La integración de las ventanas inteligentes al funcionamiento de sistemas HVAC representa un recurso potencial en los mecanismos de control y ahorro energético en las construcciones modernas.
Melissa Rodríguez.
La eficiencia energética es un tema de inquietud mundial, por ello la reducción del consumo energético se ha convertido en un objetivo prioritario para cualquier economía.
En un contexto donde el criterio antes mencionado también podría ser un indicador estándar de los recursos económicos, ambientales y sociales de las edificaciones y grandes corporativos en la urbe, la eficiencia energética se ha transformado en una política eléctrica adquirida de manera rigurosa por las nuevas comunidades sustentables; además de haberse convertido en un área de especialización para la ingeniería y sus centros de investigación; el desarrollo de aplicaciones comerciales alineadas a la gestión y promoción de patrones de ahorro energético más eficaces.
Como lo declara Gustavo López Padilla, arquitecto en Sánchez Arquitectos y Asociados, en ediciones previas, además de la concepción infraestructural (condiciones territoriales y orientación) de los edificios, también es importante la aplicación integral de los criterios delimitados por la ingeniería y su propia tecnología, los cuales permiten adaptar un ambiente más funcional y satisfactorio para sus habitantes.
Asimismo, indica que los edificios deben considerar la estabilidad de la intensidad lumínica, la temperatura y la humedad relativa, además de otras variables relacionadas con la calidad del aire, ya sea para el confort humano o para la subsistencia de áreas especiales como hospitales,laboratorios, archivos, etcétera.
De forma convencional, estos detalles son contrarrestados con el uso de sistemas HVAC para la regulación de temperatura y humedad; con una red que combina la luz eléctrica y natural para obtener el estándar de luminosidad deseado, especifica el arquitecto.
Materiales cromogénicos
Actualmente, investigadores del Instituto de Física de la UNAM se encuentran perfeccionando el funcionamiento de diversos dispositivos implicados en los espacios de climatización, a través de la investigación y desarrollo de los coeficientes de los materiales cromogénicos y su aplicación en el sector.
Dada la significación del tema, Mundo HVAC&R entrevistó al doctor Roberto Dwight Acosta Najarro, investigador Titular B del Departamento de Materia Condensada en el Instituto de Física de la UNAM, quien habla sobre los elementos cromogénicos y su relevancia en el perfeccionamiento de las denominadas ventanas inteligentes, auxiliares en el control y adaptación de las propiedades térmicas y lumínicas de las fachadas.
De acuerdo con el doctor Dwight, las ventanas son un elemento fundamental en el diseño de los frentes, y éstas, a su vez, definen gran parte de la carga térmica de los edificios. Sin embargo, la pasividad de muchas de estas aplicaciones no son adaptables a las condiciones climatológicas internas y el vigor de la luz solar en el exterior, por lo que la carga térmica incrementa el uso de sistemas de aire acondicionado y de energía eléctrica, además de permear el confort y el desempeño de los ocupantes.
En el caso de los materiales cromogénicos, explica, “son considerados como elementos naturales cuyo atributo fundamental es lograr un considerable cambio en sus propiedades ópticas, eléctricas e incluso estructurales cuando están sometidas a un agente externo, por ejemplo la luz natural, la electricidad, el calor, la presión y otros factores de menor intensidad”.
De los cuatro tipos de materiales cromogénicos, los electrocrómicos y termocrómicos son los elementos con los que el doctor Roberto Dwight trabaja (los otros dos son fotocrómicos y gasocrómicos), los cuales se han estado investigando en el Laboratorio de Películas Delgadas de la UNAM por, aproximadamente, cinco años.
