Noticias

Sep 13, 2023

Las ventanas inteligentes que protegen de la radiación solar pueden ayudar a reducir los gases de efecto invernadero

1 de septiembre de 2021

1 de septiembre de 2021

por la Sociedad Fraunhofer

Los investigadores de Fraunhofer han desarrollado un revestimiento inteligente para ventanas de vidrio que se oscurece con el sol. Este utiliza materiales electrocrómicos y termocrómicos que reaccionan a la electricidad y al calor. En edificios con grandes fachadas de vidrio, evita que las habitaciones se calienten demasiado debido a la radiación solar, lo que reduce la demanda de aire acondicionado que consume mucha energía.

El sector de la construcción es uno de los mayores emisores de gases de efecto invernadero. Según la Agencia Ambiental Alemana, los edificios son responsables de alrededor del 30 por ciento de las emisiones de CO2 del país y del 35 por ciento de su consumo de energía final. Los edificios con grandes fachadas y techos de vidrio son particularmente problemáticos, como las torres de oficinas que dominan las ciudades modernas. Se calientan con el sol, especialmente en verano. Sin embargo, el uso de persianas y persianas para proporcionar sombra a menudo es impopular, ya que restan valor al atractivo estético del vidrio y perturban la vista exterior. En cambio, el interior se enfría con aire acondicionado, lo que requiere enormes cantidades de electricidad y aumenta la huella de carbono del edificio.

El Instituto Fraunhofer para la Investigación de Silicatos ISC en Würzburg y el Instituto Fraunhofer para Electrónica Orgánica, Haz de Electrones y Tecnología de Plasma FEP en Dresden han desarrollado una solución sofisticada para este problema. En el proyecto Switch2Save, los investigadores han estado trabajando en revestimientos transparentes para ventanas y fachadas de vidrio utilizando materiales electrocrómicos y termocrómicos. Estos agregan un tinte oscuro variable y transparente al exterior de las ventanas, lo que mantiene las habitaciones frescas. Los Institutos Fraunhofer se han asociado con universidades y socios industriales en seis países de la UE para este proyecto de investigación financiado por la UE.

"El recubrimiento electrocrómico se aplica a una película conductora transparente que luego se puede "encender". La aplicación de un voltaje eléctrico desencadena la transferencia de iones y electrones, lo que oscurece el recubrimiento y tiñe la ventana. Por otro lado, el recubrimiento termocrómico funciona pasivamente. Cuando se alcanza una cierta temperatura ambiente, refleja la radiación de calor del sol ", explica el Dr. Marco Schott, Gerente de Grupo de Sistemas Electrocrómicos en Fraunhofer ISC.

Con elementos electrocrómicos, los sensores pueden usarse para medir factores como el brillo y la temperatura, enviando los resultados a los sistemas de control. Esto envía un pulso de corriente o voltaje a la película conductora, provocando que la ventana se oscurezca. La superficie del vidrio se oscurece gradualmente cuando la temperatura o el nivel de brillo son demasiado altos. Esto evita que las habitaciones se sobrecalienten y reduce la necesidad de aire acondicionado, lo que es particularmente útil en climas más soleados y edificios con grandes fachadas acristaladas. También sirve como protección antideslumbrante en días soleados. En días nublados y por la noche, las ventanas se mantendrán en estado brillante.

Los investigadores de Fraunhofer también han pensado en la idoneidad de la tecnología para el uso diario. "Las ventanas no se oscurecen de repente, sino que se tiñen gradualmente durante unos minutos", explica Schott. El consumo de energía es muy bajo. En circunstancias óptimas, la película electrocrómica solo requiere electricidad para el proceso de cambio y un voltaje muy bajo es suficiente para iniciar el proceso de teñido. Los materiales termocrómicos no requieren electricidad en absoluto, sino que reaccionan pasivamente al calor generado por el sol. Se pueden utilizar para complementar un sistema conmutable o como alternativa, cuando no se requiere una solución conmutable.

Switch2Save promete grandes ahorros de energía en áreas donde las temperaturas exteriores son altas, es decir, en las regiones del sur, al reducir el uso de sistemas de aire acondicionado o eliminarlos por completo. El Dr. John Fahlteich, coordinador del proyecto Switch2Save y director del grupo de investigación de Fraunhofer FEP, explica: "En las regiones cálidas de Europa, la demanda de energía de refrigeración y calefacción de los edificios modernos se puede reducir hasta en un 70 por ciento". Los ahorros no son tan grandes en las regiones más frías del norte, pero los sistemas también podrían usarse aquí como protección antideslumbrante contra la luz solar directa.

En principio, la combinación de capas electrocrómicas y termocrómicas en una ventana compuesta ofrece la mayor flexibilidad posible. Al usar esto, los arquitectos y desarrolladores pueden proporcionar soluciones individuales para una variedad de regiones y edificios. “Estamos en proceso de instalar la tecnología en la Clínica Pediátrica del segundo hospital más grande de Grecia, en Atenas, y en un edificio de oficinas en Uppsala, Suecia. En ambos edificios, se monitoreará y comparará el consumo de energía durante todo un año. tanto antes como después de la instalación de las nuevas ventanas. Al hacer esto, podemos demostrar el rendimiento de la vida real de la tecnología Switch2Save y podemos continuar probando y perfeccionando la tecnología para diferentes zonas climáticas", dice Fahlteich.

Los investigadores también han resuelto desafíos para la fabricación. El recubrimiento electrocrómico se aplica a un sustrato de película a base de polímero. El recubrimiento termocrómico, por otro lado, utiliza un sustrato de vidrio delgado. Los procesos de recubrimiento al vacío y químicos húmedos se utilizan en un sistema de fabricación rollo a rollo rentable. A continuación, los componentes intercambiables se laminan al vacío sobre una hoja de vidrio de ventana de 4 mm de espesor, que se integra a continuación en una unidad de vidrio aislante. El proceso de recubrimiento también es económicamente factible a escala industrial. Los elementos conmutables electrocrómicos y termocrómicos tienen solo unos 100 μm de espesor y menos de 500 g por metro cuadrado. Por lo tanto, apenas añaden peso a las ventanas, lo que significa que pueden adaptarse a edificios existentes sin necesidad de modificar la estructura del edificio.

El consorcio del proyecto está trabajando actualmente para mejorar aún más la tecnología. Por ejemplo, el equipo de expertos está investigando cómo se pueden combinar elementos electrocrómicos y termocrómicos en una ventana compuesta para aprovechar aún mejor el potencial de la tecnología. Otros objetivos de investigación incluyen adaptar el revestimiento a las formas de vidrio curvo y agregar más colores a las opciones existentes de azul y gris.

El calentamiento global y los objetivos del Acuerdo Verde Europeo aumentarán significativamente la demanda de tecnología de construcción energéticamente eficiente en los próximos años, y se espera que todos los edificios de la UE sean neutrales en carbono para 2050. Las ventanas electrocrómicas y termocrómicas de la UE El proyecto Switch2Save puede hacer una importante contribución a esto.