Le forze che agiscono sugli edifici (clima, energia, informazioni, fattori ambientali biofisici, agenti umani) incidendo in modo determinante sulle loro performance, non sono statiche e fisse ma transitorie e in perenne mutazione. Ciò ha importanti implicazioni per la concezione e progettazione dell'involucro edilizio, che deve trascendere il ruolo di semplice azione protettiva che separa l'interno dall'esterno e divenire un sistema complesso selettivo e polivalente in sintonia con la variabilità dei fattori in gioco. Gli sviluppi scientifici più recenti sulle proprietà chimico-fisiche dei materiali, e - in modo interdisciplinare - nei campi della progettazione tecnologica ambientale, della elettrostatica, microelettronica, micromeccanica, nanotecnologia, ottica, fluidodinamica e informatica hanno aperto potenzialità e scenari completamente nuovi per la progettazione di involucri denominabili "Variable Property Envelops".
Si stanno sperimentando e adottando, con maggiore frequenza ma senza un quadro di riferimento, nuovi materiali performanti, sensori e attuatori che supportano operazioni e funzionalità dinamiche, come la regolazione della luce di un edificio, la trasmissione di aria e suono, il trasferimento termico e la qualità dell'aria interna. Il programma di ricerca si colloca nell'ambito degli studi innovativi e sperimentali dei VPE, con l'obiettivo di affrontare le problematiche in gioco attraverso la ricerca sui sistemi di involucro capaci, come il corpo umano, di interagire dinamicamente con l'ambiente esterno garantendo output variabili al variare degli input esterni e interni. Tale ottica, propria del "Green Building Approach", sta radicalmente trasformando il modo in cui si affronta la progettazione degli edifici, determinando la necessità di fornire un quadro di strumenti ai progettisti e alle PMI - il risultato atteso della proposta - per articolarne la complessa serie di informazioni e supportarne lo sviluppo degli aspetti tecnologico-progettuali.
Le principali linee d'innovatività della proposta di ricerca si pongono nel solco dello sviluppo delle strategie di azione dell'UE e italiane per la competitività, l'innovazione tecnologico-ambientale e la mitigazione del clima. I principali riferimenti d'innovatività in questo senso sono la coesione Politica 2014-2020, la politica regionale che contribuisce alla crescita intelligente in Europa 2020 SEC(2010)1183, la strategia europea di tecnologia abilitante (COM/2012/341) e la ricerca nazionale italiana Programma 2015-2020(NRP). Questi documenti hanno l'obiettivo comune di migliorare la capacità del sistema dell'UE nello sviluppo dell'innovazione della ricerca, e nel promuovere la concorrenza delle PMI su scala globale verso l'economia a basse emissioni di carbonio e verde.
Il principale contributo sull'avanzamento delle conoscenze rispetto allo stato dell'arte è la costituzione di un supporto tecnico-scientifico, oggi carente e per certi versi mancante, all'impiego efficace ed efficiente, da parte dei progettisti e delle PMI del settore delle costruzioni, delle componenti VPM di involucri del tipo "Variable Property Envelop" più significative e promettenti per gli sviluppi del prossimo futuro, con particolare riferimento alle tipologie di:
- componenti fotocromici, termocromici ed eletrocromici capaci di interagire con gli effetti termici dei fattori ambientali quali il soleggiamento e la ventilazione mutando in tempo reale da una configurazione trasparente a una opacizzata;
- 'materiali a cambiamento di fase' (PCM Phase Change Materials), capaci di modificare il proprio stato chimico-fisico da solido a liquido ad aeriforme e viceversa, a seconda della quantità di calore assorbita che diventa 'calore latente' nei periodi caldi e 'calore ceduto' nei periodi freddi;
- componenti traslucidi di 'Aerogel', la categoria dei materiali artificiali più leggera al mondo, pesante solo quattro volte l'aria, con una trasmittanza termica incredibilmente bassa;
- materiali a base di 'gel dinamico', capace di opacizzarsi all'aumentare del calore (solitamente, ma non esclusivamente, impresso sull'involucro dall'irraggiamento solare);
- componenti 'traslucidi dinamici' ad elevata capacità d'isolamento termico (TIM Transparent Insulating Materials) nella loro duplice applicabilità 'dinamica' su involucri massivi opachi o su involucri semiopachi ad elevata capacità di diffusione della luce;
- tinte e vernici 'cromaticamente variabili' a seconda dell'irraggiamento solare incidente nella sua componente termica;
- vetri 'dielettrici' che, sono in grado di produrre polarizzazioni elettriche di tipo ionico, elettronico, di orientazione o di carica spaziale nella componente d'involucro in cui sono impiegati;
- vetri 'prismatici dinamici', in grande sviluppo nel campo della regolazione della cosiddetta 'selettività angolare' dei raggi solari orientata a produrne il ri-direzionamento a seconda dei momenti della giornata e dell'anno;
- 'isolamenti con conduttanza variabile' (VCI Variable Conductance Insulation), che possono ampliare lo scambio termico regolato dalla superficie esterna;
- 'vetri con grado di trasmittanza variabile' (VTG Variable Trasmittance Glas) e i 'diodi a convezione variabile' (VCD Variable Convection Diodes).
- pareti 'solari ad aria dinamiche' (come i Dynamic Trombe Walls), capaci di imprimere ai caratteri prestazionali consolidati dei muri solari passivi la capacità di interagire in tempo reale con le dinamiche mutazionali dei fattori ambientali, in primis quelle del soleggiamento nel corso della giornata e delle stagioni;
- lucernai e camini solari e di ventilazione 'integrati dinamici', quali sistemi tecnologici evoluti di copertura in grado di muoversi 'inseguendo' o 'assecondando' le condizioni ambientali con le quali sono deputati a interagire;
- pareti d'acqua 'dinamiche', orientate a offrire l'interazione con l'acqua per finalità bioclimatiche e di regolazione termica variabili a seconda dei momenti della giornata o dei periodi dell'anno;
- involucri integrati con attuatori e micromotori, collegati potenzialmente sia all'azione e alla regolazione degli utenti sia a reti di Building Management System.
In ultima analisi, produrre un innovativo supporto (il prodotto descritto al punto "Risultati attesi") per progettisti e imprese finalizzato all'impiego corretto ed efficace di Variable Property Envelops potrà creare le condizioni per considerare gli involucri architettonici del futuro come sistemi di autocontrollo, capaci di dimostrarsi fortemente dinamici, con caratteristiche tecnologiche, configurazionali e prestazionali variabili a seconda del mutare delle condizioni microclimatiche esterne e dei caratteri, delle funzioni, delle esigenze, della cultura stessa dei fruitori degli spazi che esso confina; proprio come la pelle dell'uomo fa nella sua insuperabile azione di selezione, filtro, mediazione che esercita tra condizioni ambientali esterne ed esigenze metaboliche interne del nostro organismo.