A los propietarios de viviendas les encantan las ventanas: la luz que aportan, las vistas que enmarcan, la sensación que dan a los hogares. Los expertos en energía odian las ventanas: el calor que aportan, el calor que drenan, el consumo adicional de energía que provocan. Ha comenzado la carrera para desarrollar la tecnología que permitirá a los propietarios colocar ventanas donde quieran sin temor a que los costos de energía se disparen.
Recubrimientos de baja emisividad
Las ventanas han seguido mejorando a lo largo de los años, primero con unidades de vidrio aislante que proporcionaban una zona de amortiguación de aire entre dos paneles de vidrio para reducir la pérdida de calor incurrida por las unidades de un solo panel durante el clima frío. Las mejoras continuaron con el advenimiento de los recubrimientos de baja emisividad o baja emisividad. Estos recubrimientos metálicos microdelgados reflejan el calor y lo envían de regreso a su lugar de origen. Los recubrimientos de baja emisividad mejoran significativamente la calidad térmica de las unidades de vidrio aislante, lo que ayuda a que las casas se mantengan más cálidas en invierno y más frescas en verano. La adición de relleno de gas argón o criptón entre estos paneles revestidos aumenta las propiedades aislantes de la unidad de ventana.
En el extremo superior de la tecnología de ventanas disponible se encuentran los recubrimientos espectralmente selectivos. Los revestimientos se aplican a los paneles de vidrio para reducir la ganancia de calor al bloquear la entrada de rayos seleccionados a la casa. Esta mejora del vidrio revestido de baja emisividad ayuda a reducir aún más la pérdida de calor desde el interior y la ganancia de calor desde el exterior. También sirve para proteger muebles y telas de la decoloración solar. Con vidrio revestido espectralmente selectivo lleno de gas en una unidad de vidrio aislado bien construida, el valor R de una ventana puede acercarse al de una pared bien aislada. Sin embargo, salvo por las cortinas o los toldos, vencer al sol desafía todas las ventanas y provoca una ganancia de calor solar que puede comprometer cualquier presupuesto de energía.
Nueva tecnología de ventana
Las empresas ahora están investigando tecnologías que permitirán que la luz visible máxima entre en el hogar mientras bloquea los rayos que causan la acumulación de calor dentro del hogar. Ingrese ventanas intercambiables que responden con un toque del interruptor para oscurecer, aclarar o bloquear casi por completo la entrada del sol en el espacio habitable. Ya existe tecnología para llevar vidrios de privacidad intercambiables (SPG) a los hogares, pero estas ventanas no bloquean la ganancia de calor o la penetración de la luz ultravioleta (UV). SPG cambia de transparente a blanco lechoso cuando se cambia, lo que permite que la luz ingrese al espacio interior mientras la vista está bloqueada desde el exterior. Marvin Windows llevó esta tecnología al mercado residencial, pero se vio obligado a abandonarla por problemas de calidad.
El premio consistirá en descubrir una ventana tintada conmutable que responde a la ganancia de luz y calor absorbiendo los rayos y permitiendo que la luz penetre. El único problema es que dicha tecnología debe superar una serie de obstáculos antes de llegar al mercado. Muchas empresas compiten para desarrollar una solución de ventana electrocrómica o química que pueda oscurecer y aclarar las ventanas con solo presionar un interruptor o mediante un sensor automático.
Construyendo una mejor ventana
Los obstáculos clave son tres: durabilidad, estabilidad térmica y confiabilidad con respecto a la conmutación. Gentex Corporation, una empresa de Zeeland, Michigan, conocida por sus espejos de automóvil electrocrómicos que se oscurecen y aclaran automáticamente para eliminar el deslumbramiento, se está sometiendo a sus propias pruebas para las ventanas electrocrómicas.
"Hemos logrado aumentos en la durabilidad, bastante significativos", dice Tom Guar, vicepresidente de investigación química de Gentex. Aún así, el objetivo tiene que ser producir una ventana que pueda mantenerse en pie durante 20 años. "Cuando lo piensas, es un entorno bastante difícil", dice Guar sobre las tensiones que debe soportar una ventana diseñada para absorber el calor. “Si piensa que su panel de vidrio absorbe grandes cantidades de luz y calor, se calentará mucho, tal vez incluso se rompa el vidrio”, dice.
Agregue a eso la susceptibilidad a la penetración de agua, que es un problema para todas las unidades de vidrio aislado (IGU), y la penetración de oxígeno, y hay mucho que superar. Marvin luchó para asegurarse de que la película se adhiriera al vidrio y que el sello permaneciera intacto. Cualquier producto futuro deberá abordar los mismos problemas.
Sage Electrochromics, Faribault, Minnesota, fabricantes de SageGlass, ha desarrollado una tecnología de ventana electrocrómica que ha superado los cuatro niveles de pruebas del Departamento de Energía. Los recubrimientos electrocrómicos se parecen mucho a los recubrimientos de baja emisividad en el sentido de que se componen de una serie de capas inorgánicas aplicadas al vidrio. Una capa de almacenamiento contiene litio para impulsar la transición, mientras que la capa electrocrómica cambia de transparente a teñida a oscura. Toda la reacción se desencadena por una señal electrónica recibida de un interruptor. Sage ahora busca asociarse con fabricantes de vidrio y ventanas para crear un producto que estará disponible para los consumidores para uso doméstico.
Hacer asequible la eficiencia de las ventanas
“Creo que su tecnología es muy buena”, admite Guar. Aún así, como él lo ve, la clave será producir una ventana que sea asequible, confiable y duradera. Las implicaciones de fabricación son enormes, dice. “La manipulación de grandes hojas de vidrio no es trivial”, dice Guar. Cubrir ese vaso con una película química es aún más difícil. "No es algo fácil de lograr", dice Guar. Aún así, la asociación adecuada pondría el vidrio a disposición de las empresas de ventanas que sientan que pueden proporcionar un sello confiable para esta tecnología. El hecho de que Sage se asocie con Honeywell para proporcionar la capacidad de conmutación da un gran impulso a su producto.
Por supuesto, hay tecnologías disponibles que utilizan soluciones químicas avanzadas para abordar la eficiencia energética. Heat Mirror, de Southwall Technologies en Palo Alto, California, es un producto excelente que se desarrolló para aislar el vidrio de la pérdida y la ganancia de calor. Las ventanas Heat Mirror tienen una barrera aislante reflectante que está suspendida entre los paneles de vidrio. Es espectralmente selectivo y permite la entrada de luz visible mientras bloquea los rayos infrarrojos cercanos que provocan la acumulación de calor. Funciona como una tercera capa de aislamiento y aumenta en gran medida el valor R de las paredes con ventanas. Pero, si bien el valor R con las ventanas Heat Mirror es excepcional, el costo de aislar las ventanas de este calibre es muy alto. Y no son intercambiables.
La clave para ganar la carrera de ventanas de alta eficiencia, según la mayoría de los expertos, es el desarrollo de una tecnología asequible que se pueda producir en masa y que dure toda la vida útil de una garantía de ventana estándar.
Para los consumidores, la tecnología electrocrómica puede revolucionar la ubicación de las ventanas y el diseño del hogar, permitiendo a los diseñadores colocar ventanas en las fachadas orientadas al oeste sin soportar la increíble carga que un sol occidental impone al sistema de aire acondicionado. También puede significar diseñar para el glorioso sol de la mañana que muchas casas evitan actualmente. Mejor aún, dado que esta tecnología está controlada por un dispositivo, incluso se puede programar para que se oscurezca o aclare automáticamente, de modo que los climas interiores se puedan controlar de manera eficaz incluso cuando el propietario no esté presente.