Revestimiento de vidrio inteligente para mantener frescos los edificios
Los investigadores de Fraunhofer han desarrollado un revestimiento inteligente para ventanas que se oscurecen con el sol. Este utiliza materiales electrocrómicos y termocrómicos que reaccionan eléctrica y térmicamente. En edificios con grandes muros cortina de vidrio, puede evitar que las habitaciones se sobrecalienten debido a la radiación solar, lo que reduce la demanda de acondicionadores de aire que consumen mucha energía.
La industria de la construcción es uno de los principales emisores de gases de efecto invernadero. Según los datos de la Agencia Alemana de Medio Ambiente, los edificios representan alrededor del 30% de las emisiones de CO2 del país y el 35% de su consumo de energía. Los edificios con grandes muros cortina y techos de vidrio son particularmente problemáticos, como los edificios de oficinas que dominan las ciudades modernas. Se calientan con el sol, especialmente en verano. Sin embargo, el uso de persianas y postigos para dar sombra generalmente no es bienvenido, ya que reducen la sensación estética del vidrio e interfieren con la visión exterior. En cambio, el aire acondicionado se usa internamente para enfriar, lo que requiere mucha energía y aumenta la huella de carbono del edificio.
Fraunhofer Silicate Research Institute (ISC) en Wiltsburg y Fraunhofer Organic Electron, Electron Beam and Plasma Technology FEP Institute en Dresden han desarrollado una solución compleja para resolver este problema. En el proyecto Switch2Save, los investigadores han estado estudiando el revestimiento transparente de ventanas y muros cortina de vidrio utilizando materiales electrocrómicos y termocrómicos. Estos agregan un tono oscuro variable y transparente al exterior de la ventana para mantener la habitación fresca. El Instituto Fraunhofer se ha asociado con universidades y socios industriales en seis países de la UE para llevar a cabo este proyecto de investigación financiado por la UE.
El recubrimiento electrocrómico se recubre con una película conductora transparente y luego se puede "abrir". La aplicación de voltaje desencadena la transferencia de iones y electrones, lo que oscurece el revestimiento y tiñe las ventanas. Por otro lado, el recubrimiento termocrómico juega un papel. El Dr. Marco Schott, gerente del equipo del sistema electrocrómico Fraunhofer ISC, explicó que cuando se alcanza cierta temperatura ambiente, reflejará la radiación térmica del sol.
Con elementos electrocrómicos, los sensores se pueden utilizar para medir factores como el brillo y la temperatura, y enviar los resultados al sistema de control. Esto guiará a la película para que envíe pulsos de corriente o voltaje, y la ventana de disparo se oscurecerá. Cada vez que la temperatura o el brillo sean demasiado altos, la superficie del vidrio se oscurecerá gradualmente. Esto evita el sobrecalentamiento de las habitaciones y reduce la necesidad de aire acondicionado, lo que es particularmente útil en climas soleados y edificios con grandes muros cortina de vidrio. También puede desempeñar el papel de 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 gradualmente en unos pocos minutos. Short explicó que el consumo de energía es muy bajo. En el mejor de los casos, la película electrocrómica solo necesita energía en el proceso de conversión, y un voltaje extremadamente bajo es suficiente para iniciar el proceso de coloración. 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 una alternativa que no requiere una solución conmutable.
Switch2Save promete ahorrar mucha energía en áreas con alta temperatura exterior (es decir, el área sur) al reducir el uso de sistemas de aire acondicionado o eliminar por completo la demanda de sistemas de aire acondicionado. El Dr. John Fahlteich, coordinador del proyecto Switch2Save y jefe del equipo de investigación de Fraunhofer FEP, explicó que 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 %. En las regiones más frías del norte, los ahorros de costos no son grandes, pero el sistema también se puede usar aquí como protección antideslumbrante para evitar la luz solar directa.
En principio, la combinación de la capa electrocrómica y la capa termocrómica en la ventana compuesta proporciona una mayor flexibilidad. Al usarlo, los arquitectos y desarrolladores pueden brindar soluciones personalizadas para diversas áreas y edificios. Estamos instalando esta 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 a lo largo del año antes y después de la instalación de nuevas ventanas. Al hacerlo, podemos mostrar el desempeño real de la tecnología Switch2Save y continuar probando y mejorando la tecnología para diferentes regiones climáticas, dijo Fahlteich.
Los investigadores también abordaron los desafíos de fabricación. El recubrimiento electrocrómico se aplica al sustrato de película a base de polímero. Por otro lado, el recubrimiento termocrómico utiliza un sustrato de vidrio delgado. Los procesos de recubrimiento al vacío y químicos húmedos se utilizan en sistemas económicos de fabricación de bobina a bobina. Luego, los componentes intercambiables se laminan en el vidrio de la ventana de 4 mm de espesor al vacío y luego se integran en la unidad de vidrio aislante. El proceso de recubrimiento también es económicamente factible a escala industrial. Los componentes intercambiables electrocrómicos y termocrómicos tienen solo unos pocos cientos de micrones de espesor, menos de 500 gramos por metro cuadrado. Como resultado, casi no agregan peso a las ventanas, lo que significa que pueden adaptarse a edificios existentes sin cambiar la estructura del edificio.
La alianza del proyecto está trabajando actualmente para mejorar aún más la tecnología. Por ejemplo, equipos de expertos están estudiando cómo combinar elementos electrocrómicos y termocrómicos en ventanas compuestas para aprovechar mejor el potencial de esta tecnología. Otros objetivos de investigación incluyen la adaptación del revestimiento a las formas de vidrio curvo y la adición de más colores a las opciones azules y grises existentes.
El objetivo del Acuerdo Verde Europeo y el Calentamiento Mundial aumentará significativamente la demanda de tecnologías de construcción que ahorren energía en los próximos años: se espera que para 2050, todos los edificios en la UE sean neutrales en carbono. El proyecto Switch2Save de la UE de ventanas electrocrómicas y termocrómicas puede hacer una importante contribución a este
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