El recobriment de vidre intel·ligent refreda els edificis de vidre

El sector de la construcció és un dels majors emissors de gasos d'efecte hivernacle. Segons l'Agència Alemanya de Medi Ambient, els edificis representen al voltant del 30 per cent de les emissions de CO2 del país i el 35 per cent del seu consum d'energia. Els edificis amb grans façanes i cobertes de vidre, com els edificis d'oficines que dominen les ciutats modernes, són especialment problemàtics. S'escalfen al sol, sobretot a l'estiu. No obstant això, l'ús de persianes i persianes per donar ombra és generalment indesitjable perquè perjudiquen l'estètica del vidre i interfereixen amb les vistes exteriors. En canvi, l'interior es refreda amb aire condicionat, que requereix molta electricitat i augmenta la petjada de carboni de l'edifici.

L'Institut Fraunhofer per a la Recerca de Silicats ISC de Würzburg i l'Institut Fraunhofer de Tecnologia Orgànica d'Electrons, Feix d'Electrons i Plasma FEP de Dresden han desenvolupat una solució complexa a aquesta qüestió. En el projecte Switch2Save, els investigadors han estat treballant en recobriments transparents per a finestres i façanes de vidre amb materials electrocròmics i termocròmics. Aquests afegeixen un to fosc variable i transparent a l'exterior de la finestra, mantenint l'habitació fresca. L'Institut Fraunhofer ha col·laborat amb socis universitaris i industrials de sis països de la UE en aquest projecte de recerca finançat per la UE.

El recobriment electrocròmic s'aplica a una pel·lícula conductora transparent, que després es pot "encendre". L'aplicació d'una tensió desencadena la transferència d'ions i electrons que enfosquen el recobriment i tenyeixen la finestra. Els recobriments termocròmics, d'altra banda, funcionen reflectint la radiació tèrmica del sol quan s'arriba a una determinada temperatura ambient, explica el Dr. Marco Schott, director del grup de Fraunhofer ISC Electrochromic Systems.

Amb elements electrocròmics, els sensors es poden utilitzar per mesurar factors com ara la brillantor i la temperatura i enviar els resultats a un sistema de control. Això envia un pols de corrent o tensió a la pel·lícula conductora, provocant l'enfosquiment de la finestra. Sempre que la temperatura o la brillantor sigui massa alta, la superfície del vidre s'enfosquirà gradualment. D'aquesta manera s'evita el sobreescalfament de l'habitació i es redueix la necessitat d'aire condicionat, que és especialment útil en climes assolellats i edificis amb grans façanes de vidre. També actua com a protecció anti-enlluernament en dies assolellats. Les finestres es mantindran brillants els dies ennuvolats i de nit.

Els investigadors de Fraunhofer també van considerar si la tecnologia és adequada per a l'ús diari. Les finestres no s'enfosqueixen de sobte, sinó que es van enfosquint gradualment al llarg d'uns minuts, amb un consum d'energia molt baix, va explicar Schott. En el cas preferit, la pel·lícula electrocròmica només requereix electricitat durant el procés de commutació, i són suficients tensions molt baixes per iniciar el procés de coloració. Els materials termocròmics no necessiten en absolut electricitat, sinó que responen passivament a la calor generada pel sol. Es poden utilitzar per complementar sistemes commutables o com a alternativa quan no es requereixin solucions commutables.

Switch2Save promet un estalvi energètic important a les zones amb temperatures exteriors elevades (és a dir, regions del sud) reduint l'ús de sistemes d'aire condicionat o eliminant-ne la necessitat del tot. El Dr. John Fahlteich, coordinador del projecte i líder del grup de recerca a Switch2Save de Fraunhofer FEP, va explicar que a les regions més càlides d'Europa, els requisits d'energia de refrigeració i calefacció dels edificis moderns es poden reduir fins a un 70 per cent. A les regions més fresques del nord, els estalvis no són enormes, però el sistema també es pot utilitzar aquí com a protecció anti-enlluernament de la llum solar directa.

En principi, la combinació de capes electrocròmiques i termocròmiques en finestres compostes ofereix la major flexibilitat possible. En utilitzar-lo, els arquitectes i els promotors poden oferir solucions individuals per a diferents àrees i edificis. Estem instal·lant la tecnologia a la clínica pediàtrica del segon hospital més gran d'Atenes, Grècia, i un edifici d'oficines a Uppsala, Suècia. En ambdós edificis es controlarà i es compararà el consum d'energia durant un any complet abans i després de la instal·lació de finestres noves. En fer-ho, podem demostrar el rendiment real de la tecnologia Switch2Save i podem continuar provant i millorant la tecnologia per a diferents zones climàtiques, va dir Fahlteich.

Els investigadors també van abordar els reptes de fabricació. Els recobriments electrocròmics s'apliquen a substrats de pel·lícules basats en polímers. Els recobriments termocròmics, en canvi, utilitzen substrats de vidre prims. Els processos de recobriment químic humit i al buit s'utilitzen per a sistemes de fabricació econòmics de bobina a rotlle. A continuació, el conjunt commutable es lamina al buit amb un vidre de finestra de 4 mm de gruix, que després s'integra a la unitat de vidre aïllant. El procés de recobriment també és econòmicament viable a escala industrial. Els elements commutables electrocròmics i termocròmics només tenen un gruix de pocs centenars de micres i menys de 500 grams per metre quadrat. Com a resultat, gairebé no afegeixen pes a les finestres, la qual cosa significa que es poden adaptar a edificis existents sense canviar l'estructura de l'edifici.

El consorci del projecte està treballant actualment per millorar encara més la tecnologia. Per exemple, equips d'experts estan investigant com combinar elements electrocròmics i termocròmics en finestres compostes per aprofitar millor el potencial de la tecnologia. Altres objectius de recerca inclouen adaptar el recobriment a formes de vidre corbes i afegir més color a les opcions de blau i gris existents.

L'escalfament mundial i els objectius del Pacte Verd Europeu augmentaran significativament la demanda de tecnologies d'edificació energèticament eficients en els propers anys: s'espera que tots els edificis de la UE siguin neutres en carboni l'any 2050. El projecte Switch2Save de la UE per a finestres electrocròmiques i termocròmiques pot fer una contribució important a això.