“El interés por estudiar los cromogénicos se encuentra en el deseo de conocer sus propiedades intrínsecas como su estructura mecánica, electrónica, química, etcétera. Pues, hasta el momento, la capacidad de las propiedades desarrolladas se presenta en parámetros insuficientes para generar una aplicación eficiente como las ventanas inteligentes”, declara el doctor Dwight.
| Composición de las películas electrocrómicas |
| 1. Vidrio 2. Óxido de estaño dopado con flúor 3. Óxido de tungsteno 4. Electrolito sólido (fuente de las cargas) 5. Óxido de níquel 6. Óxido de estaño dopado con flúor 7. Vidrio |
| Fuente: Doctor Roberto Dwight |
Electrocrómicos
De acuerdo con el doctor , el material electrocrómico es un cuerpo cuya cualidad es hacer perder la transparencia cuando se aplica una tensión eléctrica y recuperar la nitidez cuando la corriente se invierte. “Los vidrios electrocrómicos tienen una excelente claridad óptica. El color es uniforme en el momento del oscurecimiento. Y el cambio de transparente a tintado se produce de manera suave, gradual y coordinada en grupos de ventanas”, especifica el doctor.
Además, detalla los resultados de una investigación en la que comparó una ventana electrocrómica con un vidrio de alta transmitancia óptica y observó que el gasto en energía para la iluminación eléctrica es un 13 por ciento menor en la habitación que tiene el vidrio electrocrómico. “Esto pasa porque un vidrio de alta transmitancia permite pasar un poco más de luz que el electrocrómico en su estado más transparente. Los datos indican que las ventanas de vidrio electrocrómico son especialmente productivas en las fachadas que más luz directa reciben porque son las más expuestas a cambios fuertes de la intensidad de la luz exterior”, concluye.
Termocrómico
De acuerdo con la definición del doctor Roberto, los materiales termocrómicos también tienen la capacidad de oscurecerse y aclararse. La diferencia es que este fenómeno es provocado cuando se producen cambios en la temperatura.
“Para el caso de las ventanas inteligentes, la automatización de las aplicaciones con estos componentes permite regular la climatización interna, evitando el uso de sistemas de aire acondicionado y ventilación. La eficacia de su funcionamiento depende de la transmitancia del vidrio por medio del cual se puede obtener un cambio total de transmisión de luz al cabo de 60 segundos”, detalla el doctor Dwight.
Otra propiedad interesante que tienen algunos de los materiales termocrómicos es la self cleaning o autolimpieza y el antifogging, que inhibe el empañamiento del material.
Fotocrómico
También especifica que el vidrio fotocrómico oscurece cuando se expone a un nivel lumínico intenso. En el caso de la construcción, concretamente en el diseño de las fachadas, tienen la capacidad de filtrar la luz y el calor que llega al interior, evitando la colocación de persianas y ayudando a reducir el gasto energético excesivo por aire acondicionado e iluminación.
Ventanas inteligentes
La entrada de luz se puede modular a través de una ventana inteligente, un dispositivo conformado por siete películas ultradelgadas: las dos capas exteriores son de vidrio, proporcionan una apariencia de resistencia y acústico térmico a la fachada; las dos siguientes están hechas de un material conductor transparente y deben ir unidas a un sistema eléctrico. Entre las dos últimas capas citadas se localizan las tres centrales, donde se produce la reacción química que hace oscurecer la ventana. Una de estas tres capas está compuesta por un material electrocrómico.
En el caso de las películas desarrolladas por el Instituto de Físca de la UNAM, el investigador explica que el uso del óxido de titanio y el óxido de tungsteno son materiales con mayor rendimiento electrocrómico, ya que activan por completo las propiedades de las ventanas inteligentes. Y además de ser componentes durables, impiden que las otras películas se alteren con el calor del medioambiente.
La primera ventana inteligente creada en la UNAM logró 3 mil ciclos de claros y oscuros. Sin embargo, para comercializarlo, su funcionamiento debe durar 10 mil ciclos (10 a 15 años). “No obstante, estamos concentrados en conseguir los 10 mil ciclos en los componentes de las ventanas inteligentes”, argumenta.
El Instituto de Normas y Tecnología de Estados Unidos demostró que las ventanas inteligentes, contrario a las convencionales, reducen la energía consumida en un edificio comercial entre el 30 y 40 por ciento, ya que optimizan la energía y dinamizan la utilidad de éstos.
En el laboratorio de la Facultad de Física de la UNAM, se crean láminas de 10 por 10 cm con alto rendimiento electrocrómico y con capacidades para integrarlas a un vidrio. “Estamos en la etapa de hacer un sándwich de ocho capas con un electrolito sólido basado en polímeros para construir un prototipo de ventana inteligente más dinámico”, concluye.
