Un gruppo di ricercatori della Drexel University ha creato un sistema di isolamento termico che si integra direttamente nel cemento degli edifici. Il progetto si ispira alla fisiologia degli elefanti e prevede una rete di micro-canali vascolarizzati contenenti materiali capaci di assorbire e rilasciare calore senza bisogno di energia elettrica o impianti meccanici. Questa idea potrebbe cambiare il modo in cui gli edifici gestiscono il caldo e il freddo, riducendo la dipendenza da riscaldamento e condizionamento tradizionali.
Il principio di isolamento ispirato alla fisiologia degli elefanti
Gli elefanti regolano la loro temperatura corporea attraverso una rete di vasi sanguigni molto sviluppata nelle orecchie. Quando si riscaldano, il sangue affluisce sulla superficie, permettendo la dispersione del calore e una sorta di raffreddamento naturale. I ricercatori hanno riprodotto questo meccanismo all’interno del materiale cementizio degli edifici, inserendo una rete di micro-canali che contengono materiali a cambiamento di fase , come la paraffina.
Come funziona il materiale a cambiamento di fase
Questi materiali si riscaldano solidificandosi o liquefacendosi a determinate temperature, accumulando o rilasciando energia termica in modo naturale. Così, quando la temperatura esterna sale, il cemento accumula il calore, limitando il surriscaldamento interno, mentre quando l’aria si raffredda il calore immagazzinato si libera lentamente, mantenendo stabile la temperatura interna. Questo processo non richiede fonti di energia né parti mobili, essendo un sistema passivo integrato nei componenti strutturali.
Il professor Amir Farnam, responsabile del laboratorio AIM alla Drexel, spiega che l’idea nasce proprio dalla capacità degli elefanti di regolare la temperatura tramite evaporazione e circolazione del sangue. La rete vascolare nel cemento agisce allo stesso modo, adattandosi in tempo reale alle variazioni climatiche.
Ridurre la dispersione energetica negli edifici con superfici termoregolatrici
Gli edifici consumano circa il 40% dell’energia globale, gran parte dovuta al riscaldamento e al raffrescamento. Le superfici come pareti, finestre e soffitti rappresentano il punto principale di dispersione termica, arrivando fino al 63% della perdita totale di calore. Nuove soluzioni di isolamento cercano da anni di limitare questo fenomeno, ma non sempre riescono a mantenere un equilibrio tra isolamento e funzioni architettoniche come luminose superfici vetrate.
Sfida delle ampie vetrature negli edifici moderni
Rhythm Osan, giovane ricercatore coinvolto nello studio, evidenzia il problema delle ampie vetrature negli edifici moderni. Sebbene indispensabili per la luce naturale, riducono fortemente l’efficacia isolante. Il nuovo sistema vascolarizzato integrato nel cemento fornisce un controllo termico diretto sulle superfici, supportando il mantenimento della temperatura ambiente senza appesantire la struttura con impianti aggiuntivi.
Questa tecnologia consente di far “respirare” l’edificio, riducendo la dipendenza dai sistemi di riscaldamento e raffrescamento meccanici e i relativi consumi energetici, con benefici in termini di costi e sostenibilità ambientale.
Struttura e performance del sistema vascolarizzato nel cemento
Il sistema è stato realizzato impiegando una matrice polimerica stampata in 3D, che crea una griglia interna di micro-canali nel calcestruzzo. Dopo aver sciolto il polimero, i canali vuoti vengono riempiti con materiali PCM a base di paraffina, scelti per attivarsi a temperature specifiche.
Configurazioni testate e prestazioni termiche
Tra le diverse configurazioni testate, quella con griglia a losanga ha mostrato la migliore combinazione di resistenza meccanica e capacità termica. Questa disposizione mantiene la temperatura superficiale stabile, con fluttuazioni contenute fra 1 e 1,25 °C all’ora. Simili risultati riducono in modo significativo la necessità di interventi meccanici per regolare il clima interno.
L’aggiunta di aggregati fini ha permesso di rafforzare la compattezza e la durabilità del cemento senza intaccare la funzione isolante. Nel complesso, si tratta di un materiale che si integra completamente nella struttura portante, offrendo prestazioni termiche avanzate senza compromettere la solidità.
Prospettive per l’edilizia sostenibile e futura applicazione commerciale
Questa innovazione potrebbe rappresentare un passo avanti nella costruzione di edifici più sostenibili, introducendo superfici capaci di rispondere attivamente alle variazioni climatiche senza investimento energetico aggiuntivo. Robin Deb, scienziato del team di ricerca, sottolinea il ruolo di questo sistema come “vascolarizzazione” passiva dell’edificio, che contrasta le oscillazioni termiche e diminuisce il carico sugli impianti HVAC.
I prossimi sviluppi prevedono test su scala più ampia, con differenti materiali PCM e configurazioni di micro-canali, per adattare il sistema a variazioni di clima e tipologie edilizie diverse. L’obiettivo è portare questa tecnologia a un livello di produzione pronto per il mercato, aprendo nuove strade per l’efficienza energetica degli edifici.
La ricerca, pubblicata nel 2025 sul Journal of Building Engineering, segna un’interessante evoluzione nella concezione dei materiali da costruzione e nel modo di pensare l’isolamento termico, proponendo un approccio integrato e totalmente passivo per migliorare il comfort abitativo.
