Las ventanas inteligentes que controlan la cantidad de calor que entra o sale de un edificio pueden reducir la necesidad de unidades de aire acondicionado y evitar el consumo de energía asociado, contribuyendo a los esfuerzos por modernizar los edificios europeos para hacerlos más eficientes energéticamente.
Aproximadamente el 75% de los edificios de la UE son energéticamente ineficientes y los distintos países están buscando rehabilitar los edificios antiguos para evitar una la fuga o desperdicio de energía. A pesar de la capacidad intelectual invertida para hacer que los edificios sean más eficientes energéticamente, el diseño de ventanas no ha utilizado hasta hace poco tecnología moderna, dice Ioannis Papakonstantinou, profesor de nanoingeniería en el University College de Londres, Reino Unido.
Su proyecto de investigación Intelglazing está utilizando nuevas ideas en nanotecnología y fotónica (la física de la luz) para crear revestimientos de ventanas delgados como nanómetros que aíslan mejor los edificios.
Esto se había intentado antes en la industria, pero todos los esfuerzos realizados han sido insuficientes, ya que bloqueaban muy poca luz solar o eran demasiado costosos de fabricar.
La tecnología de vidrio Intelglazing consta de dos partes. La primera es una capa microscópicamente delgada de vidrio nanoestructurado con forma de peinetas diminutas que miden menos de un micrómetro (o una milésima de milímetro) de altura. Estas estructuras ‘nanocomb’ se superponen entre sí y dispersan la luz solar, reduciendo el deslumbramiento que entra por la ventana.
La segunda parte es donde las ventanas se vuelven energéticamente eficientes. Aquí, los investigadores están experimentando con un material llamado óxido de vanadio, que puede adherirse a los ‘nanocomb’. Este compuesto químico es termocrómico, lo que significa que puede cambiar de color según la temperatura. Por ejemplo, los días calurosos harán que el óxido de vanadio cambie su estructura, lo que hará que se oscurezca y rechace la mayor parte de la luz solar cálida del infrarrojo cercano, mientras que en los días fríos se aclarará y dejará entrar la mayor parte.
Los fabricantes pueden aplicar esta capa directamente a las ventanas nuevas como una capa de acristalamiento, pero también se podría a las ventanas viejas como una capa adhesiva de película de polímero. Un beneficio adicional de esto, dice el profesor Papakonstantinou, es que los fabricantes pueden personalizar ventanas o películas con estas capas para encenderlas en un punto de temperatura diferente.
«Se puede cambiar la composición química del dióxido de vanadio de manera que pueda cambiar a una temperatura más alta o más baja», dijo. Por ejemplo, las ventanas en el sur de España podrían personalizarse para bloquear la luz solar a una temperatura más baja para evitar que los edificios se calienten durante el día. Del mismo modo, un edificio en el norte de Suecia querrá obtener la mayor cantidad de calor posible del sol, por lo que sus ventanas comenzarían a bloquear la luz solar a una temperatura más alta.
Hidrofóbico
Las ventanas con esta capa de óxido de vanadio también son hidrófobas (repelentes al agua). La lluvia se escurre rápidamente por el vidrio y recoge la suciedad a lo largo del camino, lo que hace que las ventanas se limpien automáticamente. Esto hace que las ventanas sean más eficientes cuando se utilizan en rascacielos, por ejemplo.
El objetivo del proyecto es que sus ventanas reduzcan el uso de energía en un 25% al bloquear o permitir la luz solar cuando sea necesario, y que sean más de un 50% más eficientes en comparación con la tecnología de ventanas existente en el mercado, ya que no se necesita energía adicional para activar el óxido de vanadio.
De hecho, las tecnologías para ventanas han cambiado drásticamente desde que comenzó el proyecto en 2016, dice el profesor Papakonstantinou. Dice que cuando habló del proyecto por primera vez a mediados de la década de 2010, la nanotecnología en las ventanas era algo inaudito, pero ahora «el campo ha comenzado a crecer».
El profesor Per Heiselberg de la Universidad de Aalborg en Dinamarca afirma que las discusiones sobre la rehabilitación de edificios han existido durante décadas, aunque el factor ambiental solo ha sido una prioridad recientemente.
«Ha sido el tema durante 40 años, pero la argumentación ha cambiado», dijo. Según el profesor, en la década de 1970 la gente ahorraba energía para no depender de países de Oriente Medio que tenían un oligopolio en el suministro de petróleo. «Ahora el objetivo es reducir las emisiones de carbono y evitar los gases de efecto invernadero», señala.
El proyecto ReCO2ST en el que está trabajando Heiselberg busca maneras de readaptar cada superficie de la envolvente de los edificios para que sean más rentables y ecológicos.
Sistema de ventilación
Una característica central del proyecto es el uso de tecnología de ventanas inteligentes para proporcionar ventilación a los edificios rehabilitados, donde la instalación de sistemas de ventilación modernos como aires acondicionados es difícil o costosa. «Una ventana suele ser la parte débil de la envolvente, porque normalmente tiene fugas y no está tan bien aislada», añade. “Por otro lado, también es donde recibimos algo de calor del sol en nuestros edificios.
La idea principal es utilizar ventanas inteligentes tanto para proporcionar una mejor sombra del sol como para suministrar aire fresco al edificio. Esto es especialmente útil para edificios antiguos equipados con ventanas modernas. Dado que estas ventanas modernas son más herméticas, pueden provocar la acumulación de humedad y emisiones en el edificio, lo que podría requerir otra costosa actualización del sistema de ventilación del edificio.
Su idea de ventana inteligente se basa en una investigación realizada en un proyecto anterior de la UE llamado CLIMAWIN. En su marco de ventana de triple acristalamiento hay un pequeño espacio (alrededor de 5 mm de ancho) en el nivel inferior. Este espacio permite que el aire pase entre las capas de acristalamiento de la ventana y se caliente por la luz solar. Luego ingresa a la habitación a través de una pequeña válvula en la parte superior de la ventana que da al interior del edificio.
El resultado es una corriente de aire fresco precalentada a través de la ventana que luego puede salir del edificio a través de otro escape de ventilación.
En este momento, el equipo está experimentando con diferentes materiales que pueden almacenar calor latente en las ventanas durante el día y luego liberarlo por la noche, afirma el profesor Heiselberg.
Este material también podría protegerse del sol durante el verano para que en lugar de almacenar calor latente, enfríe el aire que lo atraviesa. Otra idea que se está desarrollando es equipar las ventanas con sensores para saber el momento óptimo para almacenar y liberar calor, y agregar ventiladores en miniatura para controlar la dirección del flujo de aire.
«La renovación de edificios se lleva a cabo todo el tiempo porque los componentes tienen una cierta vida útil y necesitan ser reemplazados», señala el profesor Heiselberg. «Es importante que cuando hagamos esto, lo hagamos de la manera más eficiente en términos de energía para no reemplazar una ventana vieja con una ventana nueva de bajo rendimiento».
Fuente: Este artículo fue originalmente publicado en Horizon, the EU Research and Innovation magazine
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