura mobile.
Lo stesso principio vale per la camera da letto: ridurre fortemente la luce solare non equivale necessariamente a ottenere il buio richiesto per dormire.
Vetri elettrocromici e tapparelle svolgono funzioni differenti
Una tapparella esterna non serve soltanto a controllare la luce.
Quando è chiusa può fornire oscuramento, privacy e una protezione aggiuntiva della finestra.
A seconda del sistema può inoltre contribuire al comportamento termico del vano e proteggere il serramento dall'irraggiamento diretto e da alcuni agenti atmosferici.
Classica tapparella esterna per oscuramento - Getty Images
Il vetro elettrocromico agisce invece principalmente sulle proprietà ottiche e solari della vetrata.
La possibilità di eliminare completamente tapparelle o persiane deve quindi essere valutata in base alle esigenze dell'abitazione.
In un soggiorno panoramico potrebbe essere accettabile affidare al vetro dinamico buona parte del controllo solare, mantenendo eventualmente soltanto tende leggere per la privacy.
In una camera da letto, invece, è opportuna una schermatura separata.
Non è quindi necessario scegliere una soluzione a discapito dell'altra: in alcuni ambienti il vetro elettrocromico può sostituire i sistemi tradizionali di oscuramento; in altri, può lavorare insieme a una schermatura utilizzata soltanto in determinate condizioni.
Efficacia della schermatura esterna contro il sole
Una persiana, una tenda da sole o un frangisole collocati all'esterno intercettano gran parte della radiazione prima che questa raggiunga la vetrata.
Si tratta di un vantaggio considerevole.
Il vetro elettrocromico interviene invece all'interno del sistema vetrato e il suo comportamento termico dipende dalla struttura specifica del vetrocamera e dal modo in cui viene gestita l'energia assorbita e trasmessa.
Per questo motivo non è corretto affermare che un vetro dinamico sia sempre termicamente superiore a qualsiasi schermatura esterna.
Vantaggi principali offerti dai vetri elettrocromici:
- integrare il controllo direttamente nella finestra
- non occupare lo spazio davanti alla vetrata
- nessuna esposizione al vento
- conservare la vista anche durante la regolazione solare.
Su facciate molto vetrate o in punti nei quali una schermatura tradizionale sarebbe difficile da installare, questi aspetti possono diventare determinanti.
Vetro elettrocromico: in quanto tempo diventa scuro
La trasformazione elettrocromica non è istantanea, ma avviene progressivamente.
La velocità dipende da:
- tecnologia utilizzata
- dimensioni della lastra
- temperatura del vetro
- caratteristiche del prodotto.
Questo comportamento non rappresenta necessariamente un limite nell'uso architettonico, perché la radiazione solare sulla facciata cambia generalmente in maniera prevedibile nel corso della giornata.
Un sistema automatico può iniziare a modificare il vetro prima che il sole diventi fastidioso, utilizzando sensori e logiche basate su posizione solare e condizioni esterne.
Diventa invece importante conoscere i tempi reali quando si pensa a un comando esclusivamente manuale.
Premere un pulsante aspettandosi che la finestra diventi istantaneamente scura come una tapparella può portare a una percezione errata della tecnologia.
Cambio di tonalità progressivo del vetro elettrocromico
Durante la transizione una superficie elettrocromica di grandi dimensioni può non assumere istantaneamente la stessa tonalità in ogni punto.
A seconda della tecnologia e del formato può essere temporaneamente visibile una progressione della colorazione.
Ambiente con finestre affiancate - Unsplash
Questo fenomeno va considerato soprattutto quando più pannelli sono affiancati.
Se una parete vetrata è composta da numerosi moduli, il sistema di controllo deve coordinare il loro comportamento in modo coerente con il progetto architettonico.
In alcuni sistemi è possibile comandare indipendentemente zone differenti della facciata.
Questa caratteristica può essere utile quando una parte è investita dal sole diretto mentre un'altra rimane in ombra.
Controllo manuale o automatico della colorazione del vetro elettrocromico
Il comando più semplice può essere costituito da un pulsante o da un pannello a parete: l'utente seleziona lo stato desiderato e il vetro modifica gradualmente la propria trasmissione.
