El revestimiento de vidrio inteligente enfría los edificios de vidrio
La industria de la construcción es uno de los mayores emisores de gases de efecto invernadero. Según la Agencia Ambiental Alemana, los edificios representan alrededor del 30 por ciento de las emisiones de CO2 del país y el 35 por ciento de su consumo de energía. Los edificios con grandes fachadas y techos de vidrio, como los edificios de oficinas que dominan las ciudades modernas, son particularmente problemáticos. Se calientan con el sol, especialmente en verano. Sin embargo, el uso de persianas y persianas para dar sombra es generalmente indeseable porque restan valor a la estética del vidrio e interfieren con las vistas al exterior. En cambio, el interior se enfría con aire acondicionado, lo que requiere mucha 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 Tecnología de Plasma, Haz de Electrones y Electrones Orgánicos FEP en Dresden han desarrollado una solución compleja a esta pregunta. 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 tono oscuro variable y transparente al exterior de la ventana, manteniendo la habitación fresca. El Instituto Fraunhofer ha colaborado con socios universitarios e industriales en seis países de la UE en 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 desencadena la transferencia de iones y electrones que oscurecen el revestimiento y tiñen la ventana. Los recubrimientos termocrómicos, por otro lado, funcionan reflejando la radiación térmica del sol cuando se alcanza cierta temperatura ambiente, explica el Dr. Marco Schott, gerente de grupo de Fraunhofer ISC Electrochromic Systems.
Con elementos electrocrómicos, los sensores se pueden utilizar para medir factores como el brillo y la temperatura y enviar los resultados a un sistema de control. Esto envía un pulso de corriente o voltaje a la película conductora, provocando el oscurecimiento de la ventana. Siempre que la temperatura o el brillo sean demasiado altos, la superficie del vidrio se oscurecerá gradualmente. Esto evita que la habitación se sobrecaliente y reduce la necesidad de aire acondicionado, lo que es especialmente útil en climas soleados y edificios con grandes fachadas de vidrio. También actúa como protección antideslumbrante en días soleados. Las ventanas permanecerán iluminadas en días nublados y por la noche.
Los investigadores de Fraunhofer también consideraron si la tecnología es adecuada para el uso diario. Las ventanas no se oscurecen repentinamente, sino que se oscurecen gradualmente durante unos minutos, con un consumo de energía muy bajo, explicó Schott. En el caso preferido, la película electrocrómica requiere electricidad solo durante el proceso de conmutación, y son suficientes voltajes muy bajos para iniciar el proceso de coloración. Los materiales termocrómicos no requieren electricidad en absoluto, sino que responden pasivamente al calor generado por el sol. Se pueden utilizar para complementar los sistemas conmutables o como alternativa cuando no se requieren soluciones conmutables.
Switch2Save promete ahorros de energía significativos en áreas con altas temperaturas exteriores (es decir, regiones del sur) al reducir el uso de sistemas de aire acondicionado o eliminar la necesidad de ellos por completo. El Dr. John Fahlteich, coordinador del proyecto y líder del grupo de investigación de Switch2Save de Fraunhofer FEP, explicó que en las regiones más cálidas de Europa, los requisitos de energía de refrigeración y calefacción de los edificios modernos pueden reducirse hasta en un 70 por ciento. En las regiones más frías del norte, los ahorros no son enormes, pero el sistema también se puede usar aquí como protección antirreflejo de la luz solar directa.
En principio, la combinación de capas electrocrómicas y termocrómicas en ventanas compuestas ofrece la mayor flexibilidad posible. Al usarlo, los arquitectos y desarrolladores pueden brindar soluciones individuales para varias áreas y edificios. Estamos instalando la tecnología en la clínica pediátrica del segundo hospital más grande de Atenas, Grecia, y en un edificio de oficinas en Uppsala, Suecia. En ambos edificios, el consumo de energía será monitoreado y comparado durante un año completo antes y después de que se instalen nuevas ventanas. Al hacerlo, podemos demostrar el desempeño real de la tecnología Switch2Save y podemos continuar probando y mejorando la tecnología para diferentes zonas climáticas, dijo Fahlteich.
Los investigadores también abordaron los desafíos de fabricación. Los recubrimientos electrocrómicos se aplican a sustratos de película a base de polímeros. Los recubrimientos termocrómicos, por otro lado, utilizan sustratos de vidrio delgado. Los procesos de recubrimiento al vacío y químicos húmedos se utilizan para sistemas económicos de fabricación de rollo a rollo. Luego, el conjunto conmutable se lamina al vacío en un vidrio de ventana de 4 mm de espesor, que luego se integra en la unidad de vidrio aislante. El proceso de recubrimiento también es económicamente factible a escala industrial. Los elementos conmutables electrocrómicos y termocrómicos tienen solo unos pocos cientos de micrones de espesor y menos de 500 gramos por metro cuadrado. Como resultado, apenas añaden peso a las ventanas, lo que significa que pueden adaptarse a edificios existentes sin cambiar la estructura del edificio.
El consorcio del proyecto está trabajando actualmente para mejorar aún más la tecnología. Por ejemplo, equipos de expertos están investigando cómo combinar elementos electrocrómicos y termocrómicos en ventanas compuestas para aprovechar mejor el potencial de la tecnología. Otros objetivos de investigación incluyen adaptar el revestimiento a las formas de vidrio curvo y agregar más color a las opciones azules y grises existentes.
El calentamiento global y los objetivos del Acuerdo Verde Europeo aumentarán significativamente la demanda de tecnologías de construcción energéticamente eficientes en los próximos años: se espera que todos los edificios de la UE sean neutrales en carbono para 2050. El proyecto Switch2Save de la UE para ventanas electrocrómicas y termocrómicas puede hacer una contribución importante a esto.