Concept

Fig. 26 Schema che indica il posizionamento del prototipo NBT all’interno dell’abitacolo.

abbassando le temperature all’interno dell’abitacolo, e di risorse, riciclando materiali caratterizzati da elevati impatti ambientali nella fase di produzione.

L’obiettivo generale che si vuole raggiungere con questo prototipo è il miglioramento dei livelli di comfort termico all’interno degli autoveicoli nel periodo estivo, andando a mitigare l’impatto dell’irraggiamento solare nelle ore di picco e a mantenere una temperatura interna costante, grazie alle proprietà di accumulo termico del materiale a cambiamento di fase.

A questo potenziale beneficio, si affianca una prospettiva futura. In vista dello sviluppo verso una mobilità sostenibile, che prevede la diminuzione delle emissioni in atmosfera per mezzo della sostituzione dei veicoli alimentati a combustibili fossili con le auto elettriche, il tema dell’autonomia dei veicoli è cruciale. Si riscontra, infatti, che la limitata autonomia delle batterie delle auto elettriche è uno dei maggiori svantaggi, che le vede ancora sfavorite rispetto ai veicoli tradizionali. L’impiego di questo nuovo materiale composito nell’abitacolo potrà ridurre la temperatura interna e, di conseguenza, la potenza impiegata per il condizionamento dell’ambiente durante la stagione estiva, con un aumento di autonomia del veicolo elettrico e della sua competitività sul mercato.

La possibile applicazione dei PCMs nel campo dell’automotive non è una scoperta recente. Infatti, esistono numerose ricerche che indagano le possibilità di integrare questi materiali all’interno delle automobili, per svolgere numerosi compiti. Tra le più comuni si evincono la ricerca per la gestione della temperatura delle batterie nei veicoli elettrici (BEV) e quella per la climatizzazione della cabina in autovetture che adottano la tecnologia stop & start.

La prima è indirizzata verso la risoluzione dei problemi di autonomia delle auto elettriche alimentate a batteria. Uno degli inconvenienti che aumenta il deterioramento precoce delle batterie agli ioni di litio è il loro

surriscaldamento. Il PCM può assorbire il calore in eccesso e ridurre i picchi, proteggendo le batterie dal calore diretto e indiretto. Il secondo campo di ricerca sfrutta la capacità del PCM di immagazzinare calore nel momento in cui la macchina, durante una breve sosta, si ferma. La sospensione dell’auto, infatti, comporta anche l’arresto del compressore dell’aria condizionata. Per mantenere un livello di comfort all’interno della cabina, si utilizza un PCM a punto di fusione più basso della temperatura ambiente, che fonde non appena il motore viene spento e l’aria calda del motore viene pompata all’interno dell’abitacolo.

Come affermato in precedenza, anche questa ricerca mira a ridurre il carico termico all’interno dell’abitacolo, per migliorare il comfort dei passeggeri. Come si evince da altre ricerche effettuate sullo stesso campo,⁴⁹ l’inserimento della tecnologia dei materiali a cambiamento di fase all’interno dell’autovettura comporta un risparmio sui consumi di elettricità e carburante impiegati nell’impianto di raffrescamento e riscaldamento. Il controllo termico attraverso i PCM avviene in modo passivo, senza che venga indotto e mantenuto elettricamente.

In questo modo, il comfort è mantenuto in modo continuativo, evitando i picchi di riscaldamento e raffrescamento che il passeggero subisce durante un tragitto.

In alcune indagini sul comfort termico nell’abitacolo, si evidenzia che l’ambiente interno di un’autovettura non può essere assimilato a quello di un edificio, che mantiene pressoché stazionaria la sua temperatura. Un veicolo in movimento, invece, subisce repentini cambi di temperatura in condizioni transitorie, richiedendo continui apporti di energia per mantenere la condizione termica ottimale per il guidatore e gli altri passeggeri.

Per valutare un sistema che mitighi gli stress termici in una vettura, è stato necessario concentrare l’analisi sulle condizioni estive. L’elevata temperatura dell’aria esterna e la radiazione solare incidente nelle ore di picco solare possono essere la causa di un grave disagio termico, che distoglie l’attenzione del guidatore dalla strada.

Le temperature più alte in periodo estivo si registrano quando la macchina è parcheggiata all’aperto e quando è in movimento, raggiungendo valori interni superiori ai 60° C, molto al di sopra della soglia di comfort situata intorno ai 25 - 26° C. Ciò è dovuto alla presenza della radiazione solare diretta, che penetra nell’abitacolo attraverso le superfici trasparenti del parabrezza e dei finestrini, rimanendo in parte intrappolata nell’abitacolo e

49 B. H. Pause, Thermal control of automotive interiors with phase change material, cod. US20040154784A1, Longmont (2004), p. 2.

surriscaldando aria e superfici, che trasmettono a loro volta calore per conduzione, convezione e irraggiamento ai passeggeri.

Partendo da queste osservazioni, si delinea l’obiettivo del prototipo, che mira ad ottenere un duplice vantaggio: la riduzione dei consumi dovuti all’accensione dell’impianto di raffrescamento durante le brevi soste e la riduzione del discomfort causato dalla percezione di temperature differenti sul corpo umano, che si verifica quando si aziona il getto d’aria del condizionatore.

Nei capitoli successivi verrà presentato il prototipo oggetto di studio: la sua composizione, la preparazione e le osservazioni sul suo comportamento. È stato proposto un materassino di poliuretano riciclato di 5 cm di spessore, con percentuali differenti di paraffina al suo interno, che verrà poi messo in sottovuoto per essere ridotto ad uno spessore di 3 cm ed essere indagato termicamente. Dei tre campioni ottenuti verranno poi analizzate le prestazioni termiche, attraverso l’impiego di uno strumento che misura il flusso di calore che attraversa il prototipo, per determinarne la conducibilità termica (λ) e l’entalpia in funzione della temperatura (h).