Il controllo automatico permette però di sfruttare in modo più completo il carattere dinamico della finestra.
Sensori di luminosità o irraggiamento, informazioni sulla posizione solare e sistemi domotici possono decidere quando aumentare o ridurre la colorazione.
Una facciata orientata a est può quindi essere maggiormente protetta al mattino, mentre una esposta a ovest può scurirsi nelle ore pomeridiane.
Conviene sempre mantenere una possibilità di intervento manuale.
Il comfort visivo è soggettivo: una condizione considerata corretta dall'automazione potrebbe risultare troppo scura per chi sta leggendo oppure ancora troppo luminosa per chi guarda un monitor.
Dividere una finestra in zone con oscuramento diverso
Il controllo dinamico non deve necessariamente interessare tutta la superficie allo stesso modo.
Alcuni sistemi permettono di suddividere la vetrata in zone oppure di utilizzare pannelli indipendenti con stati differenti.
Questa possibilità è interessante perché il problema dell'abbagliamento non coincide sempre con quello dell'illuminazione naturale.
Grande scorrevole a tutta altezza - Cocif
La parte inferiore della finestra può trovarsi nella linea diretta tra sole e occhi dell'occupante, mentre quella superiore potrebbe continuare a fornire luce utile in profondità nella stanza.
Una gestione per zone consente invece di mantenere più chiara la porzione che contribuisce all'illuminazione e più scura quella investita dalla radiazione diretta.
Nelle abitazioni questa soluzione acquista interesse soprattutto con vetrate molto grandi e a tutta altezza, come nella foto sopra di COCIF.
Alimentazione elettrica dei vetri elettrocromici
La variazione di stato richiede un collegamento elettrico e un sistema di controllo.
I consumi per il funzionamento del vetro sono generalmente contenuti rispetto agli impianti principali dell'abitazione, ma il punto importante è un altro: la finestra non è più un componente esclusivamente edilizio.
Infatti, è al tempo stesso un serramento e un dispositivo elettrico controllato.
Devono quindi essere previsti cablaggi, alimentazione, centraline e collegamenti necessari al sistema scelto.
Questi elementi dovrebbero essere progettati prima della posa del serramento per evitare antiestetiche canaline visibili per portare i cavi alla finestra.
In una nuova costruzione è relativamente semplice coordinare predisposizioni elettriche, controtelaio e sistema domotico.
Nella sostituzione di finestre esistenti il percorso dei collegamenti diventa invece uno dei primi aspetti da verificare.
Funzionamento dei vetri elettrocromici se manca la corrente
Il comportamento in assenza di alimentazione dipende dalla tecnologia e dal sistema di controllo adottato.
Una caratteristica tipica dei dispositivi elettrocromici è la capacità di mantenere per un certo periodo lo stato ottico senza richiedere un'alimentazione continua paragonabile a quella necessaria durante una variazione.
Prima dell'acquisto, è opportuno chiedere al produttore:
- quale stato mantiene il vetro dopo un'interruzione elettrica
- come avviene il ripristino
- quale comportamento è previsto in caso di guasto della centralina.
La finestra deve continuare a svolgere la propria funzione di involucro anche quando l'elettronica necessita di assistenza.
Il vetrocamera continua a determinare l’isolamento termico
La capacità di diventare più o meno scuro non sostituisce le normali prestazioni richieste a una finestra.
Il vetro elettrocromico viene integrato all'interno di un sistema vetrato che può comprendere più lastre, intercapedini, gas, distanziatori e rivestimenti basso emissivi.
La trasmittanza termica del vetrocamera continua quindi a essere importante per limitare le dispersioni attraverso la finestra durante l'inverno e gli scambi per conduzione nelle altre stagioni.
Installazione finestra - Getty Images
Anche un vetro elettrocromico deve essere inserito in un serramento correttamente isolato.
Contano, quindi, telaio, profilo, distanziatore, dimensioni della superficie vetrata, nodo con il controtelaio e posa nella muratura.
Vantaggi dei vetri elettrocromici in base all'orientamento della finestra
Il beneficio non è identico su tutte le facciate.
Le vetrate esposte verso sud ricevono una radiazione con andamento differente rispetto a quelle orientate a est e a ovest.
Una finestra orientata a nord, ad esempio, riceve prevalentemente luce diffusa e quindi presenta esigenze di controllo solare molto inferiori..
Il vetro elettrocromico risulta quindi particolarmente interessante quando l'esposizione cambia notevolmente il carico solare nel corso della giornata o dell'anno.
Installarlo indiscriminatamente su tutte le finestre potrebbe non offrire lo stesso vantaggio.
Vantaggi della vetrata dinamica in inverno
Un vetro solare statico mantiene il proprio comportamento anche quando sarebbe utile lasciare entrare una maggiore quantità di radiazione.
La vetrata dinamica può invece ridurre la colorazione nelle condizioni favorevoli.
Durante una giornata invernale soleggiata può quindi essere mantenuta più chiara per utilizzare maggiormente luce naturale e, quando il progetto energetico lo rende conveniente, parte dell'apporto solare.
Quando il sole produce invece abbagliamento, il sistema può modificare nuovamente lo stato.
La capacità di adattamento stagionale è certamente l'aspetto più interessante di questa tecnologia.
Il colore del vetro cambia la percezione dell’ambiente
L'oscuramento elettrocromico non è necessariamente cromaticamente neutro.
Molte tecnologie assumono una tonalità più evidente nello stato scuro.
Colore, uniformità e resa della vista esterna dipendono dal prodotto.
La camera da letto e la zona giorno hanno diverse esigenze per gestione di luce e privacy notturna - Getty Images
Questo aspetto deve essere valutato su un campione reale, possibilmente in dimensioni sufficienti per comprenderne l'effetto.
Osservare una piccola porzione di vetro in esposizione non restituisce completamente la percezione di una parete vetrata di diversi metri quadrati.
Anche le finiture interne possono reagire diversamente alla luce filtrata.
Pavimenti, legni, pareti e tessuti possono apparire più freddi o più scuri quando la vetrata raggiunge gli stati di maggiore colorazione.
Posa dei vetri elettrocromici: è necessario il coordinamento tra serramentista ed elettricista
Una normale finestra necessita di un corretto nodo edilizio, mentre una finestra elettrocromica aggiunge collegamenti elettrici e componenti di controllo.
Pertanto, la sua progettazione deve coordinare:
- serramento
- vetrocamera
- alimentazione
- cablaggio
- sistema di comando.
I collegamenti non devono interferire con drenaggi e guarnizioni del telaio.
I cavi devono attraversare il nodo di posa senza creare percorsi indesiderati per acqua o aria e senza impedire future regolazioni della ferramenta.
Centraline, alimentatori e dispositivi di comando devono rimanere accessibili per la manutenzione.
È utile anche documentare il percorso dei cavi prima della chiusura delle finiture, soprattutto quando questi attraversano controtelai o velette.
Sostituire il solo vetro di una finestra esistente
In teoria l'intervento potrebbe sembrare semplice: rimuovere il vecchio vetrocamera e sostituirlo con uno elettrocromico.
In realtà, non è sempre possibile e per scoprirlo bisogna verificare diverse condizioni:
- spessore e peso del nuovo vetrocamera
- compatibilità con profilo, fermavetro, guarnizioni e ferramenta
- presenza di un passaggio sicuro destinato ai collegamenti elettrici.
Su un'anta apribile bisogna inoltre gestire il collegamento tra parte mobile e telaio fisso secondo il sistema specifico.
La sostituzione è generalmente più semplice quando viene progettato un nuovo serramento completo.
Vetri elettrocromici per grandi scorrevoli e vetrate panoramiche
Più aumenta la superficie trasparente, più diventa difficile controllare contemporaneamente panorama, abbagliamento e guadagno solare.
Un grande scorrevole tradizionale esposto a ovest può richiedere tende molto ampie.
Quando vengono chiuse, una delle ragioni principali per cui è stata realizzata la grande vetrata, cioè il rapporto con l'esterno, viene temporaneamente persa.
Il vetro dinamico permette invece di mantenere la superficie visivamente aperta.
Vetri elettrocromici e schermature esterne per il massimo comfort - Getty Images
Le grandi dimensioni richiedono però una progettazione molto accurata.
È necessario considerare:
- peso del vetrocamera
- formati disponibili
- suddivisione in moduli
- tempi di commutazione
- uniformità cromatica
- cablaggi.
Attenzione: valutare cosa accade quando due ante sovrapposte di uno scorrevole si trovano in stati cromatici differenti.
Vetri elettrocromici per lucernari e coperture vetrate
I sistemi oscuranti tradizionali diventano più complessi quando il vetro non è verticale.
Una finestra in copertura, un lucernario molto alto oppure una porzione di tetto vetrata possono ricevere un'intensa radiazione solare e contemporaneamente trovarsi in una posizione difficile da raggiungere.
Una schermatura esterna deve resistere a vento e pioggia e può richiedere meccanismi relativamente complessi.
Quindi, integrare il controllo solare direttamente nella vetrata elimina parti mobili esposte davanti al vetro.
Applicare il vetro elettrocromico alle finestre da tetto - Fakro
Questo non significa che ogni copertura debba utilizzare tecnologia elettrocromica.
La maggiore utilità emerge quando l'accessibilità ridotta rende poco pratici i sistemi di ombreggiamento tradizionali.
Nella foto sopra di Fakro finestre in mansarda.
Accessibilità per manutenzione della finestra elettrocromica
L'integrazione elettronica introduce componenti che una normale finestra non possiede, di conseguenza, è importante chiedersi già in fase di progetto cosa possa essere sostituito separatamente.
L'importanza di una manutenzione agevole delle finestre elettrocromiche - Cocif
Centralina, alimentatore, sensori e comandi dovrebbero essere accessibili senza intervenire sul vetrocamera.
Anche il sistema di automazione dovrebbe poter essere gestito nel tempo senza dipendere da dispositivi non più disponibili.
La durata prevista della finestra elettrocromica è generalmente molto superiore a quella di molti apparecchi elettronici domestici.
Valutazione: la possibilità di sostituire un alimentatore o aggiornare un comando senza smontare il serramento è un dettaglio molto più importante della presenza di un'app particolarmente sofisticata al momento dell'acquisto.
Cosa controllare prima dell’acquisto di una finestra elettrocromica
Prima di scegliere una vetrata elettrocromica, è necessario informarsi in merito a:
- prestazioni negli stati estremi e intermedi
- trasmissione luminosa
- comportamento rispetto al guadagno solare
- caratteristiche termiche dell'intero vetrocamera
- tonalità nello stato scuro
- tempi di transizione nelle condizioni previste
- dimensioni disponibili
- possibilità di suddividere la superficie in zone indipendenti.
Dal punto di vista dell'impianto servono informazioni su alimentazione, cablaggio, modalità di comando e comportamento in caso di interruzione elettrica.
Nel caso di un'abitazione esistente bisogna aggiungere la compatibilità con telaio e ferramenta e il percorso dei nuovi collegamenti.
Quando scegliere vetri elettrocromici al posto delle schermature tradizionali
I vetri elettrocromici risultano particolarmente interessanti quando si vuole mantenere un rapporto visivo continuo con l'esterno e contemporaneamente controllare condizioni solari molto variabili.
Grandi vetrate, facciate panoramiche, finestre difficili da schermare e coperture trasparenti sono situazioni nelle quali l'assenza di tende o frangisole davanti al vetro può offrire un vantaggio concreto.
La scelta deve essere ponderata in base all'intero sistema: orientamento, superficie vetrata, vetrocamera, telaio, automazione, impianto elettrico e necessità di privacy.
La tecnologia permette alla finestra di adattare luce e apporto solare senza perdere necessariamente la trasparenza, ma non trasforma il vetro in una tapparella invisibile.
Il vantaggio più interessante non consiste nell'eliminare a ogni costo tende e persiane, ma nel non essere più costretti a chiudere la finestra alla vista ogni volta che occorre controllare il sole.
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